从 std::fstream 获取 FILE*

Posted 2023-02-22

【中文标题】从 std::fstream 获取 FILE*

【英文标题】：Getting a FILE* from a std::fstream

【发布时间】：2010-09-11 16:29:58

【问题描述】：

是否有（跨平台）方法从 C++ std::fstream 获取 C FILE* 句柄？

我问的原因是因为我的 C++ 库接受 fstreams 并且在一个特定的函数中我想使用一个接受 FILE* 的 C 库。

【参考方案1】：

简短的回答是否定的。

原因是std::fstream 不需要在其实现中使用FILE*。因此，即使您设法从 std::fstream 对象中提取文件描述符并手动构建 FILE 对象，您也会遇到其他问题，因为您现在将有两个缓冲对象写入同一个文件描述符。

真正的问题是为什么要将std::fstream 对象转换为FILE*？

虽然我不推荐，但您可以尝试查找funopen()。 不幸的是，这不是 POSIX API（它是BSD 扩展），因此它的可移植性存在问题。这也可能是为什么我找不到任何用这样的对象包裹std::stream 的人。

FILE *funopen(
              const void *cookie,
              int    (*readfn )(void *, char *, int),
              int    (*writefn)(void *, const char *, int),
              fpos_t (*seekfn) (void *, fpos_t, int),
              int    (*closefn)(void *)
             );

这允许您构建一个FILE 对象并指定一些将用于执行实际工作的函数。如果您编写适当的函数，您可以让它们从实际打开文件的std::fstream 对象中读取。

【讨论】：

太糟糕了，它只适用于 BSD；这将是一个很好的解决方案，因为它允许将 FILE* 与任何类型的 C++ 流一起使用。

您问“为什么？”：因为可能有一个用 C 编写的 print 的 C 实现，可能要为 C++ ostreams（或 ofstreams）重用什么。

为什么？因为当我使用一个对象时，重载操作符out << someObject << anotherObject 但使用 fprintf(ofp, "%8.1lf %2d\n", doubleVar, intVar)

实现 operator

如果您想/需要使用“printf”格式范例，您可以随时使用 sprintf 创建一个 c 字符串，然后将其发送到您的 ofstream。当然，这意味着您需要了解格式化字符串长度的上限，以便正确调整 char[] 的大小。

GNU fopencookie 函数具有相同的功能，但界面略有不同，

【参考方案2】：

没有标准化的方法。我认为这是因为 C++ 标准化小组不想假设文件句柄可以表示为 fd。

大多数平台似乎确实提供了一些非标准的方式来做到这一点。

http://www.ginac.de/~kreckel/fileno/ 提供了很好的情况记录，并提供了隐藏所有平台特定粗略的代码，至少对于 GCC。考虑到这只是在 GCC 上的严重程度，我想如果可能的话，我会避免一起做这件事。

【讨论】：

A FILE* 和文件描述符是不同的对象，它们被不同的组件使用。一个由 C 运行时库使用，另一个由操作系统使用。见What's the difference between a file descriptor and file pointer?

【参考方案3】：

更新：查看@Jetttatura 我认为这是最佳答案https://***.com/a/33612982/225186（仅限Linux？）。

原文：

（可能不是跨平台，但很简单）

简化http://www.ginac.de/~kreckel/fileno/（dvorak 答案）中的 hack，并查看这个 gcc 扩展 http://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc-4.6.2/libstdc++/api/a00069.html#a59f78806603c619eafcd4537c920f859， 我有这个解决方案适用于GCC（至少4.8）和clang（至少3.3）

#include<fstream>
#include<ext/stdio_filebuf.h>

typedef std::basic_ofstream<char>::__filebuf_type buffer_t;
typedef __gnu_cxx::stdio_filebuf<char>            io_buffer_t; 
FILE* cfile_impl(buffer_t* const fb)
    return (static_cast<io_buffer_t* const>(fb))->file(); //type std::__c_file


FILE* cfile(std::ofstream const& ofs)return cfile_impl(ofs.rdbuf());
FILE* cfile(std::ifstream const& ifs)return cfile_impl(ifs.rdbuf());

