C語言 open 函式完整指南｜使用方法、旗標與錯誤處理徹底解析

1. C 語言的open函數是什麼？

1.1 open函數的作用

1.2 fopen函數的差異

• 記錄日誌檔案（使用 O_APPEND）
• 建立暫存檔案（O_TMPFILE）
• 非同步處理（O_NONBLOCK）
• 建立具有特定存取權限的檔案（O_CREAT + mode）

2. open函式的基本使用方式【附範例程式碼】

2.1 open函式的原型

#include <fcntl.h>

int open(const char *path, int flags, mode_t mode);

• path：要開啟的檔案路徑（例如："sample.txt"）。
• flags：指定檔案開啟模式與行為的旗標（例如：O_RDONLY）。
• mode：檔案建立時的權限（在指定 O_CREAT 時需要）。
• 返回值：
• 成功時：檔案描述符（0 以上的整數）
• 失敗時：返回 -1，錯誤資訊存於 errno。

2.2 open函式的基本使用方式

#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    int fd = open("sample.txt", O_RDWR | O_CREAT, 0644);
    if (fd == -1) {
        perror("open");
        return 1;
    }

    printf("File opened successfully with descriptor %dn", fd);

    close(fd);
    return 0;
}

2.3 open函式的錯誤處理

#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>

int main() {
    int fd = open("/root/protected.txt", O_RDONLY);
    if (fd == -1) {
        perror("open failed");
        return 1;
    }

    close(fd);
    return 0;
}

• EACCES（Permission denied）：權限不足
• ENOENT（No such file or directory）：指定的檔案不存在

2.4 open函式的選項活用

• 以唯讀方式開啟

  int fd = open("sample.txt", O_RDONLY);

• 以唯寫方式開啟

  int fd = open("sample.txt", O_WRONLY);

• 檔案不存在時新建

  int fd = open("sample.txt", O_WRONLY | O_CREAT, 0644);

• 開啟既有檔案並清空內容

  int fd = open("sample.txt", O_WRONLY | O_TRUNC);

3. open函式的旗標列表【完整指南】

3.1 基本的旗標

3.1.1 指定讀寫模式的旗標

3.1.2 使用範例

int fd1 = open("file.txt", O_RDONLY);  // 以唯讀方式
int fd2 = open("file.txt", O_WRONLY);  // 以唯寫方式
int fd3 = open("file.txt", O_RDWR);    // 可讀寫

3.2 關於檔案建立與管理的旗標

3.2.1 O_CREAT（檔案不存在時新建）

int fd = open("newfile.txt", O_WRONLY | O_CREAT, 0644);

3.2.2 O_EXCL（與 O_CREAT 同時使用，若檔案已存在則錯誤）

int fd = open("newfile.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_EXCL, 0644);
if (fd == -1) {
    perror("File already exists");
}

3.2.3 O_TRUNC（開啟已存在的檔案時刪除內容）

int fd = open("log.txt", O_WRONLY | O_TRUNC);

3.3 控制寫入行為的旗標

3.3.1 O_APPEND（以追加模式開啟）

int fd = open("log.txt", O_WRONLY | O_APPEND);
write(fd, "New log entryn", 14);

3.4 控制非同步/特殊行為的旗標

3.4.1 O_NONBLOCK（非阻塞模式）

int fd = open("fifo_pipe", O_RDONLY | O_NONBLOCK);

3.4.2 O_SYNC（同步寫入）

int fd = open("important_data.txt", O_WRONLY | O_SYNC);

3.4.3 O_NOFOLLOW（不追蹤符號連結）

int fd = open("symlink_file", O_RDONLY | O_NOFOLLOW);

3.5 旗標的組合

4. mode（檔案權限）的詳細

4.1 mode是什麼？

int fd = open("newfile.txt", O_WRONLY | O_CREAT, 0644);

4.2 mode的基本設定

4.3 mode與umask的關係

0666（指定的mode）
- 0022（umask）
------------
0644（實際套用的權限）

$ umask
0022

4.4 使用 chmod 變更權限

$ chmod 600 secret.txt  # 秘密檔案
$ chmod 755 script.sh   # 可執行檔案

#include <sys/stat.h>

chmod("file.txt", 0644);

4.5 考慮 mode 的 open 函式實作範例

#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    int fd = open("secure.txt", O_WRONLY | O_CREAT, 0600);
    if (fd == -1) {
        perror("開啟失敗");
        return 1;
    }
    printf("File created successfully with descriptor %dn", fd);
    close(fd);
    return 0;
}

5. open函式與相關的系統呼叫

5.1 close函式（關閉檔案）

5.1.1 close的原型

#include <unistd.h>

int close(int fd);

