「Linux 系统编程」open 函数基本使用方法

1 open 函数

1.1 open 函数简介

open 函数是 Linux 系统中非常核心的系统调用函数，用于 打开或创建一个文件，并返回一个 文件描述符（file descriptor）。

文件描述符是一个小的、非负的整数，在后续的读（read）、写（write）等 I/O 操作中，将用来代表被打开的文件。

文件描述符是一个索引值，指向内核为每个进程所维护的该进程打开文件的记录表。每个进程启动时，通常会自动打开三个标准的文件描述符：

整数	缩写	全名	默认指向	用途
0	STDIN_FILENO	Standard Input	键盘	用于读取标准输入
1	STDOUT_FILENO	Standard Output	终端屏幕	用于输出正常信息
2	STDERR_FILENO	Standard Error	终端屏幕	用于输出错误信息

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1.2 open 函数所需头文件

使用 open 函数，需要包含以下头文件：

#include <sys/types.h> /* 为了数据类型，如 mode_t */
#include <sys/stat.h>  /* 为了权限位常量，如 S_IRUSR */
#include <fcntl.h>     /* 为了 open 函数原型和标志常量，如 O_RDONLY */

在某些编译环境和系统版本下，只包含 <fcntl.h> 可能就足够了（<fcntl.h> 可能会间接包含其他需要的定义）。

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1.3 open 函数原型及参数

open 函数的函数原型有 2 种形式：

int open(const char *pathname, int flags);
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);

• pathname：要打开或创建的文件的路径名。

• flags：用于指定文件的打开方式。

  flags 参数通过按位或（|）操作符组合一个或多个 标志（定义在 fcntl.h 中），是函数行为的核心控制参数。

  标志 主要分为两类：

  1. 必选标志（只可三选一）

     • O_RDONLY: 以只读方式打开文件。
     • O_WRONLY: 以只写方式打开文件。
     • O_RDWR: 以可读可写方式打开文件。

  2. 可选标志（通过 | 与必选标志组合，此处主要是一些常用的标志）

     O_CREAT: 如果文件不存在，则 创建文件。使用此标志时，必须提供第三个参数 mode。
     O_EXCL: 如果与 O_CREAT 同时使用，并且文件已存在，则 open 会失败。这用于 确保创建的是新文件，防止覆盖已有文件。
     O_TRUNC: 如果 文件已经存在并且以可写方式（O_WRONLY 或 O_RDWR）打开，则将其长度截断为 0，即 清空文件内容。
     O_APPEND: 每次进行写操作时，都会将文件指针移动到文件末尾。这保证了即使在多个进程同时写文件时，数据也不会被覆盖，而是 追加到末尾。
     O_NONBLOCK 或 O_NDELAY: 以 非阻塞方式 打开文件。对于某些特殊文件（如设备文件、网络文件），即使没有数据可读或暂时无法写入，open 和后续的 I/O 操作也不会被阻塞。

• mode：指定新创建文件的 访问权限。使用 O_CREAT 标志时，此参数是必须的。

  权限通常用八进制数表示，如 0644（-rw-r--r--）。最终会受到 umask 值的影响（实际权限 = mode & ~umask）。常见的权限位有：

  S_IRUSR: 用户（所有者）读权限
  S_IWUSR: 用户（所有者）写权限
  S_IXUSR: 用户（所有者）执行权限
  S_IRGRP: 组用户读权限
  S_IWGRP: 组用户写权限
  S_IROTH: 其他用户读权限
  S_IWOTH: 其他用户写权限

  也可以直接使用八进制数，如 0644 表示 -rw-r--r--。

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1.4 open 函数返回值

成功: 返回一个新的 文件描述符（一个非负整数）。这个值是当前进程未使用的最小文件描述符。

失败: 返回 -1，并设置全局变量 errno 来指示错误的具体原因（例如，文件不存在、权限不足等）。

可以通过 perror 函数打印错误信息（perror 函数可以自动将 errno 转换为可读的错误消息）。也可以通过 strerror() 函数返回与 errno 值对应的错误字符串。

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2 open 基本使用示例

• 以 只读方式 打开一个已有文件

  #include <fcntl.h>
  #include <stdio.h>
  #include <unistd.h>  // close 函数
  
  int main() {
      int fd;
      
      // 尝试打开文件
      fd = open("existing_file.txt", O_RDONLY);
      if (fd == -1) {
          perror("Error opening file");
          // printf("ERROR: %s\n", strerror(errno)); // 需要 errno.h
          return 1;
      }
      
      printf("File opened successfully with FD: %d\n", fd);
      
      close(fd); // 操作完成后，必须关闭文件描述符
      
      return 0;
  }

  

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• 以 写入方式 创建/打开文件（如果存在则清空）

  #include <fcntl.h>
  #include <stdio.h>
  #include <unistd.h>
  
  int main() {
      int fd;
      
      // 如果文件不存在则创建，如果存在则清空
      // 权限设置为 rw-r--r--
      fd = open("new_file.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0644); // 以追加方式打开文件只需将 O_TRUNC 改为 O_APPEND
      if (fd == -1) {
          perror("Error creating file");
          return 1;
      }
      
      printf("File created/truncated successfully with FD: %d\n", fd);
      
      // ... 这里可以进行 write 操作 ...
      
      close(fd);
      
      return 0;
  }

  

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3 open 使用注意事项

open 成功返回的文件描述符是一种系统资源，使用完毕后必须用 close() 系统调用关闭，否则会导致 资源泄漏。

不要假设 open 函数会执行成功。一定要检查返回值是否为 -1，并使用 perror 或检查 errno 来了解失败原因。