Linux文件IO（十一）-复制文件描述符与截断文件

1.复制文件描述符

在 Linux 系统中，open 返回得到的文件描述符 fd 可以进行复制，复制成功之后可以得到一个新的文件描述符，使用新的文件描述符和旧的文件描述符都可以对文件进行 IO 操作，复制得到的文件描述符和旧的文件描述符拥有相同的权限，譬如使用旧的文件描述符对文件有读写权限，那么新的文件描述符同样也具有读写权限；在 Linux 系统下，可以使用 dup 或 dup2 这两个系统调用对文件描述符进行复制，本小节就给大家介绍这两个函数的用法以及它们之间的区别。

复制得到的文件描述符与旧的文件描述符都指向了同一个文件表，假设 fd1 为原文件描述符，fd2 为复制得到的文件描述符，如下图所示：

因为复制得到的文件描述符与旧的文件描述符指向的是同一个文件表，所以可知，这两个文件描述符的属性是一样，譬如对文件的读写权限、文件状态标志、文件偏移量等，所以从这里也可知道“复制”的含义实则是复制文件表。同样，在使用完毕之后也需要使用 close 来关闭文件描述符。

dup 函数

dup 函数用于复制文件描述符，此函数原型如下所示（可通过"man 2 dup"命令查看）：

#include <unistd.h>
int dup(int oldfd);

首先使用此函数需要包含头文件<unistd.h>。

函数参数和返回值含义如下：

oldfd：需要被复制的文件描述符。
返回值：成功时将返回一个新的文件描述符，由操作系统分配，分配置原则遵循文件描述符分配原则；如果复制失败将返回-1，并且会设置 errno 值。

测试

由前面的介绍可知，复制得到的文件描述符与原文件描述符都指向同一个文件表，所以它们的文件读写偏移量是一样的，那么是不是可以在不使用O_APPEND标志的情况下，通过文件描述符复制来实现接续写，接下来我们编写一个程序进行测试，测试代码如下所示：

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>int main(void)
{unsigned char buffer1[4], buffer2[4];int fd1, fd2;int ret;int i;/* 创建新文件 test_file 并打开 */fd1 = open("./test_file", O_RDWR | O_CREAT | O_EXCL, S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IROTH);if (-1 == fd1) {perror("open error");exit(-1);}/* 复制文件描述符 */fd2 = dup(fd1);if (-1 == fd2) {perror("dup error");ret = -1;goto err1;}printf("fd1: %d\nfd2: %d\n", fd1, fd2);/* buffer 数据初始化 */buffer1[0] = 0x11;buffer1[1] = 0x22;buffer1[2] = 0x33;buffer1[3] = 0x44;buffer2[0] = 0xAA;buffer2[1] = 0xBB;buffer2[2] = 0xCC;buffer2[3] = 0xDD;/* 循环写入数据 */for (i = 0; i < 4; i++) {ret = write(fd1, buffer1, sizeof(buffer1));if (-1 == ret) {perror("write error");goto err2;}ret = write(fd2, buffer2, sizeof(buffer2));if (-1 == ret) {perror("write error");goto err2;}}/* 将读写位置偏移量移动到文件头 */ret = lseek(fd1, 0, SEEK_SET);if (-1 == ret) {perror("lseek error");goto err2;}/* 读取数据 */for (i = 0; i < 8; i++) {ret = read(fd1, buffer1, sizeof(buffer1));if (-1 == ret) {perror("read error");goto err2;}printf("%x%x%x%x", buffer1[0], buffer1[1],buffer1[2], buffer1[3]);}printf("\n");ret = 0;err2:close(fd2);err1:/* 关闭文件 */close(fd1);exit(ret);
}

测试代码中，我们使用了 dup 系统调用复制了文件描述符 fd1，得到另一个新的文件描述符 fd2，分别通过 fd1 和 fd2 对文件进行写操作，最后读取写入的数据来判断是分别写还是接续写，接下来编译测试：

由打印信息可知，fd1 等于 6，复制得到的新的文件描述符为 7（遵循 fd 分配原则），打印出来的数据显示为接续写，所以可知，通过复制文件描述符可以实现接续写。

dup2 函数

dup 系统调用分配的文件描述符是由系统分配的，遵循文件描述符分配原则，并不能自己指定一个文件描述符，这是 dup 系统调用的一个缺陷；而 dup2 系统调用修复了这个缺陷，可以手动指定文件描述符，而不需要遵循文件描述符分配原则，当然在实际的编程工作中，需要根据自己的情况来进行选择。

dup2 函数原型如下所示（可以通过"man 2 dup2"命令查看）：

#include <unistd.h>
int dup2(int oldfd, int newfd);

