文件读取

本文通过一个精简版 cat 命令的实作，演示如何使用 Linux 系统调用读取文件内容。精简版 cat 命令功能非常单一，但五脏俱全，足以用来演示。其用法如下：

$ echo hello > foo
$ ./cat foo
hello

如上， cat 接受一个命令行参数——被读取文件路径，打开并读取文件，最后将文件内容输出到标准输出。如果文件不存在， cat 命令提示错误并退出。

精简版 cat 命令源码如下：

cat.c

#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#define BUFFER_SIZE 10240
int main(int argc, char *argv[])
{
    // 检查参数
    if (argc != 2) {
        fprintf(stderr, "Usage: cat [filepath]\n");
        exit(1);
    }
    // 打开文件
    int fd = open(argv[1], O_RDONLY);
    if (fd == -1) {
        perror("Open file");
    exit(2);
    }
    // 循环输出
    for (;;) {
        // 缓冲区
        char buffer[BUFFER_SIZE];
        // 读文件
        int bytes = read(fd, buffer, BUFFER_SIZE);
        if (bytes == -1) {
            perror("Read file");
        exit(3);
        }
        else if (bytes == 0) {
            break;
        }
        // 写到标准输出
        // 文件描述符0代表标准输出
        if (write(0, buffer, bytes) == -1) {
            perror("Write stdout");
            exit(4);
        }
    }
    close(fd);
    return 0;
}

这是一个非常简短的程序，代码逻辑都在 main 函数里。

第 10-14 行处，先检查命令行参数。如果参数个数不符合预期，输出错误并退出。

第 17-21 行处，调用 open 系统调用打开文件。open 系统调用返回一个 文件描述符 ，后续可以通过该描述符操作文件。

如果文件打开失败， open 将返回 -1 ，程序需要对异常情况进行处理。导致打开文件的原因又很多，例如：文件不存在；抑或权限不足等等。

注意到，我们以只读模式打开文件—— flags 参数为 O_RDONLY 。flags 参数用于指定不同的访问模式，可以是以下三者之一：

• O_RDONLY ，只读模式
• O_WRONLY ，只写模式
• O_RDWR ，读写模式

更多关于 open 系统调用使用方法，请参考 open(2) - Linux manual page 。这是一份唾手可得的编程文档：

$ man 2 open

第 24-44 行，在一个循环内不停读取文件并写到标准输出，直到文件读完。

在调用 read 系统调用前，需要准备一个 缓冲区 ，用于存储文件内容。read 负责将文件内容从磁盘读取到缓冲区中，并返回成功读取字节数。

read 需要传入 3 个参数： 文件描述符 、 缓冲区地址 以及 读取字节数 (受缓冲区限制)。read 返回值为零，意味着文件读取完毕，可以退出循环。

同样，更多关于 read 系统调用使用方法，请参考 read(2) - Linux manual page 。

第 46 行，在程序退出前，关闭文件描述符。其实，这个步骤可以省略，因为程序退出时，内核会关闭其所有文件描述符。

下一步

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参考文献

• open(2) - Linux manual page
• read(2) - Linux manual page