如何仅在 C 中列出第一级目录？

Question

在终端中我可以拨打ls -d */。现在我想要一个c 程序来为我做这件事，就像这样：

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

int main( void )
{
    int status;

    char *args[] = { "/bin/ls", "-l", NULL };

    if ( fork() == 0 )
        execv( args[0], args );
    else
        wait( &status ); 

    return 0;
}

这将ls -l 一切。但是，当我尝试时：

char *args[] = { "/bin/ls", "-d", "*/",  NULL };

我会得到一个运行时错误：

ls: */: 没有这样的文件或目录

Answer 1

执行此操作的最低级别方法是使用ls 使用的相同 Linux 系统调用。

那么看strace -efile,getdents ls的输出：

execve("/bin/ls", ["ls"], [/* 72 vars */]) = 0
...
openat(AT_FDCWD, ".", O_RDONLY|O_NONBLOCK|O_DIRECTORY|O_CLOEXEC) = 3
getdents(3, /* 23 entries */, 32768)    = 840
getdents(3, /* 0 entries */, 32768)     = 0
...

getdents 是一个特定于 Linux 的系统调用。手册页说 libc's readdir(3) POSIX API function 在幕后使用它。

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最低级别的可移植方式（可移植到POSIX系统），是使用libc函数打开目录并读取条目。 POSIX没有指定确切的系统调用接口，不像非目录文件。

这些功能：

DIR *opendir(const char *name);
struct dirent *readdir(DIR *dirp);

可以这样使用：

// print all directories, and symlinks to directories, in the CWD.
// like sh -c 'ls -1UF -d */'  (single-column output, no sorting, append a / to dir names)
// tested and works on Linux, with / without working d_type

#define _GNU_SOURCE    // includes _BSD_SOURCE for DT_UNKNOWN etc.
#include <dirent.h>
#include <stdint.h>

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    DIR *dirhandle = opendir(".");     // POSIX doesn't require this to be a plain file descriptor.  Linux uses open(".", O_DIRECTORY); to implement this
    //^Todo: error check
    struct dirent *de;
    while(de = readdir(dirhandle)) { // NULL means end of directory
        _Bool is_dir;
    #ifdef _DIRENT_HAVE_D_TYPE
        if (de->d_type != DT_UNKNOWN && de->d_type != DT_LNK) {
           // don't have to stat if we have d_type info, unless it's a symlink (since we stat, not lstat)
           is_dir = (de->d_type == DT_DIR);
        } else
    #endif
        {  // the only method if d_type isn't available,
           // otherwise this is a fallback for FSes where the kernel leaves it DT_UNKNOWN.
           struct stat stbuf;
           // stat follows symlinks, lstat doesn't.
           stat(de->d_name, &stbuf);              // TODO: error check
           is_dir = S_ISDIR(stbuf.st_mode);
        }

        if (is_dir) {
           printf("%s/\n", de->d_name);
        }
    }
}

还有一个在 Linux stat(3posix) man page 中读取目录条目和打印文件信息的完全可编译示例。（不是 Linux stat(2) man page；它有一个不同的示例）。

---

readdir(3) 的手册页说 struct dirent 的 Linux 声明是：

   struct dirent {
       ino_t          d_ino;       /* inode number */
       off_t          d_off;       /* not an offset; see NOTES */
       unsigned short d_reclen;    /* length of this record */
       unsigned char  d_type;      /* type of file; not supported
                                      by all filesystem types */
       char           d_name[256]; /* filename */
   };

d_type 是DT_UNKNOWN，在这种情况下，您需要stat 来了解目录条目本身是否是目录。或者它可以是DT_DIR 或其他东西，在这种情况下，您可以确定它是不是一个目录，而不必stat 它。

一些文件系统，比如我认为的 EXT4 和最近的 XFS（带有新的元数据版本），将类型信息保存在目录中，因此无需从磁盘加载 inode 就可以返回它。这对于find -name 来说是一个巨大的加速：它不需要统计任何东西来通过子目录递归。但对于不这样做的文件系统，d_type 将始终为DT_UNKNOWN，因为填充它需要读取所有 inode（甚至可能不会从磁盘加载）。

有时你只是匹配文件名，而不需要类型信息，所以如果内核花费大量额外的 CPU 时间（尤其是 I/O 时间）来填充 d_type，那会很糟糕。不便宜。 d_type 只是一个性能捷径；你总是需要一个后备（除了可能在为嵌入式系统编写时，你知道你正在使用什么 FS 并且它总是填写 d_type，并且你有一些方法可以在将来有人试图检测损坏时在另一种 FS 类型上使用此代码。）

Answer 2

很遗憾，所有基于 shell 扩展的解决方案都受到最大命令行长度的限制。哪个不同（运行true | xargs --show-limits 找出答案）；在我的系统上，它大约是 2 兆字节。是的，许多人会争辩说它就足够了——就像比尔盖茨在 640 KB 上所做的那样。

（在非共享文件系统上运行某些并行模拟时，在收集阶段，我偶尔会在同一目录中拥有数万个文件。是的，我可以以不同的方式执行此操作，但这恰好是最简单且收集数据的最可靠方法。实际上很少有 POSIX 实用程序愚蠢地假设“X 对每个人来说都足够了”。）

