C++-调用fread后直接调用fwrite写不进去，反之也是，为什么？

Question

代码很简单：
以rb+形式打开一个已存在的文件（文件内容是abcdefghijklmnopqrstuvwxyz
），然后随便读几个字节，然后直接调fwrite，返回值是正确的，但是fclose后，双击打开文件，文件内容没变。

反之，以rb+形式打开一个已存在的文件（文件内容也是abcdefghijklmnopqrstuvwxyz
），随便写几个字节（写了hello world），然后直接调fread，只读出了ﾍﾍﾍﾍﾍﾍﾍﾍﾍﾍ，而且fclose后，双击打开文件，文件内容变成hello worldﾍﾍﾍﾍﾍﾍﾍﾍﾍﾍvwxyz

但是在fread和fwrite之间调一下fseek，读写内容就都对了，请问高手，这为什么呢？
fread和fwrite为什么不能连续调用？

具体代码如下：

#include <stdio.h>

int main()
{
    FILE *testFile = NULL;
    int ret = 0;
    char string[200] = {''};

    testFile=fopen("test1.txt", "rb+"); //test1.txt的内容是abcdefghijklmnopqrstuvwxyz
    if(testFile == NULL)
    {
        return 0;
    }
    ret = fread(string, 1, 10, testFile);
    //ret = fseek(testFile, 0, SEEK_CUR);
    ret = fwrite("hello world", 1, 11, testFile);
    fclose(testFile); //test1.txt的内容还是abcdefghijklmnopqrstuvwxyz
    //如果fread和fwrite之间调用了fseek，文件内容变成abcdefghijhello worldvwxyz

    testFile=fopen("test2.txt", "rb+"); //test2.txt的内容也是abcdefghijklmnopqrstuvwxyz
    if(testFile == NULL)
    {
        return 0;
    }
    ret = fwrite("hello world", 1, 11, testFile);
    //ret = fseek(testFile, 0, SEEK_CUR);
    ret = fread(string, 1, 10, testFile);
    fclose(testFile); //test2.txt的内容变成hello worldﾍﾍﾍﾍﾍﾍﾍﾍﾍﾍvwxyz
    //如果fread和fwrite之间调用了fseek，文件内容变成hello worldlmnopqrstuvwxyz

    return 0;
}

Answer 1

gcc 版本 4.7.2 (Ubuntu/Linaro 4.7.2-2ubuntu1)
cat test1.txt
abcdefghijhello worldvwxyz
cat test2.txt
hello worldlmnopqrstuvwxyz

Answer 2

没有区别啊，我把代码运行了一下，对于前一部分的代码，不管加不加fseek函数，最后test1.txt的内容都变成abcdefghijhello worldvwxyz。对于后一部分代码，不过加不加fseek函数，test2.txt的内容都变成hello worldlmnopqrstuvwxyz。

Answer 3

在你read test2的写入流的时候
缓冲区没有关闭
所以写入流接上了读取流
把后面10个字符给覆盖了
所以你用fread之前也要fflush

Answer 4

可以看看fseek的源码，VS下的C运行库的fseek会会调用_flush(stream);

int __cdecl _fseek_nolock (FILE *str, long offset, int whence){
        REG1 FILE *stream;

        /* Init stream pointer */
        stream = str;

        /* Flush buffer as necessary */
        _flush(stream);


        /* Seek to the desired locale and return. */
        return(_lseek(_fileno(stream), offset, whence) == -1L ? -1 : 0);
}

补充：

ret = fread(string, 1, 10, testFile);
    ret = fwrite("hello world", 1, 11, testFile);
    //加上写动作，去掉读动作
    testFile->_flag |= _IOWRT;
    testFile->_flag &= ~_IOREAD;

    fclose(testFile);

这里强制修改_flag的值会得到意外的结果，原因如下，在fclose中会调用fflush函数，而fflush函数又会根据条件再次调用系统调用 _write 函数，进行文件的写操作。

int __cdecl _flush (
        FILE *str
        )
{
        /* Init pointer to stream */
        stream = str;

        if ((stream->_flag & (_IOREAD | _IOWRT)) == _IOWRT && bigbuf(stream)
                && (nchar = (int)(stream->_ptr - stream->_base)) > 0)
        {
                if ( _write(_fileno(stream), stream->_base, nchar) == nchar ) {
                        /* if this is a read/write file, clear _IOWRT so that
                         * next operation can be a read
                         */
                        if ( _IORW & stream->_flag )
                                stream->_flag &= ~_IOWRT;
                }
                else {
                        stream->_flag |= _IOERR;
                        rc = EOF;
                }
        }
}

留意这样一行语句：

(nchar = (int)(stream->_ptr - stream->_base))

