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Linux C語言檔案操作函式完整指南（二）：檔案描述符、select、管道與進程間通訊

編輯：關於C

格式化 I/O 函式族

int printf(const char *fmt, ...);           // = fprintf(stdout, fmt, ...)
int scanf(const char *fmt, ...);              // = fscanf(stdin, fmt, ...)
int fprintf(FILE *stream, const char *fmt, ...);
int fscanf(FILE *stream, const char *fmt, ...);
int sprintf(char *str, const char *fmt, ...); // 寫入字串緩衝區
int sscanf(const char *str, const char *fmt, ...); // 從字串讀取

f* 系列操作檔案串流，s* 系列操作記憶體字串。

檔案描述符層級操作（POSIX，非 ANSI C）

核心為每進程維護開啟檔案表，描述符為小正整數（0-1023，0/1/2 已佔用）。常用函式：open/creat/close/read/write/ftruncate/lseek/fsync/fstat/fchmod/flock/fcntl/dup/dup2/select/ioctl。

開啟檔案

#include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h>
int open(const char *path, int flags);                    // flags: O_RDONLY/O_WRONLY/O_CREAT 等
int open(const char *path, int flags, mode_t mode);       // 帶權限模式
// 失敗回傳 -1，flags/mode 為位元遮罩組合

讀寫與定位

#include <unistd.h>
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);   // 讀至 buf，成功回傳位元組數，EOF 0，錯誤 -1
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count); // 從 buf 寫入
// fd=1 寫標準輸出，fd=0 讀標準輸入

檔案狀態資訊

#include <sys/stat.h>
int stat(const char *path, struct stat *buf);   // 透過路徑取得
int fstat(int fd, struct stat *buf);            // 透過描述符取得
// 成功 0，失敗 -1（errno 存錯誤碼），man stat 查結構體欄位

多工 I/O：select 機制

#include <sys/select.h> #include <sys/time.h>
int select(int maxfd, fd_set *readset, fd_set *writeset, fd_set *exceptset, struct timeval *timeout);
// 回傳：就緒描述符數、0(超時)、-1(錯誤)
// maxfd: 最大描述符+1；timeout: NULL=永久等待，0=非阻塞輪詢

fd_set 操作巨集：FD_ZERO 清空、FD_SET 加入、FD_CLR 移除、FD_ISSET 測試。使用流程：初始化集合 → select 等待 → 輪詢 FD_ISSET 處理就緒描述符 → FD_CLR 清理。

struct timeval { long tv_sec; long tv_usec; };

檔案描述符轉檔案指標：`fdopen`

FILE *fdopen(int fildes, const char *mode);

將現有描述符（來自 open/pipe/socket 等）關聯標準 I/O 串流。mode 必須與原描述符讀寫模式一致。常用於管道、網路通訊通道無法用 fopen 開啟的情況。

進程間通訊：管道

命名管道 (FIFO) + `popen`/`pclose`

FILE *popen(const char *command, const char *mode); // mode: "r" 讀命令輸出, "w" 寫命令輸入
int pclose(FILE *fp);

範例 1：讀取命令輸出

FILE *fp = popen("cat /etc/profile", "r");
char buf[512];
while (fgets(buf, sizeof(buf), fp)) puts(buf);
pclose(fp);

範例 2：寫入命令輸入

char buf[] = "aaa bbb ccc";
FILE *fp = popen("wc -w", "w");
fwrite(buf, sizeof(buf), 1, fp);
pclose(fp);

無名管道 `pipe()`

int pipe(int fds[2]); // fds[0] 讀端, fds[1] 寫端，成功 0，失敗 -1
// 必須有父子關係繼承描述符，進程結束管道自動消失

父寫子讀範例

int fds[2]; pipe(fds);
if (fork() == 0) {          // 子進程
    close(fds[1]); sleep(2);
    read(fds[0], buf, sizeof(buf)); puts(buf);
    close(fds[0]); exit(0);
} else {                    // 父進程
    close(fds[0]);
    write(fds[1], "hello", 6);
    waitpid(-1, NULL, 0);
    close(fds[1]); exit(0);
}