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本文專欄：【C語言】
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前言

關(guān)于C語言文件操作的文章在CSND上很多很多，我自身才疏學(xué)淺，補(bǔ)充不了什么內(nèi)容，因此，我決定換一個角度，分享一下我想到的、見到的奇怪的問題。

這個奇怪當(dāng)然也是我單方面認(rèn)為的

注：本篇只討論數(shù)據(jù)文件，且只討論純文本文件(.txt)。

1.在不關(guān)閉文件的情況下，連續(xù)多次調(diào)用 fopen() 打開同一個文件，會發(fā)生什么？

1.1過程

為了驗證這個問題，我當(dāng)然不想創(chuàng)建很多的文件指針來一對一，因此，我嘗試使用同名指針兩次打開同一個文件：

#include <stdio.h>
int main()
{FILE* pf = fopen("test.txt", "w");printf("time 1:%p\n", pf);pf = fopen("test.txt", "w");printf("time 2:%p\n", pf);return 0;
}

運行結(jié)果如下圖：

這說明，即便是同一個文件指針，同一個文件，只要使用fopen，系統(tǒng)都會再用一個新的文件描述符。
那么要驗證這個問題就很簡單了，代碼如下：

#include <stdio.h>
int main()
{FILE* pf;int count = 1;while (1){pf = fopen("test.txt", "w");if (pf == NULL){printf("time %d::", count);perror("");break;}printf("time %d:%p\n", count++, pf);}return 0;
}

運行結(jié)果如下圖：

可以看見當(dāng)打開第510次時，以及沒有更多的文件描述符了。
當(dāng)然，我用的是VS2022，而在其他環(huán)境下具體次數(shù)可能會改變，但應(yīng)該還是會有個限制的。

在現(xiàn)代操作系統(tǒng)中，每個進(jìn)程可以同時打開的文件數(shù)是有限的（通?？梢酝ㄟ^ ulimit -n 查看限制）。每次調(diào)用 fopen()，操作系統(tǒng)都會為文件分配一個文件描述符，文件描述符是操作系統(tǒng)為進(jìn)程管理文件資源的句柄。當(dāng)打開的文件數(shù)量超過系統(tǒng)允許的最大數(shù)量時，fopen() 將返回 NULL。

1.2結(jié)論

對文件只開不關(guān)，會使得系統(tǒng)提供的文件描述符被耗盡，最后fopen會返回一個空指針。

1.3意義

如果有人只會開文件，不會關(guān)文件，那么那個人多半在開文件時，也不會檢查文件是否打開成功🤣。
那么這樣的錯誤，就有可能出現(xiàn)了：

fputs("HaHa", NULL);

具體場景如下：

#include <stdio.h>
int main()
{FILE* pf;int count = 1;while (1){pf = fopen("test.txt", "w");if (pf == NULL){printf("time %d::", count);perror("");break;}printf("time %d:%p\n", count++, pf);}fputs("HaHa", pf);// pf 此時已經(jīng)為 NULL了return 0;
}

如果運行，程序最終會崩掉：

因此，在使用完文件后，一定要fclose！

2.fseek如果設(shè)置到文件前的位置會發(fā)生什么？

2.1過程

有這樣的問題是因為有一天我寫了這樣一個代碼：

#include <stdio.h>
int main()
{FILE* pf = fopen("test.txt", "w");if (!pf)return 1;int ch = 'a';fputc(ch,pf);fseek(pf, -1000000, SEEK_SET);ch = 'a';fputc(ch, pf);fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

我在fgetc之后用了fseek，并把位置設(shè)置到了開始位置的-10000，之后再次使用了fgetc。
然后程序運行成功了，并且在文件中輸入了兩個a：

aa

為什么不是一個a或者報錯？
其實非常簡單，因為剛進(jìn)fseek就被彈出來了：

#include <stdio.h>
int main()
{FILE* pf = fopen("test.txt", "w");if (!pf)return 1;int ch = 'a';fputc(ch, pf);printf("fseek前的偏移量：%d\n", ftell(pf));if (fseek(pf, -1000000, SEEK_SET)) {perror("fseek failed");}printf("fseek后的偏移量：%d\n", ftell(pf));ch = 'a';fputc(ch, pf);fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

運行結(jié)果如下圖：

1.2結(jié)論

什么都不會發(fā)生，fseek會返回一個非零值，并設(shè)置錯誤碼（對應(yīng)的錯誤信息就是 Invalid argument），但偏移量不會改變。

3.fseek設(shè)置到單個漢字的中間會發(fā)生什么?