可以用这个，

int main()
    std::ofstream ofs("file.txt");
    fprintf(cfile(ofs), "sample1");
    fflush(cfile(ofs)); // ofs << std::flush; doesn't help 
    ofs << "sample2\n";

限制：（欢迎 cmets）

我发现在fprintf打印到std::ofstream之后fflush很重要，否则上例中“sample2”出现在“sample1”之前。我不知道是否有比使用fflush 更好的解决方法。值得注意的是ofs << flush 没有帮助。

无法从std::stringstream 提取文件*，我什至不知道这是否可能。 （请参阅下面的更新）。

我仍然不知道如何从std::cerr 等中提取C 的stderr，例如在fprintf(stderr, "sample") 中使用，在像fprintf(cfile(std::cerr), "sample") 这样的假设代码中。

关于最后一个限制，我发现的唯一解决方法是添加这些重载：

FILE* cfile(std::ostream const& os)
    if(std::ofstream const* ofsP = dynamic_cast<std::ofstream const*>(&os)) return cfile(*ofsP);
    if(&os == &std::cerr) return stderr;
    if(&os == &std::cout) return stdout;
    if(&os == &std::clog) return stderr;
    if(dynamic_cast<std::ostringstream const*>(&os) != 0)
       throw std::runtime_error("don't know cannot extract FILE pointer from std::ostringstream");
    
    return 0; // stream not recognized

FILE* cfile(std::istream const& is)
    if(std::ifstream const* ifsP = dynamic_cast<std::ifstream const*>(&is)) return cfile(*ifsP);
    if(&is == &std::cin) return stdin;
    if(dynamic_cast<std::ostringstream const*>(&is) != 0)
        throw std::runtime_error("don't know how to extract FILE pointer from std::istringstream");
    
    return 0; // stream not recognized

尝试处理iostringstream

可以使用istream 和fmemopen 读取fscanf，但是如果想要结合C-reads 和C++ 读取。我无法将其转换为上面的 cfile 函数。 （也许cfile class 在每次阅读后都会不断更新）。

// hack to access the protected member of istreambuf that know the current position
char* access_gptr(std::basic_streambuf<char, std::char_traits<char>>& bs)
    struct access_class : std::basic_streambuf<char, std::char_traits<char>>
        char* access_gptr() constreturn this->gptr();
    ;
    return ((access_class*)(&bs))->access_gptr();


int main()
    std::istringstream iss("11 22 33");
    // read the C++ way
    int j1; iss >> j1;
    std::cout << j1 << std::endl;

    // read the C way
    float j2;

    char* buf = access_gptr(*iss.rdbuf()); // get current position
    size_t buf_size = iss.rdbuf()->in_avail(); // get remaining characters
    FILE* file = fmemopen(buf, buf_size, "r"); // open buffer memory as FILE*
    fscanf(file, "%f", &j2); // finally!
    iss.rdbuf()->pubseekoff(ftell(file), iss.cur, iss.in); // update input stream position from current FILE position.

    std::cout << "j2 = " << j2 << std::endl;

    // read again the C++ way
    int j3; iss >> j3;
    std::cout << "j3 = " << j3 << std::endl;

【讨论】：

这太棒了！我最近不得不做一些 tcsetattr() 的工作来处理一些作为 ofstream 的东西，你的文章真的帮助了我。

同意。阅读 Boost.Interprocess 的文档，似乎有许多特定于平台的行为会使标准化变得烦人。尽管如此，它的缺失还是留下了一个很大的漏洞，所以我觉得值得努力让平台人员支持一个常见的行为子集，这些行为可以为未来 C++ 标准的支持奠定基础。

这也许应该是公认的答案。我在我的问题***.com/questions/109449/… 中引用了它，这是出于使用std::fread 与std::ifstream::read 的性能提升。

@OliverSchönrock ，这个问题是 2008 年一位未注册用户 (Bek?) 提出的，我怀疑他是否仍然存在或可以恢复帐户以接受答案。我不知道管理员是否可以接受答案。

我没有。对于我的情况来说代码太多了，而且仍然只适用于 linux，我更喜欢你的。特别是因为我也需要寻找，所以它看起来在那个实现中缺少什么？顺便说一句，我在上面粘贴了错误的链接。这是我的问题：***.com/questions/69435310/…

