C语言文件读写中的文件指针定位问题

问题描述

许多C语言开发者在进行文件操作时会遇到这样的困惑：成功创建文件并写入内容后，立即尝试读取文件内容，却发现无法读取到任何数据。以下是一个典型的错误示例代码：

#include <stdio.h>

#define SIZE 256
int main() {
  FILE *fptr = fopen("mem.txt","w+"); // 创建/覆盖可读写文件流
  char buffer[SIZE + 1]; // 额外存储空字符
  buffer[SIZE] = '\0';

  if(!fptr) { // 文件打开失败时fptr为NULL
    printf("Failed creation");
    return -1;
  }

  printf("Creation successful\n");
  fprintf(fptr, "Hello, World!"); // 写入文件
  
  fread(buffer, sizeof(buffer), 1, fptr); // 立即尝试读取
  printf("%s", buffer);

  fclose(fptr);
  return 0;
}

期望输出：

Creation successful
Hello, World!

实际输出：

Creation successful

问题原因

文件指针定位问题

关键问题

在C语言标准中，输出操作后不能直接进行输入操作，除非先调用文件定位函数或刷新缓冲区。

根据C标准（7.23.5.3p7）：

输出后不能直接进行输入，除非调用fflush函数或文件定位函数（fseek、fsetpos或rewind）；输入后也不能直接进行输出，除非调用文件定位函数或输入操作遇到文件结束标志。

写入操作后，文件指针位于文件末尾，此时直接调用fread会从文件末尾开始读取，自然无法获取已写入的内容。

fread使用问题

// fread原型：
size_t fread(void * restrict ptr, size_t size, size_t nmemb,
    FILE * restrict stream);

// 错误用法：
fread(buffer, sizeof(buffer), 1, fptr);

这种用法存在问题：

1. 请求读取1个sizeof(buffer)大小的元素，很可能返回0
2. 如果读取的部分元素不完整，其表示形式是不确定的
3. 读取的数据不保证以空字符结尾，不能直接作为字符串使用

解决方案

方案1：使用文件定位函数（推荐）

在写入和读取操作之间添加文件定位函数：

fprintf(fptr, "Hello, World!"); // 写入文件
rewind(fptr); // 将文件指针重置到文件开头
// 或者使用：fseek(fptr, 0, SEEK_SET);
fread(buffer, sizeof(buffer), 1, fptr); // 读取文件

方案2：正确的fread使用方法

方法A：添加空字符

size_t length = fread(buffer, 1, sizeof(buffer) - 1, fptr);
buffer[length] = '\0';
printf("%s", buffer);

方法B：使用精度说明符

size_t length = fread(buffer, 1, sizeof(buffer), fptr);
printf("%.*s", (int) length, buffer);

方案3：使用fgets替代fread

对于文本文件，使用fgets可以简化操作，因为它会自动添加空字符：

if (fgets(buffer, sizeof buffer, fptr)) {
  printf("%s", buffer);
}

方案4：使用fwrite进行输出

如果使用fread读取，可以使用fwrite输出，这样可以正确处理文件中的空字符：

size_t length = fread(buffer, 1, sizeof(buffer), fptr);
fwrite(buffer, 1, length, stdout);

方案5：使用POSIX系统调用（非便携）

在POSIX系统（Linux、macOS等）中，可以使用pread和pwrite系统调用：

#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    const int fd = open("mem.txt", O_RDWR | O_CREAT, S_IRUSR | S_IWUSR);
    if (fd == -1) {
        perror("open");
        return -1;
    }
    
    const char text[] = "Hello, World!";
    pwrite(fd, text, sizeof(text) - 1, 0); // 写入文件
    
    char buffer[sizeof(text)];
    ssize_t readSize = pread(fd, buffer, sizeof(buffer) - 1, 0); // 读取文件
    
    buffer[readSize] = 0;
    puts(buffer);
    
    close(fd);
}

注意

系统调用没有进程级缓冲，每次文件访问都会导致系统调用，性能可能较低。

最佳实践总结

1. 始终检查文件操作返回值：确保读写操作成功执行
2. 正确处理文件指针定位：在读写操作切换时使用rewind、fseek或fflush
3. 安全处理字符串：确保读取的数据正确以空字符结尾，或使用安全的输出方法
4. 考虑使用更简单的函数：对于文本文件，fgets和fputs可能比fread和fwrite更合适
5. 错误处理：使用perror输出详细的错误信息，帮助调试

完整修正代码

#include <stdio.h>

#define SIZE 256
int main() {
  FILE *fptr = fopen("mem.txt","w+");
  char buffer[SIZE];
  
  if(!fptr) {
    printf("Failed creation");
    return -1;
  }

  printf("Creation successful\n");
  fprintf(fptr, "Hello, World!");
  
  rewind(fptr); // 重置文件指针到开头
  
  size_t length = fread(buffer, 1, sizeof(buffer) - 1, fptr);
  buffer[length] = '\0';
  printf("%s", buffer);

  fclose(fptr);
  return 0;
}

遵循这些准则，您可以避免常见的文件操作陷阱，编写出健壮可靠的C语言文件I/O代码。