幸运的是，有几种解决方案。一种是改用find：

system("/usr/bin/find . -mindepth 1 -maxdepth 1 -type d");

您也可以根据需要格式化输出，而不取决于语言环境：

system("/usr/bin/find . -mindepth 1 -maxdepth 1 -type d -printf '%p\n'");

如果要对输出进行排序，请使用\0 作为分隔符（因为文件名允许包含换行符），-t= 用于sort 也使用\0 作为分隔符。 tr 将为您将它们转换为换行符：

system("/usr/bin/find . -mindepth 1 -maxdepth 1 -type d -printf '%p\0' | sort -t= | tr -s '\0' '\n'");

如果您想要数组中的名称，请改用glob() 函数。

最后，因为我喜欢时不时地竖琴，所以可以使用 POSIX nftw() 函数在内部实现这一点：

#define _GNU_SOURCE
#include <stdio.h>
#include <ftw.h>

#define NUM_FDS 17

int myfunc(const char *path,
           const struct stat *fileinfo,
           int typeflag,
           struct FTW *ftwinfo)
{
    const char *file = path + ftwinfo->base;
    const int depth = ftwinfo->level;

    /* We are only interested in first-level directories.
       Note that depth==0 is the directory itself specified as a parameter.
    */
    if (depth != 1 || (typeflag != FTW_D && typeflag != FTW_DNR))
        return 0;

    /* Don't list names starting with a . */
    if (file[0] != '.')
        printf("%s/\n", path);

    /* Do not recurse. */
    return FTW_SKIP_SUBTREE;
}

nftw() 调用使用上述内容显然类似于

if (nftw(".", myfunc, NUM_FDS, FTW_ACTIONRETVAL)) {
    /* An error occurred. */
}

使用nftw() 的唯一“问题”是选择函数可能使用的大量文件描述符（NUM_FDS）。 POSIX 说一个进程必须始终能够拥有至少 20 个打开的文件描述符。如果我们减去标准值（输入、输出和错误），则剩下 17。不过，上述情况不太可能超过 3。

您可以使用sysconf(_SC_OPEN_MAX) 找到实际限制，并减去您的进程可能同时使用的描述符数量。在当前的 Linux 系统中，每个进程通常限制为 1024 个。

好消息是，只要该数字至少为 4 或 5 左右，它只会影响性能：它只是确定 nftw() 在必须使用解决方法之前在目录树结构中的深度.

如果您想创建一个包含大量子目录的测试目录，请使用类似以下的 Bash：

mkdir lots-of-subdirs
cd lots-of-subdirs
for ((i=0; i<100000; i++)); do mkdir directory-$i-has-a-long-name-since-command-line-length-is-limited ; done

在我的系统上，正在运行

ls -d */

在该目录中产生bash: /bin/ls: Argument list too long 错误，而find 命令和基于nftw() 的程序都运行良好。

出于同样的原因，您也不能使用rmdir directory-*/ 删除目录。使用

find . -name 'directory-*' -type d -print0 | xargs -r0 rmdir

相反。或者只是删除整个目录和子目录，

cd ..
rm -rf lots-of-subdirs

Answer 3

只需致电system。 Unix 上的 Glob 由 shell 扩展。 system会给你一个shell。

您可以通过自己执行 glob(3) 来避免整个 fork-exec 的事情：

int ec;
glob_t gbuf;
if(0==(ec=glob("*/", 0, NULL, &gbuf))){
    char **p = gbuf.gl_pathv;
    if(p){
        while(*p)
            printf("%s\n", *p++);
    }
}else{
   /*handle glob error*/ 
}

您可以将结果传递给生成的ls，但这样做几乎没有意义。

（如果您确实想要执行 fork 和 exec，您应该从一个进行正确错误检查的模板开始——每个调用都可能失败。）

Answer 4

如果您正在寻找一种将文件夹列表添加到程序中的简单方法，我宁愿建议使用无生成方式，而不是调用外部程序，并使用标准 POSIX opendir/readdir 函数。

它几乎和你的程序一样短，但有几个额外的优点：

• 您可以通过查看d_type 随意选择文件夹和文件
• 您可以通过测试. 名称的第一个字符来选择提前丢弃系统条目和（半）隐藏条目
• 您可以立即打印出结果，或将其存储在内存中以备后用
• 您可以对内存中的列表执行其他操作，例如排序和删除不需要包含的其他条目。

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/dir.h>

int main( void )
{
    DIR *dirp;
    struct dirent *dp;

    dirp = opendir(".");
    while ((dp = readdir(dirp)) != NULL)
    {
        if (dp->d_type & DT_DIR)
        {
            /* exclude common system entries and (semi)hidden names */
            if (dp->d_name[0] != '.')
                printf ("%s\n", dp->d_name);
        }
    }
    closedir(dirp);

    return 0;
}

Answer 5

另一种较低级别的方法，system()：

#include <stdlib.h>

int main(void)
{
    system("/bin/ls -d */");
    return 0;
}

注意system()，您不需要fork()。但是，我记得我们应该尽可能避免使用system()！

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正如Nomimal Animal所说，当子目录数量太大时，这将失败！请参阅他的答案以了解更多信息...