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3. open/close ​

open 函数可以打开或创建一个文件。

c
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

int open(const char *pathname, int flags);
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);
/* 返回值：成功返回新分配的文件描述符，出错返回 -1 并设置 errno */

在 Man Page 中 open 函数有两种形式，一种带两个参数，一种带三个参数，其实在 C 代码中 open 函数是这样声明的：

c
int open(const char *pathname, int flags, ...);

最后的可变参数可以是 0 个或 1 个，由 flags 参数中的标志位决定，见下面的详细说明。

pathname 参数是要打开或创建的文件名，和 fopen 一样， pathname 既可以是相对路径也可以是绝对路径。 flags 参数有一系列常数值可供选择，可以同时选择多个常数用按位或运算符连接起来，所以这些常数的宏定义都以 O_ 开头，表示 or。

必选项：以下三个常数中必须指定一个，且仅允许指定一个。

  • O_RDONLY 只读打开
  • O_WRONLY 只写打开
  • O_RDWR 可读可写打开

以下可选项可以同时指定 0 个或多个，和必选项按位或起来作为 flags 参数。可选项有很多，这里只介绍一部分，其它选项可参考 open(2) 的 Man Page：

  • O_APPEND 表示追加。如果文件已有内容，这次打开文件所写的数据附加到文件的末尾而不覆盖原来的内容。
  • O_CREAT 若此文件不存在则创建它。使用此选项时需要提供第三个参数 mode ，表示该文件的访问权限。
  • O_EXCL 如果同时指定了 O_CREAT ，并且文件已存在，则出错返回。
  • O_TRUNC 如果文件已存在，并且以只写或可读可写方式打开，则将其长度截断（Truncate）为 0 字节。
  • O_NONBLOCK 对于设备文件，以 O_NONBLOCK 方式打开可以做非阻塞 I/O（Nonblock I/O），非阻塞 I/O 在下一节详细讲解。

注意 open 函数与 C 标准 I/O 库的 fopen 函数有些细微的区别：

  • 以可写的方式 fopen 一个文件时，如果文件不存在会自动创建，而 open 一个文件时必须明确指定 O_CREAT 才会创建文件，否则文件不存在就出错返回。
  • 以 w 或 w+ 方式 fopen 一个文件时，如果文件已存在就截断为 0 字节，而 open 一个文件时必须明确指定 O_TRUNC 才会截断文件，否则直接在原来的数据上改写。

第三个参数 mode 指定文件权限，可以用八进制数表示，比如 0644 表示 -rw-r--r-- ，也可以用 S_IRUSR 、 S_IWUSR 等宏定义按位或起来表示，详见 open(2) 的 Man Page。要注意的是，文件权限由 open 的 mode 参数和当前进程的 umask 掩码共同决定。

补充说明一下 Shell 的 umask 命令。Shell 进程的 umask 掩码可以用 umask 命令查看：

bash
$ umask
0022

用 touch 命令创建一个文件时，创建权限是 0666，而 touch 进程继承了 Shell 进程的 umask 掩码，所以最终的文件权限是 0666&~022=0644。

bash
$ touch file123
$ ls -l file123
-rw-r--r-- 1 akaedu akaedu 0 2009-03-08 15:07 file123

同样道理，用 gcc 编译生成一个可执行文件时，创建权限是 0777，而最终的文件权限是 0777&~022=0755。

bash
$ gcc main.c
$ ls -l a.out
-rwxr-xr-x 1 akaedu akaedu 6483 2009-03-08 15:07 a.out

我们看到的都是被 umask 掩码修改之后的权限，那么如何证明 touch 或 gcc 创建文件的权限本来应该是 0666 和 0777 呢？我们可以把 Shell 进程的 umask 改成 0，再重复上述实验：

bash
$ umask 0
$ touch file123
$ rm file123 a.out
$ touch file123
$ ls -l file123
-rw-rw-rw- 1 akaedu akaedu 0 2009-03-08 15:09 file123
$ gcc main.c
$ ls -l a.out
-rwxrwxrwx 1 akaedu akaedu 6483 2009-03-08 15:09 a.out

现在我们自己写一个程序，在其中调用 open("somefile", O_WRONLY|O_CREAT, 0664); 创建文件，然后在 Shell 中运行并查看结果：

bash
$ umask 022
$ ./a.out
$ ls -l somefile
-rw-r--r-- 1 akaedu akaedu 6483 2009-03-08 15:11 somefile

不出所料，文件 somefile 的权限是 0664&~022=0644。有几个问题现在我没有解释：为什么被 Shell 启动的进程可以继承 Shell 进程的 umask 掩码？为什么 umask 命令可以读写 Shell 进程的 umask 掩码？这些问题将在第 1 节“引言”解释。

close 函数关闭一个已打开的文件：

c
#include <unistd.h>

int close(int fd);
/* 返回值：成功返回0，出错返回 -1 并设置 errno */

参数 fd 是要关闭的文件描述符。需要说明的是，当一个进程终止时，内核对该进程所有尚未关闭的文件描述符调用 close 关闭，所以即使用户程序不调用 close ，在终止时内核也会自动关闭它打开的所有文件。但是对于一个长年累月运行的程序（比如网络服务器），打开的文件描述符一定要记得关闭，否则随着打开的文件越来越多，会占用大量文件描述符和系统资源。

由 open 返回的文件描述符一定是该进程尚未使用的最小描述符。由于程序启动时自动打开文件描述符 0、1、2，因此第一次调用 open 打开文件通常会返回描述符 3，再调用 open 就会返回 4。可以利用这一点在标准输入、标准输出或标准错误输出上打开一个新文件，实现重定向的功能。例如，首先调用 close 关闭文件描述符 1，然后调用 open 打开一个常规文件，则一定会返回文件描述符 1，这时候标准输出就不再是终端，而是一个常规文件了，再调用 printf 就不会打印到屏幕上，而是写到这个文件中了。后面要讲的 dup2 函数提供了另外一种办法在指定的文件描述符上打开文件。

习题 ​

  1. 在系统头文件中查找 flags 和 mode 参数用到的这些宏定义的值是多少。把这些宏定义按位或起来是什么效果？为什么必选项只能选一个而可选项可以选多个？

  2. 请按照下述要求分别写出相应的 open 调用。

    • 打开文件 /home/akae.txt 用于写操作，以追加方式打开
    • 打开文件 /home/akae.txt 用于写操作，如果该文件不存在则创建它
    • 打开文件 /home/akae.txt 用于写操作，如果该文件已存在则截断为 0 字节，如果该文件不存在则创建它
    • 打开文件 /home/akae.txt 用于写操作，如果该文件已存在则报错退出，如果该文件不存在则创建它