4. 文件属性操作

在Linux系统中，秉持“一切皆文件”的核心设计哲学，文件并非仅存储业务数据的载体， 还附带了大量用于描述文件特征的元数据（Metadata），也就是文件属性。 这些属性是操作系统对文件进行管理、权限管控、索引定位的核心依据， 涵盖文件类型、存储大小、访问权限、所属用户与用户组、各类时间戳、索引节点（inode）、链接数等关键信息。 在Linux应用开发、系统运维、嵌入式开发等场景中，获取并解析文件属性是高频刚需操作， 无论是文件合法性校验、权限判断、状态监控，还是日志审计、数据统计，都离不开文件属性操作。

4.1. 文件属性基础

4.1.1. 文件属性存储与获取原理

Linux文件的元数据并非存储在文件内容中，而是存放在索引节点（inode）中， inode是文件系统对文件进行管理的基本单元，每个文件对应唯一的inode号，系统通过inode号定位文件、读取文件属性。 用户层无法直接访问inode，需通过内核提供的系统调用函数获取属性信息，stat、fstat、lstat就是用于获取文件inode信息的核心系统调用， 内核会将inode中的属性信息填充至指定结构体，供用户层解析使用。

4.1.2. 核心属性结构体

stat系列函数获取的文件属性，都会存储在struct stat结构体中，该结构体定义在<sys/stat.h>头文件中， 包含了文件的全部核心属性，是解析文件属性的基础，其核心成员及含义如下：

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 struct stat {
     dev_t     st_dev;         // 文件所在设备的设备号
     ino_t     st_ino;         // 文件的索引节点号（inode）
     mode_t    st_mode;        // 文件类型 + 文件访问权限
     nlink_t   st_nlink;       // 文件的硬链接数
     uid_t     st_uid;         // 文件所有者的用户ID（UID）
     gid_t     st_gid;         // 文件所属用户组的组ID（GID）
     dev_t     st_rdev;        // 设备文件的设备号
     off_t     st_size;        // 文件大小，单位为字节
     blksize_t st_blksize;     // 文件系统的块大小，I/O操作的最优缓冲区大小
     blkcnt_t  st_blocks;      // 文件占用的磁盘块数（每块512字节）
     time_t    st_atime;       // 文件最后访问时间（access）
     time_t    st_mtime;       // 文件最后修改时间（modify）
     time_t    st_ctime;       // 文件最后状态改变时间（change）
 };

st_atime、st_mtime、st_ctime均为time_t类型的时间戳，存储的是从1970年1月1日0时（Unix纪元）到对应时间的秒数； st_mode是16位整型数，高4位标识文件类型，低9位标识文件访问权限，需拆分解析。

4.2. 文件属性获取核心函数

Linux提供stat、fstat、lstat三个系统调用获取文件属性，三者功能相近但适用场景不同， 其中stat和fstat是本章核心，lstat用于区分软链接文件。

4.2.1. stat函数

stat函数用于根据传入的文件路径，获取对应文件的属性信息，填充至statbuf指向的结构体中， 若路径指向软链接文件，会自动追踪软链接，获取源文件的属性。

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 // 所需头文件
 #include <sys/types.h>
 #include <sys/stat.h>
 #include <unistd.h>

 // 函数原型
 int stat(const char *pathname, struct stat *statbuf);

 // 参数：
 // pathname：待获取属性的文件路径字符串，const char*类型，需保证路径合法
 // statbuf：struct stat类型的指针，用于存储获取到的文件属性，需提前定义

 // 返回值说明
 // 成功：返回0，文件属性已填充至statbuf结构体
 // 失败：返回-1，同时设置全局errno变量

4.2.2. fstat函数

fstat函数用于根据已打开文件的文件描述符，获取对应文件的属性信息，填充至statbuf指向的结构体中， 无需文件路径，仅依赖文件描述符，适用于已通过open/fopen打开文件的场景。

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 // 所需头文件
 #include <sys/types.h>
 #include <sys/stat.h>
 #include <unistd.h>

 // 函数原型
 int fstat(int fd, struct stat *statbuf);

 // 参数：
 // fd：已打开文件的有效文件描述符，int类型，需提前通过open等函数获取
 // statbuf：struct stat类型的指针，用于存储获取到的文件属性

 // 返回值说明
 // 成功：返回0
 // 失败：返回-1，设置全局errno变量

4.2.3. lstat函数

lstat函数与stat函数功能类似，但不会追踪软链接文件，直接获取软链接本身的属性， 适用于需要判断文件是否为软链接、获取软链接自身属性的场景。

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 // 所需头文件
 #include <sys/types.h>
 #include <sys/stat.h>
 #include <unistd.h>

 // 函数原型
 int lstat(const char *pathname, struct stat *statbuf);


 // 参数与返回值
 // pathname：待获取属性的文件路径字符串，const char*类型，需保证路径合法
 // statbuf：struct stat类型的指针，用于存储获取到的文件属性，需提前定义