【参考方案4】：

好吧，你可以得到文件描述符——我忘记了方法是 fd() 还是 getfd()。 我使用的实现提供了这样的方法，但我相信语言标准不需要它们 - 标准不应该关心你的平台是否使用 fd 的文件。

由此，您可以使用 fdopen(fd, mode) 获取 FILE*。

但是，我认为标准所需的同步 STDIN/cin、STDOUT/cout 和 STDERR/cerr 的机制不必对您可见。因此，如果您同时使用 fstream 和 FILE*，缓冲可能会搞砸。

此外，如果 fstream 或 FILE 关闭，它们可能会关闭底层 fd，因此您需要确保在关闭两者之前都刷新。

【讨论】：

抱歉，这取决于您使用的编译器/库。对于 libstdc++，它是 fd()，它看起来像：gcc.gnu.org/onlinedocs/libstdc++/manual/ext_io.html

【参考方案5】：

在单线程 POSIX 应用程序中，您可以轻松地以可移植方式获取 fd 编号：

int fd = dup(0);
close(fd);
// POSIX requires the next opened file descriptor to be fd.
std::fstream file(...);
// now fd has been opened again and is owned by file

如果此代码与打开文件描述符的其他线程竞争，则此方法会在多线程应用程序中中断。

【参考方案6】：

在 Linux 中执行此操作的另一种方法：

#include <stdio.h>
#include <cassert>

template<class STREAM>
struct STDIOAdapter

    static FILE* yield(STREAM* stream)
    
        assert(stream != NULL);

        static cookie_io_functions_t Cookies =
        
            .read  = NULL,
            .write = cookieWrite,
            .seek  = NULL,
            .close = cookieClose
        ;

        return fopencookie(stream, "w", Cookies);
    

    ssize_t static cookieWrite(void* cookie,
        const char* buf,
        size_t size)
    
        if(cookie == NULL)
            return -1;

        STREAM* writer = static_cast <STREAM*>(cookie);

        writer->write(buf, size);

        return size;
    

    int static cookieClose(void* cookie)
    
         return EOF;
    
; // STDIOAdapter

用法，例如：

#include <boost/iostreams/filtering_stream.hpp>
#include <boost/iostreams/filter/bzip2.hpp>
#include <boost/iostreams/device/file.hpp>

using namespace boost::iostreams;

int main()
   
    filtering_ostream out;
    out.push(boost::iostreams::bzip2_compressor());
    out.push(file_sink("my_file.txt"));

    FILE* fp = STDIOAdapter<filtering_ostream>::yield(&out);
    assert(fp > 0);

    fputs("Was up, Man", fp);

    fflush (fp);

    fclose(fp);

    return 1;

【讨论】：

太好了，我会用template<class Stream> FILE* cfile(Stream& s) return STDIOAdapter<Stream>::yield(&s); 来补充它。它适用于std::cout、std::cerr 以及混合fprintf 和C++ 代码。我会推荐使用这个。

我再次发表评论以确认这适用于std::ostringstream。

拥有seek 功能是否有意义。 int cookieSeek(void* cookie, ssize_t* off, int way) static_cast<std::iostream*>(cookie)->seekg(*off, static_cast<Stream*>(cookie)->end); return way; ? （我不确定我是否正确使用了way）。

我不明白这里发生了什么。 Cookie 有什么用？

@Jettatura：所以，它是非标准的。

【参考方案7】：

有一种方法可以从fstream 获取文件描述符，然后将其转换为FILE*（通过fdopen）。我个人认为FILE* 没有任何需要，但是使用文件描述符你可以做很多有趣的事情，例如重定向 (dup2)。

解决方案：

#define private public
#define protected public
#include <fstream>
#undef private
#undef protected

std::ifstream file("some file");
auto fno = file._M_filebuf._M_file.fd();

最后一个字符串适用于 libstdc++。如果您使用的是其他库，则需要对其进行一些逆向工程。

这个技巧很肮脏，会暴露 fstream 的所有私有和公共成员。如果您想在生产代码中使用它，我建议您创建单独的 .cpp 和 .h 与单个函数 int getFdFromFstream(std::basic_ios<char>& fstr);。头文件不能包含 fstream。