为啥在 putw 在 C 中扩展文件后使用 fread？

Posted 2023-02-18

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【中文标题】为啥在 putw 在 C 中扩展文件后使用 fread？【英文标题】：Why using fread after putw expands the file in C?为什么在 putw 在 C 中扩展文件后使用 fread？ 【发布时间】：2021-11-28 09:30:15 【问题描述】：

我试图使用fread() 从文件中读取一些数据，但我意识到我的文件不断增长。但是由于我只是从文件中读取，所以这种行为对我来说是不合理的。所以我写了这段代码，发现如果我使用putw() 将数据写入文件，然后尝试从该文件中读取（在关闭和重新打开文件之前），fread 扩展文件以便能够从中读取.

操作系统：Windows 8.1 编译器：MinGW gcc

代码：

typedef struct 
    int a;
    int b;
 A;

int main() 
    FILE* f = fopen("file", "wb");
    A a;
    a.a = 2;
    a.b = 3;
    putw(1, f);
    fwrite(&a, sizeof(A), 1, f);
    fclose(f); // To make sure that wb mode and fwrite are not responsible
    f = fopen("file", "rb+");
    printf("initial position: %ld\n", ftell(f));
    putw(1, f);
    printf("position after putw: %ld\n", ftell(f));
    printf("fread result: %d\n", fread(&a, sizeof(A), 1, f));
    printf("position after 1st fread: %ld\n", ftell(f));
    printf("fread result: %d\n", fread(&a, sizeof(A), 1, f));
    printf("position after 2nd fread: %ld\n", ftell(f));
    fclose(f);
    remove("file");
    return 0;

结果：

initial position: 0
position after putw: 4
fread result: 1
position after 1st fread: 12
fread result: 1
position after 2nd fread: 20

【问题讨论】：

不是我得到的输出。系统信息是什么（例如操作系统、编译器）？写入和读取之前和之后的文件位置是什么（在适当的地方添加printf("...: %ld\n", ftell(f));，并显示输出）？ @outis 操作系统：Windows 8.1 - 编译器：gcc(mingw) - 和位置：[开始：0 - putw 后：4 - 第一次 fread 12 - 第二次 fread 后：20] 标准 C 要求您调用 fflush 或在写入和读取 FILE* 之间显式重新定位。有些实现可能不在乎，但 UB 就是 UB。 @NavidNaseri：请编辑对原始问题的说明，而不是作为 cmets 发布。 【参考方案1】：

问题

代码中有几个问题可能导致undefined behavior：

fflush

问题 2 难以简洁地表达；下面引用的 C 标准部分应该更清楚。

与方向相关的函数行为在 C17（草案）§§ 7.21.2 4,5 中定义：

4 每个流都有一个方向。在流与外部文件关联之后，但在对其执行任何操作之前，流是没有方向的。一旦一个宽字符输入/输出函数被应用到一个没有方向的流上，这个流就变成了一个宽方向的流。类似地，一旦一个字节输入/输出函数被应用到一个没有方向的流上，这个流就变成了一个面向字节的流。只有调用 freopen 函数或 fwide^[*] 函数才能改变流的方向。（成功调用 freopen 会移除任何方向。）

5 字节输入/输出函数不应应用于面向宽的流，宽字符输入/输出函数不应应用于面向字节的流。其余的流操作不影响流的方向，也不受其影响，但以下附加限制除外： […]

——对于面向宽的流，在成功调用文件定位函数后，在文件结束之前离开文件位置指示符，宽字符输出函数可以覆盖部分多字节字符；任何超出写入字节的文件内容都是不确定的。

§ 7.19.5.3 6 (fopen) 涵盖了在不冲洗的情况下混合输出和输入：

6 当文件以更新模式打开时（'+' 作为上述 mode 参数值列表中的第二个或第三个字符），输入和输出可以在关联的流上执行。但是，如果没有对 fflush 函数或文件定位函数（fseek、fsetpos、或倒带），[…]

这些也列在未定义行为的大列表中，附件 J.2：

在以下情况下行为未定义：

[…]

- 字节输入/输出函数应用于面向宽的流，或宽字符输入/输出函数应用于面向字节的流 (7.21.2)。

— 使用文件的任何部分，而不是写入到面向宽的流 (7.21.2) 中的最新宽字符。

[…]

——更新流上的输出操作之后是输入操作，没有对 fflush 函数或文件定位函数的干预调用，[…] (7.19.5.3)。

解决方案

有两种方法：

在宽字符和面向字节的函数之间使用freopen，或者在读写之间只使用面向字节的函数（例如fwrite）和fflush（或fseek，根据标准）。

注意fwide只能设置无向流的方向，无法解决问题；一旦设置了流的方向，就只能使用freopen 清除它。

`freopen`解决方案

freopen 自己解决了 3 个问题中的 2 个：

freopen

fflush

    const char* fName = "file";
    f = fopen(fName, "rb+");
    putw(1, f);
    // truncate here, if applicable
    if (freopen(NULL, "rb+", f)) 
        int nA;
        fread(&nA, sizeof(nA), 1, f);
        printf("fread result: %d\n", fread(&a, sizeof(A), 1, f));
        printf("position after 1st fread: %ld\n", ftell(f));
        printf("fread result: %d\n", fread(&a, sizeof(A), 1, f));
        printf("position after 2nd fread: %ld\n", ftell(f));

面向字节的 I/O 解决方案

将putw 替换为fwrite 并添加对fflush 的调用可解决所有三个问题：

fflush

    const char* fName = "file";
    f = fopen(fName, "rb+");
    int nA = 1;
    fwrite(&nA, sizeof(nA), 1, f);
    fflush(f);
    printf("fread result: %d\n", fread(&a, sizeof(A), 1, f));
    printf("position after 1st fread: %ld\n", ftell(f));
    printf("fread result: %d\n", fread(&a, sizeof(A), 1, f));
    printf("position after 2nd fread: %ld\n", ftell(f));