5.1.2 close的使用範例

#include <fcntl.h>#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    int fd = open("sample.txt", O_RDONLY);
    if (fd == -1) {
        perror("open failed");
        return 1;
    }

    printf("File opened successfully.n");

    if (close(fd) == -1) {
        perror("close failed");
        return 1;
    }

    printf("File closed successfully.n");

    return 0;
}

5.2 read函式

6. open 函式的實務使用範例

6.1 以追加模式開啟記錄檔

#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    int fd = open("log.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_APPEND, 0644);
    if (fd == -1) {
        perror("open failed");
        return 1;
    }

    const char *log_entry = "New log entryn";
    write(fd, log_entry, 14);

    close(fd);
    return 0;
}

6.2 建立暫存檔

#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    int fd = open("/tmp", O_TMPFILE | O_RDWR, 0644);
    if (fd == -1) {
        perror("open failed");
        return 1;
    }

    const char *data = "Temporary datan";
    write(fd, data, 15);

    printf("Temporary file created (fd = %d)n", fd);

    close(fd);
    return 0;
}

6.3 使用 O_NONBLOCK 的非同步處理

#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    int fd = open("fifo_pipe", O_RDONLY | O_NONBLOCK);
    if (fd == -1) {
        perror("open failed");
        return 1;
    }

    printf("File opened in non-blocking moden");

    close(fd);
    return 0;
}

6.4 錯誤處理的實作

#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>

int main() {
    int fd = open("/root/protected.txt", O_RDONLY);
    if (fd == -1) {
        perror("open failed");

        if (errno == EACCES) {
            printf("Permission deniedn");
        } else if (errno == ENOENT) {
            printf("File does not existn");
        }

        return 1;
    }

    close(fd);
    return 0;
}

6.5 利用 lseek 變更檔案位置

#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    int fd = open("sample.txt", O_RDONLY);
    if (fd == -1) {
        perror("open failed");
        return 1;
    }

    lseek(fd, 10, SEEK_SET);

    char buffer[11];
    read(fd, buffer, 10);
    buffer[10] = '�';

    printf("Read after seek: %sn", buffer);

    close(fd);
    return 0;
}

7. open函數相關的常見問題（FAQ）

7.1 open函數與fopen函數的差異是？

7.2 open函數中mode是否必須指定？

• 僅在使用 O_CREAT 時才需要

int fd = open("newfile.txt", O_WRONLY | O_CREAT, 0644);

7.3 指定 O_APPEND 後，寫入位置是否永遠在檔案末端？

• 是的，指定 O_APPEND 後寫入會永遠在檔案末端進行

int fd = open("log.txt", O_WRONLY | O_APPEND);
write(fd, "New entryn", 10);
close(fd);

7.4 什麼時候使用 O_NONBLOCK 旗標？

• 在 FIFO（管道）或 socket 想要立即返回的情況

int fd = open("fifo_pipe", O_RDONLY | O_NONBLOCK);
if (fd == -1) {
    perror("open failed");
}

7.5 用 open 函數開啟符號連結會發生什麼？

• 通常會開啟連結指向的檔案，但使用 O_NOFOLLOW 可以防止

int fd = open("symlink.txt", O_RDONLY | O_NOFOLLOW);
if (fd == -1) {
    perror("open failed");
}

7.6 如何使用 open 函數取得檔案大小？

#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    int fd = open("sample.txt", O_RDONLY);
    if (fd == -1) {
        perror("open failed");
        return 1;
    }

    off_t filesize = lseek(fd, 0, SEEK_END);
    printf("File size: %ld bytesn", filesize);

    close(fd);
    return 0;
}

7.7 open 函數失敗的主要原因是？

#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>

int main() {
    int fd = open("/root/protected.txt", O_RDONLY);
    if (fd == -1) {
        perror("open failed");

        if (errno == EACCES) {
            printf("Permission deniedn");
        } else if (errno == ENOENT) {
            printf("File does not existn");
        }

        return 1;
    }

    close(fd);
    return 0;
}

8. 總結

8.1 open函式的基本

• open函式是用來開啟或建立檔案的系統呼叫。
• 與 fopen 不同，會回傳檔案描述符（FD）。
• 適當執行 close(fd)，以防止資源洩漏。

8.2 open函式的主要旗標

8.3 open函式與相關的系統呼叫

• close(fd)：釋放檔案描述符。
• read(fd, buf, count)：從檔案讀取資料。
• write(fd, buf, count)：寫入資料至檔案。
• lseek(fd, offset, whence)：移動檔案的讀寫位置。

8.4 open函式的實務使用範例

• 日誌檔案的追加 → 使用 O_APPEND 追加至尾端。
• 暫存檔案的建立 → 活用 O_TMPFILE。
• 非同步處理 → 使用 O_NONBLOCK 以避免阻塞。

8.5 open函式的注意事項

• 適當地呼叫 close(fd)：為防止資源洩漏。
• 執行錯誤處理：檢查 errno，並採取適當的對策。
• 不要設定錯誤的權限：若 mode 指定錯誤，會造成安全風險。

8.6 本文的總結

8.7 最後