fseek 只使用 fread 调用而不是读取？

Question

我打开一个文件：

FILE *fp = fopen("hello_world.txt", "rb");

只有内容Hello World!

然后我得到大小并重置到开头：

fseek(fp, 0L, SEEK_END);
size_t sz = ftell(fp);
fseek(fp, 0L, SEEK_SET);

当我去执行read 时，它似乎不起作用。 read(fileno(fp), buffer, 100) 返回0。

但是，如果我改为这样做；

fread(buffer, 100, 1, fp)

这确实正确读入缓冲区。

更奇怪的是，如果我将第一个 fseek 调用的偏移量更改为 1，它完全可以正常工作（尽管超过了文件末尾）。我想知道为什么会这样。我最初的想法是它与清除EOF 标志有关，但我认为至少应该在将fseek 重新开始时重置。不知道为什么fread 有效。 看起来我正在调用某种未定义的行为，因为在不同的机器上运行时有些东西会有所不同，但我不知道为什么。

这是一个 MCVE：

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

int main() {
     FILE *fp = fopen("hello_world.txt", "rb");
     fseek(fp, 0L, SEEK_END); // works fine if offset is 1, but read doesn't get any bytes if offset is 0
     size_t sz = ftell(fp);
     fseek(fp, 0L, SEEK_SET);
     char buffer[100];
     size_t chars_read = read(fileno(fp), buffer, 100);
     printf("Buffer: %s, chars: %lu", buffer, chars_read);
     fclose(fp);
     return 0;
 }

Answer 1

问题很微妙，但归结为：

不要将流级输入/输出和定位调用与底层系统句柄上的低级系统调用混合。

这是对实际问题的潜在解释：

• fseek(fp, 0L, SEEK_END); 使用系统调用lseek(fileno(fp), 0L, 2); 来确定与系统句柄关联的文件的长度。系统返回的长度为12，小于流缓冲区大小，fseek()重置系统句柄位置并将12个字节读入缓冲区，将系统句柄位置留在12，设置流的内部文件排名第 12 位。
• ftell(fp); 返回流的内部文件位置，12。这样做是因为流是以二进制模式打开的，不建议对文本文件使用这种方式，因为在旧系统上，行尾序列不会被转换为换行符 '\n'） .
• fseek(fp, 0L, SEEK_SET); 将流的内部文件位置设置为0，它在当前缓冲的内容中，它不会发出lseek() 系统调用。
• read(fileno(fp), buffer, 100); 无法读取任何内容，因为系统句柄的当前位置是 12，即文件末尾。
• fread(buffer, 100, 1, fp) 将从缓冲区读取文件内容，12 字节，尝试从文件中读取更多内容，没有可用的内容，并返回读取的字符数，12。

相反，如果您将1 传递给fseek()，会发生以下情况：

• fseek(fp, 1L, SEEK_END); 使用系统调用lseek(fileno(fp), 0L, 2); 来确定与系统句柄关联的文件的长度。系统返回的长度是12，因此请求的位置是13，小于流缓冲区大小，fseek()重置系统句柄位置并尝试将文件中的13个字节读入流缓冲区但只有12个字节可从文件中获得。 fseek 清除缓冲区并发出系统调用 lseek(fileno(fp), 1L, 2); 并将流内部文件位置跟踪为 13。
• ftell(fp); 返回流内部文件位置，即13。
• fseek(fp, 0L, SEEK_SET); 将内部文件位置重置为 0，并发出系统调用 lseek(fileno(fp), 0L, 0);，因为该位置位于当前流缓冲区之外。
• read(fileno(fp), buffer, 100); 从系统句柄当前位置读取文件内容，这也是0，因此行为符合预期。

注意事项：

• 由于 C 标准未指定流函数的实现，因此无法保证此行为，但与观察到的行为一致。
• 您应该检查fseek() 和ftell() 的返回值是否失败。
• 对于size_t 参数也可以使用%zu。
• buffer 不一定以 null 结尾，不要使用 %s 与 printf 一起打印其内容，使用 %.*s 并将 (int)chars_read 作为精度值传递。

这是一个检测版本：

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

#ifndef fileno
extern int fileno(FILE *fp); // in case fileno is not declared
#endif

int main() {
    FILE *fp = fopen("hello_world.txt", "rb");
    if (fp) {
        fseek(fp, 0L, SEEK_END);
        long sz = ftell(fp);
        fseek(fp, 0L, SEEK_SET);
        char buffer[100];
        ssize_t chars_read = read(fileno(fp), buffer, 100);
        printf("\nread(fileno(fp), buffer, 100) = %zd, Buffer: '%.*s', sz = %zu\n",
               chars_read, (int)chars_read, buffer, sz);
        fclose(fp);
    }
    fp = fopen("hello_world.txt", "rb");
    if (fp) {
        fseek(fp, 1L, SEEK_END);
        long sz = ftell(fp);
        fseek(fp, 0L, SEEK_SET);
        char buffer[100];
        ssize_t chars_read = read(fileno(fp), buffer, 100);
        printf("\nread(fileno(fp), buffer, 100) = %zd, Buffer: '%.*s', sz = %zu\n",
               chars_read, (int)chars_read, buffer, sz);
        fclose(fp);
    }
    return 0;
}

这是 linux 上系统调用的跟踪，与我的初步解释一致：文件 hello_world.txt 包含 Hello world! 没有换行符，总共 12 个字节：

chqrlie$ strace ./rb612-1
...
<removed system calls related to program startup>
...
open("hello_world.txt", O_RDONLY)       = 3
fstat(3, {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=12, ...}) = 0
mmap(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x7f5e356ed000
fstat(3, {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=12, ...}) = 0
lseek(3, 0, SEEK_SET)                   = 0
read(3, "Hello world!", 12)             = 12
lseek(3, 12, SEEK_SET)                  = 12
read(3, "", 100)                        = 0
fstat(1, {st_mode=S_IFCHR|0620, st_rdev=makedev(136, 1), ...}) = 0
mmap(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x7f5e356ec000
write(1, "\n", 1
)                       = 1
write(1, "read(fileno(fp), buffer, 100) = "..., 55read(fileno(fp), buffer, 100) = 0, Buffer: '', sz = 12
) = 55
close(3)                                = 0
munmap(0x7f5e356ed000, 4096)            = 0
open("hello_world.txt", O_RDONLY)       = 3
fstat(3, {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=12, ...}) = 0
mmap(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x7f5e356ed000
fstat(3, {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=12, ...}) = 0
lseek(3, 0, SEEK_SET)                   = 0
read(3, "Hello world!", 13)             = 12
lseek(3, 1, SEEK_CUR)                   = 13
lseek(3, 0, SEEK_SET)                   = 0
read(3, "Hello world!", 100)            = 12
write(1, "\n", 1
)                       = 1
write(1, "read(fileno(fp), buffer, 100) = "..., 68read(fileno(fp), buffer, 100) = 12, Buffer: 'Hello world!', sz =
) = 68
close(3)                                = 0
munmap(0x7f5e356ed000, 4096)            = 0