标准IO：打开关闭、错误处理

1. 文件打开与关闭的基本概念

• 打开（Open）：占用系统资源（如文件、设备等）。
• 关闭（Close）：释放已占用的资源，避免其他程序无法访问。
• 在操作系统底层（文件描述符层面），通过 open() 和 close() 实现资源的占用与释放。
• 在 C 标准库中，使用 FILE* 流指针进行操作，接口形式不同但本质一致。

重要提醒：程序结束时系统会自动释放资源，但这不是良好编程习惯。应主动调用关闭函数以确保资源及时释放，防止资源泄漏或被恶意利用。

2. 标准库中的 fopen() 函数

基本信息

• 头文件：<stdio.h>
• 函数原型：

  FILE *fopen(const char *pathname, const char *mode);
  

• 参数说明：
  • pathname：文件路径（字符串形式）
  • mode：打开模式（字符串），决定对文件的操作权限和行为
• 返回值：成功返回 FILE* 指针；失败返回 NULL

注意：fopen() 只有两个参数，不像系统调用 open() 那样有第三个权限参数（用于创建文件时指定权限）。

3. 文件打开模式详解

关键区别说明：

• "r" / "r+"：要求文件必须存在，否则 fopen() 返回 NULL。
• "w" / "w+"：
  • 若文件存在 → 清空内容后从头开始写入。
  • 若文件不存在 → 创建新文件。
• "a" / "a+"：
  • 写入操作始终追加到文件末尾（即使使用 fwrite 或 fprintf）。
  • 不会清空已有内容。
  • 支持读操作（"a+"），但写操作仍只能在末尾。

实践验证：

• 使用 "r" 打开不存在的 test.txt → 失败。
• 使用 "w" 打开不存在的 test.txt → 成功并创建文件。
• 若 test.txt 原有内容为 "hello"，用 "w" 打开后内容被清空。
• 若用 "a" 打开，原有内容保留，后续写入追加至末尾。

4. fopen() 与系统调用 open() 的对比

对应关系示例：

• "r" → open(path, O_RDONLY)
• "w" → open(path, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0664)
• "a" → open(path, O_WRONLY | O_CREAT | O_APPEND, 0664)

5. 文件关闭：fclose()

• 头文件：<stdio.h>
• 函数原型：

  int fclose(FILE *stream);
  

• 功能：
  • 刷新缓冲区（将未写入的数据同步到磁盘）
  • 释放 FILE* 结构体内存
  • 关闭底层文件描述符
• 返回值：
  • 成功：0
  • 失败：EOF（通常为 -1）

最佳实践：每次 fopen() 后都应配对调用 fclose()，即使程序即将退出。

6. 错误处理机制

C 标准库通过全局变量 errno（全称：error number）记录最近一次系统或库函数调用的错误码。

6.1 errno 特性

• 类型：int
• 作用域：全局变量（定义在 <errno.h> 中）
• 行为：
  • 成功时通常为 0
  • 失败时被设为特定错误码（如 2 表示 “No such file or directory”）
  • 每次调用可能覆盖，因此应在出错后立即检查

6.2 错误信息输出函数

(1) perror(const char *s)

• 头文件：<stdio.h>
• 功能：自动读取当前 errno，输出格式为：

  s: 错误描述文本
  

• 示例：

  FILE *fp = fopen("nonexist.txt", "r");
  if (fp == NULL) {
      perror("fopen failed");  // 输出：fopen failed: No such file or directory
  }
  

(2) strerror(int errnum)

• 头文件：<string.h>
• 功能：根据错误码返回对应的错误描述字符串（char*）
• 示例：

  #include <errno.h>
  #include <string.h>
  
  FILE *fp = fopen("nonexist.txt", "r");
  if (fp == NULL) {
      printf("Error %d: %s\n", errno, strerror(errno));
      // 输出：Error 2: No such file or directory
  }
  

对比：

• perror() 更简洁，适合快速调试。
• strerror() 更灵活，可嵌入自定义日志格式。

7. 文件权限与 umask

7.1 默认文件权限

• 当使用 "w" 或 "a" 创建新文件时，标准库默认使用权限 0664（八进制）。
• 实际权限 = 指定权限 & ~umask
  • 例如：若 umask = 0022，则 0666 & ~0022 = 0644
• 常见 umask 值：
  • 普通用户：0022 → 新文件权限为 rw-r--r--（644）
  • root 用户：0022 或 0002

7.2 权限表示法

• 符号表示：rwxrwxrwx（读=4，写=2，执行=1）
• 数值表示：八进制数，如 0644、0755
  • 注意：C 代码中应写作 0664（前导零表示八进制）

提示：可通过 umask 000 临时禁用掩码，使创建的文件完全按指定权限设置。

8. 完整代码示例

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>

int main() {
    FILE *fp = fopen("test.txt", "r");
    if (fp == NULL) {
        // 方法1：使用 perror
        perror("fopen failed");
  
        // 方法2：使用 strerror + errno
        fprintf(stderr, "Error code: %d, Message: %s\n", 
                errno, strerror(errno));
        return EXIT_FAILURE;
    }

    printf("File opened successfully!\n");

    // ... 进行文件读写操作 ...

    if (fclose(fp) != 0) {
        perror("fclose failed");
        return EXIT_FAILURE;
    }

    printf("File closed successfully.\n");
    return EXIT_SUCCESS;
}