因为此时

(stream->_flag & (_IOREAD | _IOWRT)) == _IOWRT

和

bigbuf(stream)

都已经成立，这里会计算nchar的值。
看看此时缓冲区的情况，这里nchar=21,后面调用：

_write(_fileno(stream), stream->_base, nchar)

就会将字符串

abcdefghijhello world

写入到test1.txt中。

问题讨论到这里，似乎还有一个重要的问题没有解释：为什么 “abcdefghijhello world” 是在文件结尾处写，而不是紧接着文件第11处偏移开始写？是谁在修改文件的实际偏移？

Answer 5

我只能表示VC太弱了，标准IO库的实现还是这么老土，在gcc下没调用fseek结果是完全正确的
调用程序后test1.txt是abcdefghijhello worldvwxyz。
test2.txt是hello worldlmnopqrstuvwxyz
平台
gcc 4.7.2 + ubuntu 12.10(64bit)
可怜了大家，都去看标准IO库的实现源代码了～～～

Answer 6

运行了一下楼主的代码，只是在fread后打印string 结果如下（linux下gcc编译gcc 版本 4.1.1 20070105 (Red Hat 4.1.1-52) ）：
[huangbin@localhost shujia]$ ./a.out
string= abcdefghij
[huangbin@localhost shujia]$ cat test1.txt
abcdefghijhello worldvwxyz
能写入的。
但是在VC下确实和楼主说的一样。按理说应该是fread后不用再去定位文件流位置的，直接就能在文件流读取的位置处写入内容。可能是标准IO库版本比较老，需要再定位文件流位置才能写入。
有兴趣可以看看相应的IO库源码。

Answer 7

应该先调用 fflush。如果不是这种情况的话，可能是对数据流的某一个操作失败了。导致数据流的设置了 failbit。所以导致读写失效。觉得就这两种可能吧

Answer 8

这个问题非常好，我仔细看了一下flush.c，fwrite.c和fread.c找到了原因。

首先，我们得了解应用程序和文件直接数据的交互是通过缓存来实现的，fread和fwrite操作的数据都是缓存（如果设置了缓存的话）里的数据。那么数据交互的模型如下所示：

然后，我们再看看fread,fwrite,fflush是如何来实现这个交互的过程呢。这三者对文件的操作都是通过FILE结构来进行的，我们先看看FILE的结构：

struct _iobuf {
char *_ptr;//文件缓存的当前位置
int _cnt;//缓存里可以读取的字节数
char *_base;//文件缓存的起始位置
int _flag;
int _file;
int _charbuf;
int _bufsiz;//缓存大小
char *_tmpfname;
};
typedef struct _iobuf FILE;

以上代码来自http://www.codeforge.com/read/90183/STDIO.H__html
这里是VC里的实现，不同的实现可能会有所差别，但是因为是标准IO，基本上是大同小异。

上面只是简单标注了几个重要的变量的意义。下面我来解释一下这几个变量：

FILE：这个结构其实包含的是文件信息（_flag,_file_,_tmpfname）和缓存信息（_ptr,_cnt,_base,_charbuf,_bufsiz)。
_ptr：它指的是当前操作的位置
_base：文件缓存的起始位置
bufsiz：缓存的大小

下面用图表示一下这几个变量：
当打开一个文件，并进行读取时，会先从磁盘读取一部分数据到缓存里，这时候_base指向缓存的起始地址，_ptr会根据读取的数量进行移动，_cnt则根据读取的数量进行减少。

这里只是一个简化的流程，具体参考fread.c代码http://www.codeforge.com/read/90183/FREAD.C__html

当打开一个文件，并进行写操作时，会先分配一块缓存，这时候_base指向缓存的起始地址，_ptr会根据写入缓存的数量进行移动。

这里只是一个简化的流程，具体参考fwrite.c代码http://www.codeforge.com/read/90183/FWRITE.C__html

我们再看看fflush的操作

if ((stream->_flag & (_IOREAD | _IOWRT)) == _IOWRT && bigbuf(stream)
&& (nchar = stream->_ptr - stream->_base) > 0)
{
if ( _write(_fileno(stream), stream->_base, nchar) == nchar ) {
/* if this is a read/write file, clear _IOWRT so that
* next operation can be a read
*/
if ( _IORW & stream->_flag )
stream->_flag &= ~_IOWRT;
}
else {
stream->_flag |= _IOERR;
rc = EOF;
}
}

stream->_ptr = stream->_base;
stream->_cnt = 0;

代码参考http://www.codeforge.com/read/90183/FFLUSH.C__html
这里做了两件事：

把缓存里的输入写入文件，_write系统调用，写入的数据为缓存里[_base,_ptr]之间的数据
设置_ptr和_cnt：stream->_ptr = stream->_base;stream->_cnt = 0;

