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Linux 文件与目录操作详解

news 2025/8/4 9:07:53

简介

基本概念

1. 常见文件类型操作接口：

系统库（简单跨平台）

C 标准库（高性能底层调用）

2. 文件与目录操作核心函数

标准库 FILE*

系统调用

目录操作

项目实战一：实现 wc 功能

功能示例

关键点

代码实现

项目实战二：文件分卷与哈希摘要

示例

使用接口

openssl 安装

代码实现

总结

简介

在 Linux 系统中，一切皆文件。本文从 Linux 文件的基本操作函数讲起，结合三个实际任务案例，带你全面掌握文件读写、目录遍历、文件切片、哈希摘要等常用操作。无论你是系统程序员、服务器开发者，还是操作系统课程的学习者，本篇内容都能帮你打好底层基础。

基本概念

Linux 把所有内容抽象为文件，统一进行读写操作：

普通文件与文件夹
设备文件（如 /dev/null）
网络套接字
进程信息（如 /proc/self）

文件的抽象来源于“流”的概念 —— 一串从源头流向目的地的字节序列。

1. 常见文件类型操作接口：

系统库（简单跨平台）

- `open`

- `close`

- `read`

- `write`

- `ioctrl`

C 标准库（高性能底层调用）

- `fopen`

- `fclose`

- `fread`

- `fwrite`

- `fseek`

- `fgetc`

- `fputc`

- `fgets`

- `fputs`

2. 文件与目录操作核心函数

标准库 `FILE*`

适用于文本文件和缓冲处理：

FILE *fp = fopen("a.txt", "r");    // 打开一个用于读取的文件。该文件必须存在。
fgetc(fp);    // 读取单个字符
fgets(buf, n, fp);  // 读取一行
fclose(fp);    // 关闭文件

mode

- r 只读

- r+ 读写

- w 只写，截断

- w+ 读写，截断

- a 追加

- a+ 追加读

- b 二进制格式

系统调用

适合大文件和高并发场景：

int fd = open("a.txt", O_RDONLY);
read(fd, buf, n);
lseek(fd, offset, SEEK_SET);
close(fd);

目录操作

需引入头文件 <dirent.h> 和 <sys/stat.h>：

DIR *dp = opendir(".");
struct dirent *entry;
while ((entry = readdir(dp)) != NULL) {printf("%s\n", entry->d_name);
}
closedir(dp);

项目实战一：实现 `wc` 功能

目标：实现命令 wc 的常用功能（字节数、词数、行数）

功能示例

./wc -c a.txt   # 字节数
./wc -w a.txt   # 单词数
./wc -l a.txt   # 行数
./wc a.txt      # 全部统计

关键点

fgetc() 逐字符读取
判断空格、换行、制表符统计词数
行数遇 '\n' 增加
使用 fseek + ftell 获取文件大小（字节数）

代码实现

// 简单实现 wc 的功能
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>void count_file(const char *filename, int count_line, int count_word, int count_byte);int main(int argc, char const *argv[])
{if (argc < 2){printf("用法: %s [-c] [-w] [-l] 文件名\n", argv[0]);return EXIT_FAILURE;}int count_line = 0;int count_word = 0;int count_byte = 0;const char *filename = NULL;for (int i = 1; i < argc; i++){if (strcmp(argv[i], "-l") == 0){count_line = 1;}else if (strcmp(argv[i], "-w") == 0){count_word = 1;}else if (strcmp(argv[i], "-c") == 0){count_byte = 1;}else{filename = argv[i];}}if (!filename){fprintf(stderr, "未指定文件名\n");return EXIT_FAILURE;}count_file(filename, count_line, count_word, count_byte);return EXIT_SUCCESS;
}void count_file(const char *filename, int count_line, int count_word, int count_byte)
{FILE *fp = fopen(filename, "r");if (!fp){perror("文件打开失败");return;}int lines = 0;int words = 0;int bytes = 0;int in_word = 0;int c;while ((c = fgetc(fp)) != EOF){bytes++;if (c == '\n') lines++;if (c == ' ' || c == '\n' || c == '\t'){in_word = 0;}else if (!in_word){in_word = 1;words++;}}fclose(fp);if (!count_line && !count_word && !count_byte){count_line = count_word = count_byte = 1;}if (count_line) printf("行数: %d\n", lines);if (count_word) printf("单词数: %d\n", words);if (count_byte) printf("字节数: %d\n", bytes);
}

项目实战二：文件分卷与哈希摘要

目标：将大文件按固定大小切分，并对每一部分计算 SHA256 哈希

示例

./split a.txt 512
# 输出文件:
#   a.txt.001
#   a.txt.002
#   ...
#   m.txt      # 各分卷哈希值 + 全文件哈希

使用接口

open, read, write 实现二进制读取与写入
openssl/sha.h + SHA256() 计算哈希
文件命名使用 snprintf 构造 a.txt.001

openssl 安装

sudo apt install libssl-dev

代码实现

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <openssl/sha.h>
#include <sys/stat.h>void sha256_hash(const unsigned char *data, size_t len, char *out_hex) {unsigned char hash[SHA256_DIGEST_LENGTH];SHA256(data, len, hash);for (int i = 0; i < SHA256_DIGEST_LENGTH; i++) {sprintf(out_hex + i * 2, "%02x", hash[i]);}
}int main(int argc, char *argv[]) {if (argc != 3) {printf("用法: %s 文件名 分卷大小(字节)\n", argv[0]);return 1;}const char *filename = argv[1];int chunk_size = atoi(argv[2]);int fd = open(filename, O_RDONLY);if (fd < 0) {perror("open");return 1;}unsigned char *buffer = malloc(chunk_size);if (!buffer) {perror("malloc");close(fd);return 1;}FILE *meta_fp = fopen("m.txt", "w");if (!meta_fp) {perror("fopen m.txt");free(buffer);close(fd);return 1;}int chunk_num = 1;ssize_t read_bytes;SHA256_CTX full_ctx;SHA256_Init(&full_ctx);while ((read_bytes = read(fd, buffer, chunk_size)) > 0) {char sha_hex[65] = {0};sha256_hash(buffer, read_bytes, sha_hex);// 写入分卷char part_filename[256];snprintf(part_filename, sizeof(part_filename), "%s.%03d", filename, chunk_num++);FILE *part_fp = fopen(part_filename, "wb");fwrite(buffer, 1, read_bytes, part_fp);fclose(part_fp);fprintf(meta_fp, "%s\n", sha_hex);SHA256_Update(&full_ctx, buffer, read_bytes);}// 计算整个文件的 SHA256unsigned char full_hash[SHA256_DIGEST_LENGTH];SHA256_Final(full_hash, &full_ctx);char final_sha[65] = {0};for (int i = 0; i < SHA256_DIGEST_LENGTH; i++) {sprintf(final_sha + i * 2, "%02x", full_hash[i]);}fprintf(meta_fp, "%s\n", final_sha);  // 写入最后一行printf("完整文件 SHA256: %s\n", final_sha);fclose(meta_fp);close(fd);free(buffer);return 0;
}