 // 返回值说明
 // 成功：返回0，文件属性已填充至statbuf结构体
 // 失败：返回-1，同时设置全局errno变量

4.2.4. 三大函数使用场景对比

函数

操作依据

软链接处理

适用场景

stat

文件路径

追踪软链接，获取源文件属性

仅需文件属性，无需区分是否为软链接的常规场景

fstat

文件描述符

追踪软链接，获取源文件属性

已打开文件，需获取属性，规避路径风险

lstat

文件路径

不追踪软链接，获取软链接自身属性

判断文件是否为软链接、操作软链接本身

4.3. 文件属性解析与获取

4.3.1. 文件大小获取

文件大小是最常用的文件属性，直接存储在struct stat结构体的st_size成员中，单位为字节，无需复杂解析，直接读取即可。

普通文件的st_size为实际数据大小；设备文件、管道文件的st_size无实际意义；空洞文件的st_size为逻辑大小，大于实际占用磁盘大小。

使用方式：调用stat/fstat函数成功后，statbuf.st_size即为文件大小，off_t类型，可直接打印或参与计算。

4.3.2. 文件权限解析

文件权限存储在st_mode成员的低9位，分为三类权限：文件所有者（User）权限、所属用户组（Group）权限、其他用户（Others）权限， 每类权限占3位，分别对应读（r）、写（w）、执行（x）权限，对应的宏定义如下：

  • 所有者权限：S_IRUSR(读)、S_IWUSR(写)、S_IXUSR(执行)

  • 用户组权限：S_IRGRP(读)、S_IWGRP(写)、S_IXGRP(执行)

  • 其他用户权限：S_IROTH(读)、S_IWOTH(写)、S_IXOTH(执行)

解析方法：通过按位与操作，提取st_mode低9位，判断对应权限位是否置1，即可确定文件的访问权限， 也可直接将低9位转为八进制数，直观展示权限，如0644、0755。

4.3.3. 文件时间戳解析

struct stat包含三个核心时间戳，均为time_t类型的秒数时间戳，需结合<time.h>头文件的函数转为可读时间格式：

  • st_atime：最后访问时间，文件被读取、执行时更新

  • st_mtime：最后修改时间，文件内容被修改时更新，是最常用的时间戳

  • st_ctime：最后状态改变时间，文件内容、权限、属主等属性改变时更新

格式化方法：调用ctime(&时间戳)函数，可直接将time_t类型时间戳转为形如“Wed Mar 11 15:30:00 2026”的可读字符串； 也可调用localtime函数转为struct tm结构体，自定义时间格式。

4.3.4. 文件类型判断

文件类型存储在st_mode成员的高4位，通过专用宏定义判断，无需手动解析，常用判断宏如下：

  • S_ISREG(st_mode)：是否为普通文件

  • S_ISDIR(st_mode)：是否为目录文件

  • S_ISLNK(st_mode)：是否为软链接文件

  • S_ISCHR(st_mode)：是否为字符设备文件

  • S_ISBLK(st_mode)：是否为块设备文件

  • S_ISFIFO(st_mode)：是否为管道文件

  • S_ISSOCK(st_mode)：是否为套接字文件

4.3.5. 文件属主解析

文件的UID（st_uid）和GID（st_gid）仅为数字标识，需结合<pwd.h>、<grp.h>头文件的函数转为用户名和组名：

  • getpwuid(st_uid)：传入UID，返回struct passwd结构体，pw_name成员为用户名

  • getgrgid(st_gid)：传入GID，返回struct group结构体，gr_name成员为组名

4.4. 文件属性操作示例

本示例整合stat、fstat函数用法，实现文件属性全解析， 涵盖文件大小、权限、时间戳、文件类型、属主信息等全部核心属性，附带完整错误处理。

4.4.1. 程序源码

本节我们通过一个实验，来讲解如何实现文件属性操作。

文件操作实验（base_linux/file_io/file_attributes/file_attributes.c文件）
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#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <time.h>
#include <pwd.h>
#include <grp.h>
#include <errno.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>

void print_file_attr(struct stat *statbuf);

int main(int argc, char *argv[])
{
    // 校验参数
    if(argc != 2){
        fprintf(stderr, "用法：%s <文件路径>\n", argv[0]);
        return -1;
    }

    struct stat statbuf;
    // 方式1：通过stat函数，路径获取文件属性
    if(stat(argv[1], &statbuf) == -1){
        perror("stat获取文件属性失败");
        return -1;
    }
    printf("========== 通过stat函数获取文件属性 ==========\n");
    print_file_attr(&statbuf);

    // 方式2：通过fstat函数，文件描述符获取属性
    int fd = open(argv[1], O_RDONLY);
    if(fd == -1){
        perror("open文件失败");
        return -1;
    }
    struct stat fstat_buf;
    if(fstat(fd, &fstat_buf) == -1){
        perror("fstat获取文件属性失败");
        close(fd);
        return -1;
    }
    printf("\n========== 通过fstat函数获取文件属性 ==========\n");
    print_file_attr(&fstat_buf);

