Linux---文件描述符fd与FILE结构体

偏执的太偏执、 2022-06-01 14:19 420阅读 0赞

## 文件描述符（file descriptor） ##

在Linux中不是用文件指针来识别一个文件，而是用文件描述符来识别的。  
文件描述符简称**fd**，它是Linux内核所创建的索引，目的就是为了高效管理已经被打开的文件。它是一个非负整数，用来表示被打开的文件，而对该文件所有的I/O操作都是通过该文件的文件描述符来执行的。  
在一个程序刚刚启动时，系统就已经占了三个文件描述符了，分别为：0（标准输入）、1（标准输出）、2（标准错误）。如果此刻程序再打开或创建一个新文件时，该文件的文件描述符将是3。因为文件描述符有自己的分配规则：将当前最小的未被使用的文件描述符分配给新创建的文件。

来一张图看看文件描述符是怎么管理文件的：  
![这里写图片描述][SouthEast]

如果我们关闭了文件描述符1呢？来看一段代码：

#include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <fcntl.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/stat.h>
    
    int main()
    {
        close(1);
        int fd=open("file",O_CREAT|O_WRONLY,0644);
        if(fd<0)
        {
            perror("open");
            exit(1);
        }
        printf("fd=%d\n",fd);
        fflush(stdout);
    
        close(fd);
        exit(0);
    }

来看看运行结果：  
![这里写图片描述][SouthEast 1]

我们可以看到运行程序之后，多了一个我们创建的文件file，用cat命令查看文件的内容，发现本该输出到屏幕上的语句却写到了打开的文件里，而且文件描述符是1

## FILE结构体 ##

c语言的stdio.h头文件中，定义了用于文件操作的结构体FILE。因此我们通过fopen返回一个文件指针（指向FILE结构体的指针）来进行文件操作。文件指针指向进程的用户空间中的FILE结构体。  
可以在stdio.h(位于visual studio安装目录下的include文件夹下)头文件中查看FILE结构体的定义，如下：  
FILE结构体中最重要的两个成员变量是：文件描述符和缓冲区的大小

//C语言文件指针域文件描述符之间可以相互转换
    int fileno(FILE * stream)
    FILE * fdopen(int fd, const char * mode)
    
    struct _iobuf {
        char *_ptr;          //文件输出的下一个位置
        int   _cnt;          //当前缓冲区的相对位置
        char *_base;         //缓冲区基址
        int   _flag;         //文件标志
        int   _file;         //文件描述符
        int   _charbuf;      //检查缓冲区状况，若无缓冲区则不读取
        int   _bufsiz;       //缓冲区大小
        char *_tmpfname;     //临时文件名 
    };
    typedef struct _iobuf FILE;

c程序用不同的FILE结构体管理每个文件。程序员可以使用文件，但是不需要知道FILE结构体的细节。实际上，FILE结构体是间接地操作系统的文件控制块（FCB）来实现对文件的操作的。  
FILE结构体中的\_file ,也就是文件描述符，作为进入打开文件表索引的整数。

## 文件描述符和FILE结构体的关系 ##

在Linux下编程常需要对一些文件进行操作。有时不同的条件下，需要将文件指针即句柄（FILE\*）、文件描述符（fd）以及文件路径（filepath）进行相互转换，以满足实际的编程需要。

*  文件路径 文件描述符应是唯一的。文件指针（值）不是唯一的，但指向的对象也应该是唯一的
 *  FILE\* 中包含fd的信息，而且还包含IO缓冲，所以可以理解为 FILE\* 是对fd的封装，是C的标准形式，所以FILE\* 比fd更适合跨平台，应多用fopen，少用 open。

文件描述符 到 文件指针：fd–fdopen()–>FILE\*  
文件指针 到 文件描述符：FILE\*–fileno()—>fd

[SouthEast]: /images/20220601/39a636eed5f24eea85d1ba362eb4d59a.png
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