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深入理解 Linux 中的 stat 函数与文件属性操作

java 2025/7/13 7:19:35

在 Linux 系统编程中，获取和操作文件属性是一项基础且重要的任务。stat 函数作为获取文件状态信息的核心接口，为我们提供了丰富的文件元数据。本文将详细解析 stat 函数的用法、结构体成员含义，以及与文件时间戳、权限相关的实用操作。

一、stat 函数：文件信息的 "万能查询器"

stat 函数的原型非常简洁：

int stat(const char *pathname, struct stat *statbuf)

功能：通过文件路径 pathname，将该文件的状态信息填充到 statbuf 指向的结构体中
返回值：成功返回 0，失败返回 -1（并设置 errno）

这个函数就像一个 "文件侦探"，能帮我们获取文件的各种隐秘信息 —— 从基本的大小、权限，到深入的 inode 编号、设备 ID 等。

二、struct stat 结构体：文件信息的 "数据字典"

struct stat 结构体是 stat 函数的核心，它包含了文件的几乎所有元数据，我们逐一解析其关键成员：

成员	类型	含义
`st_dev`	`dev_t`	存储文件的设备 ID
`st_ino`	`ino_t`	文件的 inode 编号（文件系统中唯一标识）
`st_mode`	`mode_t`	文件类型（普通文件 / 目录 / 设备等）和权限标志
`st_nlink`	`nlink_t`	硬链接数量（`ln` 命令创建的链接会增加此值）
`st_uid`/`st_gid`	`uid_t`/`gid_t`	文件所有者的用户 ID 和组 ID
`st_rdev`	`dev_t`	特殊文件（如设备文件）的设备 ID
`st_size`	`off_t`	文件大小（字节数，普通文件有效）
`st_blksize`	`blksize_t`	文件系统 I/O 的块大小
`st_blocks`	`blkcnt_t`	分配的 512 字节块数量（注意：可能大于实际内容占用）

三、文件的三个关键时间戳：atime、mtime、ctime

文件有三个重要的时间戳，常被新手混淆，这里明确区分：

访问时间（st_atim）
- 宏定义：st_atime（兼容旧版本，等价于 st_atim.tv_sec）
- 含义：最后一次读取文件内容的时间（如 cat、less 操作会更新）
- 对应命令：acces 相关操作会修改此时间
修改时间（st_mtim）
- 宏定义：st_mtime
- 含义：最后一次修改文件内容的时间（如 echo "xxx" >> file 会更新）
- 注意：内容变化才会更新，与权限无关
状态改变时间（st_ctim）
- 宏定义：st_ctime
- 含义：最后一次文件状态变化的时间，包括：
  - 修改文件权限（如 chmod 755 file）
  - 更改所有者（chown 命令）
  - 甚至文件大小变化时也会同步更新

四、文件权限与 ll 命令的对应关系

使用 ll 命令（ls -l 的别名）显示的文件信息，其实大部分来自 struct stat：

例如一行典型的 ll 输出：

-rwxr-xr-- 1 root users 1024 7月 10 15:30 test.c

-rwxr-xr--：对应 st_mode 的权限位
1：对应 st_nlink（硬链接数）
root/users：对应 st_uid/st_gid（通过 pwd/grp 转换为名称）
1024：对应 st_size（文件大小）
7月 10 15:30：默认显示 st_mtime（修改时间）

五、错误处理：perror、strerror 与程序退出

当 stat 等系统调用失败时，我们需要妥善处理错误信息，常用的工具包括：

perror：直接打印错误描述

if (stat("test.txt", &st) == -1) {perror("stat failed"); // 输出格式："stat failed: 错误描述"exit(EXIT_FAILURE);
}

strerror：根据 errno 获取错误字符串

#include <string.h>
if (stat("test.txt", &st) == -1) {fprintf(stderr, "错误：%s\n", strerror(errno));exit(1);
}

程序退出：遇到无法恢复的错误时，使用 exit() 或 _exit() 终止程序，避免后续错误操作。

六、实用示例：用 stat 实现简易文件信息查看器

下面是一个简单的程序，演示如何使用 stat 函数获取并打印文件关键信息：

#include <stdio.h>
#include <sys/stat.h>
#include <time.h>
#include <stdlib.h>int main(int argc, char *argv[]) {if (argc != 2) {fprintf(stderr, "用法：%s <文件名>\n", argv[0]);return 1;}struct stat st;if (stat(argv[1], &st) == -1) {perror("获取文件信息失败");exit(EXIT_FAILURE);}printf("文件: %s\n", argv[1]);printf("大小: %lld 字节\n", (long long)st.st_size);printf("权限: 0%o\n", st.st_mode & 0777); // 提取权限位printf("硬链接数: %d\n", st.st_nlink);printf("最后访问: %s", ctime(&st.st_atime));printf("最后修改: %s", ctime(&st.st_mtime));printf("最后状态改变: %s", ctime(&st.st_ctime));return 0;
}

总结

stat 函数是 Linux 系统编程中操作文件属性的基础，理解它的结构体成员和返回值，能帮助我们更深入地掌握文件系统的工作机制。无论是获取文件大小、判断文件类型，还是监控文件的修改状态，stat 都能胜任。结合 perror、strerror 等错误处理函数，可以写出更健壮的文件操作程序。

下次当你使用 ll 命令查看文件信息时，不妨想想：这些数据其实都来自 struct stat 结构体呢！

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