3.1過程

眾所周知，一個漢字占多個字節(jié)，那我用fseek設(shè)置到這多個字節(jié)的中間會發(fā)生什么呢？
代碼如下：

#include <stdio.h>
int main()
{FILE* pf = fopen("test.txt", "w");if (!pf)return 1;fprintf(pf, "今天的日期：20240921");fclose(pf);pf = fopen("test.txt", "r");if (!pf)return 1;fseek(pf, 1, SEEK_SET);char ch[100];fscanf(pf, "%s", ch);printf("%s\n", ch);return 0;
}

運行結(jié)果如下：

3.2結(jié)論

可能會輸出亂碼。

3.3意義

在C語言中，有很多地方使用漢字會導(dǎo)致未定義行為，因此盡量避免使用漢字。

4.同時讀、寫同一個文件會發(fā)生什么？

4.1過程

代碼如下：

#include <stdio.h>int main() {FILE* write = fopen("test.txt", "w");FILE* read = fopen("test.txt", "r");if (!read || !write)return 1;fputs("Hello World!", write);char ch[100];fgets(ch, 100, read);printf("%s\n", ch);fclose(write);write = NULL;fclose(read);read = NULL;return 0;
}

這里，我在對文件寫入之后立刻讀取，最終得到下圖的結(jié)果：

但如果我在fputs語句之后，刷新緩沖區(qū)，則會正常輸出：

    fputs("Hello World!", write);fflush(write);

如果我將fclose提前，也能正常輸出：

    fputs("Hello World!", write);fclose(write);write = NULL;

4.2結(jié)論

可能緩沖區(qū)沒被刷新，導(dǎo)致讀到亂碼或不完整的信息。

5.在追加模式下使用fseek會不會覆蓋原文件？

5.1過程

先寫，再追加，最后讀：

#include <stdio.h>int main() 
{FILE* write = fopen("test.txt", "w");if (!write)return 1;fputs("Hello World!", write);fclose(write);write = NULL;FILE* add = fopen("test.txt", "a");if (!add)return 1;fseek(add, -10, SEEK_SET);perror("");fputs("xxxxxxxxxx", add);fclose(add);add = NULL;FILE* read = fopen("test.txt", "r");char ch[100];fgets(ch, 100, read);printf("%s\n", ch);fclose(read);read = NULL;return 0;
}

結(jié)果如下圖：

5.2結(jié)論

并不會覆蓋原文件，fseek又是一進(jìn)去就被彈出來了(rewind也不行，會設(shè)置在追加的起始位置)。

6.在只讀模式下寫入會發(fā)生什么？

6.1過程

我先寫入"Hello World!"，然后在只讀模式下嘗試寫入信息(還加了一個perror打印錯誤信息)，最后讀取文件信息。
代碼如下：

#include <stdio.h>int main() {FILE* write = fopen("test.txt", "w");if (!write)return 1;fputs("Hello World!", write);fclose(write);write = NULL;FILE* pf = fopen("test.txt", "r");if (!pf)return 1;fprintf(pf, "HaHa");perror("");fclose(pf);FILE* read = fopen("test.txt", "r");char ch[100];fgets(ch, 100, read);printf("%s\n", ch);fclose(read);read = NULL;return 0;
}

運行結(jié)果如下圖：

錯誤信息是壞的文件描述符，可能是指我的文件指針用錯了吧。

6.2結(jié)論

會拒絕寫入，原文件信息不會改變。

7.FILE類型的結(jié)構(gòu)體是開在堆上的嗎？如果是，free它一下會發(fā)生什么？

7.1過程

先簡單驗證一下VS2022中是不是開在堆上的：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{int* a = (int*)malloc(sizeof(int));int* b = (int*)malloc(sizeof(int));FILE* pf = fopen("test.txt", "w");printf("%p\n%p\n%p", a, b, pf);return 0;
}

運行結(jié)果如下圖：

可以發(fā)現(xiàn)，這三個變量的地址相近，因此，可以認(rèn)為FILE類型的結(jié)構(gòu)體是開在堆上的。
既然如此，那么free(文件指針)應(yīng)該是可以運行的：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{FILE* write = fopen("test.txt", "w");if (!write)return 1;fputs("Hello World!", write);fflush(write);free(write);FILE* read = fopen("test.txt", "r");char ch[100];fgets(ch, 100, read);printf("%s\n", ch);fclose(read);read = NULL;return 0;
}

運行結(jié)果如下圖：

7.2結(jié)論

在VS2022中，FILE類型的結(jié)構(gòu)體是開在堆上的，因此，free(結(jié)構(gòu)體指針)時不會報錯。
但是，FILE類型的結(jié)構(gòu)體并不是通過 malloc 或 calloc 分配的內(nèi)存，所以使用 free 會導(dǎo)致未定義行為，如，在下一次讀取時輸出一堆亂碼。

7.3意義

雖然 FILE* 在堆上分配，但由于它是由C標(biāo)準(zhǔn)庫通過 fopen() 處理的，不應(yīng)直接使用 free()，而應(yīng)該使用 fclose() 來正確釋放資源!!!

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希望本篇文章對你有所幫助！并激發(fā)你進(jìn)一步探索編程的興趣！
本人僅是個C語言初學(xué)者，如果你有任何疑問或建議，歡迎隨時留言討論！讓我們一起學(xué)習(xí)，共同進(jìn)步！