也就是说，flush除了写入文件外，它还把_ptr的位置重新设置到缓存的开始处了。
也就是说，上面程序的问题在于_ptr的值，这里可以简单验证一下，把ret = fseek(testFile, 0, SEEK_CUR);替换成stream->_ptr = stream->_base也可以得到正确的结果。

那么，为什么问题是出现在_ptr上呢？下面来怎对上面的代码进行分析：
我给你上面的代码画了一个图，和上面两幅图略有不同

可以看到，在调用一次fwrite和一次fread后，_ptr指针的位置距离_base为21(11+10)。那么，最后的close在flush的时候会把[_base,_ptr]之间的内容输入到文件中对应的位置。也就是说fwrite写入的hello world和fread调用导致_ptr移动的部分数据也被写入到文件了，这样就导致覆盖了文件里的部分数据。

那么还有一个问题，覆盖的数据是什么呢？
数据是随机的。因为整个过程是这样的：

打开文件
建立缓存，这个缓存里的数据是未初始化的4096字节，
fwrite写入hello world在0-10字节里
fread使得_ptr跳过11-20字节
flush使得0-20字节写入文件，其中0-10是hello world，11-20未初始化

再看看读文件的过程

打开文件
建立缓存，并且读取部分文件内容到缓存里
读取文件

上面两个过程中的第2个过程是要调用fseek或者flush的关键所在，因为读写用的是同一块缓存，所以读之后再写要重置缓存，写之后再读也要重置缓存。否则两种操作会导致缓存里的数据错乱。因此，严格来说，我前面的用testFile->_ptr=testFile->_base替代的方式也是有问题的。

=====================结束===============================
虽然花了不少时间，但是把这个问题弄明白了，自己也想通了另外一个问题，就是java的NIO里的ByteBuffer在读写之前分别要调用flip和clear，原因也是因为读写用的是同一块缓存。
如果有什么不清除的地方，请回复。我尽量解答

=======================补充内容=========================
可以通过下面的代码来看看FILE结构里的_ptr,_base，_cnt几个字段的变动

void dumpFile(FILE* file){
printf("====dump file struct=====n");
printf("ptr:%xn",file->_ptr);
printf("cnt:%dn",file->_cnt);
printf("base:%xn",file->_base);
printf("flag:%dn",file->_flag);
printf("file:%dn",file->_file);
printf("charbuf:%dn",file->_charbuf);
printf("bufsize:%dn",file->_bufsiz);
printf("tmpfname:%sn",file->_tmpfname);
printf("====dump file struct=====n");
}

=====================补充解释一下前一部分的数据为什么没有写入==============
看看flush的代码，在写入数据的时候，会做如下判断：

if ((stream->_flag & (_IOREAD | _IOWRT)) == _IOWRT && bigbuf(stream)
&& (nchar = stream->_ptr - stream->_base) > 0)
{
if ( _write(_fileno(stream), stream->_base, nchar) == nchar ) {
/* if this is a read/write file, clear _IOWRT so that
* next operation can be a read
*/
if ( _IORW & stream->_flag )
stream->_flag &= ~_IOWRT;
}
else {
stream->_flag |= _IOERR;

这段代码做了如下三个判断：

stream->_flag & (_IOREAD | _IOWRT)) == _IOWRT：判断flush之前的操作只有写操作
bigbuf(stream) 这个貌似是判断缓存的大小
nchar = stream->_ptr - stream->_base) > 0 判断[_base,_ptr]之间是否有数据没有写入

按照前面讲解的过程，可知[_base,_ptr]之间肯定是有数据的，至于bigbuf(stream)这个不知道是判断什么的，暂且假设它是true。再看看第一个判断，我们的代码是先读后写，不满足这个条件，因此，flush不会把数据写入到磁盘。这就是为什么数据没有写入的原因了。

下面来证实一下：

ret = fread(string, 1, 10, testFile);
ret = fwrite("hello world", 1, 11, testFile);
//加上写动作，去掉读动作
testFile->_flag |= _IOWRT;
testFile->_flag &= ~_IOREAD;

fclose(testFile);

上面的代码把flag的读标志去掉，并且加上写标志位，运行一下，这次数据写入了。结果如下：

abcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijhello world

数据是写入了，但是结果貌似不对。。这个问题就留给大家去思考了。

Answer 9

那个帖子说的挺明白了，写出后，或关闭文件前，应调用fflush，将缓存更新到文件中。
打开文件后，会在内存中产生一部分文件的缓存，通过fwrite等写出，是先写入缓存，待缓存不够用了、或者用户调用fflush时，系统才将缓存中的数据同步到文件中。