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C语言-文件操作-一些我想到的、见到的奇怪的问题
- 前言
- [1.在不关闭文件的情况下，连续多次调用 fopen() 打开同一个文件，会发生什么？](#1.在不关闭文件的情况下，连续多次调用 fopen() 打开同一个文件，会发生什么？)
- 2.fseek如果设置到文件前的位置会发生什么？
- 3.fseek设置到单个汉字的中间会发生什么?
- 4.同时读、写同一个文件会发生什么？
- 5.在追加模式下使用fseek会不会覆盖原文件？
- 6.在只读模式下写入会发生什么？
- 7.FILE类型的结构体是开在堆上的吗？如果是，free它一下会发生什么？
前言
关于C语言文件操作的文章在CSND上很多很多，我自身才疏学浅，补充不了什么内容，因此，我决定换一个角度，分享一下我想到的、见到的奇怪的问题。
这个奇怪当然也是我单方面认为的
注：本篇只讨论数据文件，且只讨论纯文本文件(.txt)。
1.在不关闭文件的情况下，连续多次调用 fopen() 打开同一个文件，会发生什么？
1.1过程
为了验证这个问题，我当然不想创建很多的文件指针来一对一，因此，我尝试使用同名指针两次打开同一个文件：
c
#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;
}运行结果如下图：
这说明，即便是同一个文件指针，同一个文件，只要使用fopen，系统都会再用一个新的文件描述符。
那么要验证这个问题就很简单了，代码如下：
c
#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;
}运行结果如下图：
可以看见当打开第510次时，以及没有更多的文件描述符了。
当然，我用的是VS2022，而在其他环境下具体次数可能会改变，但应该还是会有个限制的。
在现代操作系统中，每个进程可以同时打开的文件数是有限的（通常可以通过
ulimit -n查看限制）。每次调用fopen()，操作系统都会为文件分配一个文件描述符，文件描述符是操作系统为进程管理文件资源的句柄。当打开的文件数量超过系统允许的最大数量时，fopen()将返回NULL。
1.2结论
对文件只开不关，会使得系统提供的文件描述符被耗尽，最后fopen会返回一个空指针。
1.3意义
如果有人只会开文件，不会关文件，那么那个人多半在开文件时，也不会检查文件是否打开成功🤣。
那么这样的错误，就有可能出现了：
c
fputs("HaHa", NULL);具体场景如下：
c
#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 此时已经为 NULL了
return 0;
}如果运行，程序最终会崩掉：
因此，在使用完文件后，一定要fclose！
2.fseek如果设置到文件前的位置会发生什么？
2.1过程
有这样的问题是因为有一天我写了这样一个代码：
c
#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，并把位置设置到了开始位置的-10000，之后再次使用了fgetc。
然后程序运行成功了，并且在文件中输入了两个a：
aa
为什么不是一个a或者报错？
其实非常简单，因为刚进fseek就被弹出来了：
c
#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;
}运行结果如下图：
1.2结论
什么都不会发生，fseek会返回一个非零值，并设置错误码（对应的错误信息就是 Invalid argument），但偏移量不会改变。
3.fseek设置到单个汉字的中间会发生什么?
3.1过程
众所周知，一个汉字占多个字节，那我用fseek设置到这多个字节的中间会发生什么呢？
代码如下：
c
#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;
}运行结果如下：
3.2结论
可能会输出乱码。
3.3意义
在C语言中，有很多地方使用汉字会导致未定义行为，因此尽量避免使用汉字。
4.同时读、写同一个文件会发生什么？
4.1过程
代码如下：
c
#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;
}这里，我在对文件写入之后立刻读取，最终得到下图的结果：
但如果我在fputs语句之后，刷新缓冲区，则会正常输出：
c
fputs("Hello World!", write);
fflush(write);
如果我将fclose提前，也能正常输出：
c
fputs("Hello World!", write);
fclose(write);
write = NULL;
4.2结论
可能缓冲区没被刷新，导致读到乱码或不完整的信息。
5.在追加模式下使用fseek会不会覆盖原文件？
5.1过程
先写，再追加，最后读：
c
#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;
}结果如下图：
5.2结论
并不会覆盖原文件，fseek又是一进去就被弹出来了(rewind也不行，会设置在追加的起始位置)。
6.在只读模式下写入会发生什么？
6.1过程
我先写入"Hello World!"，然后在只读模式下尝试写入信息(还加了一个perror打印错误信息)，最后读取文件信息。
代码如下：
c
#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;
}运行结果如下图：
错误信息是坏的文件描述符，可能是指我的文件指针用错了吧。
6.2结论
会拒绝写入，原文件信息不会改变。
7.FILE类型的结构体是开在堆上的吗？如果是，free它一下会发生什么？
7.1过程
先简单验证一下VS2022中是不是开在堆上的：
c
#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;
}运行结果如下图：
可以发现，这三个变量的地址相近，因此，可以认为FILE类型的结构体是开在堆上的。
既然如此，那么free(文件指针)应该是可以运行的：
c
#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;
}运行结果如下图：
7.2结论
在VS2022中，FILE类型的结构体是开在堆上的，因此，free(结构体指针)时不会报错。
但是，FILE类型的结构体并不是通过 malloc 或 calloc 分配的内存，所以使用 free 会导致未定义行为，如，在下一次读取时输出一堆乱码。
7.3意义
虽然 FILE* 在堆上分配，但由于它是由C标准库通过 fopen() 处理的，不应直接使用 free()，而应该使用 fclose() 来正确释放资源!!!
希望本篇文章对你有所帮助！并激发你进一步探索编程的兴趣！
本人仅是个C语言初学者，如果你有任何疑问或建议，欢迎随时留言讨论！让我们一起学习，共同进步！