同样使用该命令也需要包含<unistd.h>头文件。

函数参数和返回值含义如下：

oldfd：需要被复制的文件描述符。
newfd：指定一个文件描述符（需要指定一个当前进程没有使用到的文件描述符）。
返回值：成功时将返回一个新的文件描述符，也就是手动指定的文件描述符 newfd；如果复制失败将返回-1，并且会设置 errno 值。

测试

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(void)
{int fd1, fd2;int ret;/* 创建新文件 test_file 并打开 */fd1 = open("./test_file", O_RDWR | O_CREAT | O_EXCL, S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IROTH);if (-1 == fd1) {perror("open error");exit(-1);}/* 复制文件描述符 */fd2 = dup2(fd1, 100);if (-1 == fd2) {perror("dup error");ret = -1;goto err1;}printf("fd1: %d\nfd2: %d\n", fd1, fd2);ret = 0;close(fd2);err1:/* 关闭文件 */close(fd1);exit(ret);
}

接下来编写一个简单地测试程序，如下所示：

测试代码使用 dup2 函数复制文件描述符 fd1，指定新的文件描述符为 100，复制成功之后将其打印出来，结果如下所示：

由打印信息可知，复制得到的文件描述符 fd2 等于 100，正是我们在 dup2 函数中指定的文件描述符。

注：文件描述符并不是只能复制一次，实际上可以对同一个文件描述符 fd 调用 dup 或 dup2 函数复制多次，得到多个不同的文件描述符。

2.截断文件

使用系统调用 truncate()或 ftruncate()可将普通文件截断为指定字节长度，其函数原型如下所示：

#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>

#include <sys/types.h>

int truncate(const char *path, off_t length);int ftruncate(int fd, off_t length);

这两个函数的区别在于：ftruncate()使用文件描述符 fd 来指定目标文件，而 truncate()则直接使用文件路径 path 来指定目标文件，其功能一样。这两个函数都可以对文件进行截断操作，将文件截断为参数 length 指定的字节长度，什么是截断？如果文件目前的大小大于参数 length 所指定的大小，则多余的数据将被丢失，类似于多余的部分被“砍”掉了；如果文件目前的大小小于参数 length 所指定的大小，则将其进行扩展，对扩展部分进行读取将得到空字节"\0"。

使用 ftruncate()函数进行文件截断操作之前，必须调用 open()函数打开该文件得到文件描述符，并且必须要具有可写权限，也就是调用 open()打开文件时需要指定 O_WRONLY 或 O_RDWR。

调用这两个函数并不会导致文件读写位置偏移量发生改变，所以截断之后一般需要重新设置文件当前的读写位置偏移量，以免由于之前所指向的位置已经不存在而发生错误（譬如文件长度变短了，文件当前所向的读写位置已不存在）。调用成功返回 0，失败将返回-1，并设置 errno 以指示错误原因。

使用示例演示文件的截断操作，分别使用 ftruncate()和 truncate()将当前目录下的文件 file1 截断为长度 0、将文件 file2 截断为长度 1024 个字节。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int main(void)
{int fd;/* 打开 file1 文件 */if (0 > (fd = open("./file1", O_RDWR))) {perror("open error");exit(-1);}/* 使用 ftruncate 将 file1 文件截断为长度 0 字节 */if (0 > ftruncate(fd, 0)) {perror("ftruncate error");exit(-1);}/* 使用 truncate 将 file2 文件截断为长度 1024 字节 */if (0 > truncate("./file2", 1024)) {perror("truncate error");exit(-1);}/* 关闭 file1 退出程序 */close(fd);exit(0);
}

上述代码中，首先使用 open()函数打开文件 file1，得到文件描述符 fd，接着使用 ftruncate()系统调用将文件截断为 0 长度，传入 file1 文件对应的文件描述符；接着调用 truncate()系统调用将文件 file2 截断为 1024字节长度，传入 file2 文件的相对路径。

接下来进行测试，在当前目录下准备两个文件 file1 和 file2，如下所示：