    // 关闭文件描述符
    close(fd);
    return 0;
}

// 解析并打印文件所有核心属性
void print_file_attr(struct stat *statbuf)
{
    // 1. 打印文件索引节点号
    printf("文件inode号：%ld\n", statbuf->st_ino);

    // 2. 打印文件类型
    printf("文件类型：");
    if(S_ISREG(statbuf->st_mode))          printf("普通文件\n");
    else if(S_ISDIR(statbuf->st_mode))     printf("目录文件\n");
    else if(S_ISLNK(statbuf->st_mode))     printf("软链接文件\n");
    else if(S_ISCHR(statbuf->st_mode))     printf("字符设备文件\n");
    else if(S_ISBLK(statbuf->st_mode))     printf("块设备文件\n");
    else if(S_ISFIFO(statbuf->st_mode))    printf("管道文件\n");
    else if(S_ISSOCK(statbuf->st_mode))    printf("套接字文件\n");
    else                                   printf("未知文件类型\n");

    // 3. 打印文件权限，八进制格式
    printf("文件权限：%03o\n", statbuf->st_mode & 0777);

    // 4. 打印文件大小
    printf("文件大小：%ld 字节\n", statbuf->st_size);

    // 5. 打印文件硬链接数
    printf("硬链接数：%ld\n", statbuf->st_nlink);

    // 6. 打印文件属主与属组
    struct passwd *pw = getpwuid(statbuf->st_uid);
    struct group *gr = getgrgid(statbuf->st_gid);
    printf("文件所有者：%s\n", pw->pw_name);
    printf("文件所属组：%s\n", gr->gr_name);

    // 7. 打印文件时间戳
    printf("最后访问时间：%s", ctime(&statbuf->st_atime));
    printf("最后修改时间：%s", ctime(&statbuf->st_mtime));
    printf("最后状态改变时间：%s", ctime(&statbuf->st_ctime));
}

以上程序先后通过stat和fstat函数获取文件属性，打印文件inode号、类型、权限、大小、链接数、属主信息、三类时间戳等全部核心内容， 展示文件属性解析效果，若文件路径非法或权限不足，会通过perror打印具体错误原因。

4.4.2. Makefile说明

Makefile是跟工程目录匹配的，本实验仅有一个C文件，且与Makefile处于同级目录。

Makefile内容如下所示：

文件属性操作实验（base_linux/file_io/file_attributes/Makefile文件）
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#定义变量
TARGET = file_attributes
#定义编译器
CC = gcc
#定义头文件的位置()
CFLAGS = -I.
#定义头文件
DEPS = 
#定义目标文件
OBJS = $(TARGET).o

#目标文件
$(TARGET): $(OBJS)
	$(CC) -o $@ $^ $(CFLAGS)

#*.o文件的生成规则
%.o: %.c $(DEPS)
	$(CC) -c -o $@ $< $(CFLAGS)

#伪目标
.PHONY: clean
#make clean清除编译结果
clean:
	rm -f $(TARGET) $(TARGET).o

4.4.3. 编译及测试

使用如下步骤进行编译测试：

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#编译程序
make

#执行程序
./file_attributes /etc/apt/sources.list

#程序输入程序
========== 通过stat函数获取文件属性 ==========
文件inode号：8668437
文件类型：普通文件
文件权限：644
文件大小：907 字节
硬链接数：1
文件所有者：root
文件所属组：root
最后访问时间：Sun Mar  8 15:47:28 2026
最后修改时间：Fri May 16 05:54:03 2025
最后状态改变时间：Fri May 16 05:54:03 2025

========== 通过fstat函数获取文件属性 ==========
文件inode号：8668437
文件类型：普通文件
文件权限：644
文件大小：907 字节
硬链接数：1
文件所有者：root
文件所属组：root
最后访问时间：Sun Mar  8 15:47:28 2026
最后修改时间：Fri May 16 05:54:03 2025
最后状态改变时间：Fri May 16 05:54:03 2025

4.5. 文件属性操作注意事项

  1. 严格校验返回值：stat/fstat函数失败均返回-1，必须做错误判断，结合errno排查原因，避免空指针访问或无效数据解析。

  2. 区分stat与lstat：操作软链接文件时，明确需求选择函数，避免误获取源文件属性导致逻辑错误。

  3. 时间戳使用规范：time_t类型时间戳为秒数，格式化时注意时区问题，ctime函数自带换行符，打印时无需额外添加。

  4. 权限解析精准性：仅提取st_mode低9位作为权限，切勿直接使用整个st_mode值，避免文件类型位干扰权限判断。

  5. 属主解析容错：getpwuid、getgrgid可能返回NULL，需增加判空处理，防止程序崩溃。

  6. 文件描述符管理：使用fstat函数时，确保文件描述符有效且未关闭，使用完毕后及时close释放资源。

  7. 特殊文件适配：目录、设备、管道等特殊文件的部分属性无实际意义，解析时需针对性过滤，避免无效逻辑。