UNIX编程之冲洗内存流与null追加策略（APUE F5-15）
2016-11-29 16:21
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最近一直在拜读APUE(Advanced Programming in the UNIX Environment)，在读到标准I/O库的时候，对于图 5-15的代码和内存流的写入方式发现冲洗内存流和
null字节的追加策略书上没有说明白，到底是如何追加
null字节的，调用
fclose为什么没有追加
null字节等等，对于这一系列问题通过代码测试终于搞清楚整体的写入追加策略，特此记录一下。
解决问题的关键在于书上这一句话：
任何时候需要增加流缓冲区中的数据量以及调用fclose、fflush、fseek、fseeko以及fsetpos时都会在当前位置写入一个
null字节！
看似是一旦调用
fclose就要追加
null，可以书上给的例子可不是这样哦，下面随着文章我们来一步一步地分析。
内存流写入代码
#include "apue.h"
#define BSZ 48
int main()
{
FILE *fp;
char buf[BSZ];
memset(buf, 'a', BSZ-2);
buf[BSZ-2] = '\0';
buf[BSZ-1] = 'X';
if ((fp = fmemopen(buf, BSZ, "w+")) == NULL)
err_sys("fmemopen failed");
printf("Initial buffer contents: %s\n", buf);
fprintf(fp, "hello, world"); //写进缓存
printf("Before flush: %s\n\n", buf);
fflush(fp); //调用fflush、fclose、、fseek、fseeko、fsetpos会在当前位置添加null
printf("After fflush: %s\n", buf);
printf("Len of string in buf = %ld\n\n", (long)strlen(buf));
memset(buf, 'b', BSZ-2);
buf[BSZ-2] = '\0';
buf[BSZ-1] = 'X';
fprintf(fp, "hello, world");
fseek(fp, 0, SEEK_CUR); //保持偏移值冲洗之后的位置
printf("After fseek: %s\n", buf);
printf("Len of string in buf = %ld\n\n", (long)strlen(buf));
memset(buf, 'c', BSZ-2);
buf[BSZ-2] = '\0';
buf[BSZ-1] = 'X';
fprintf(fp, "hello, world"); //继续写进去
fseek(fp, 0, SEEK_SET); //偏移值设为缓冲区开始位置
printf("After fseek: %s\n", buf);
printf("Len of string in buf = %ld\n\n", (long)strlen(buf));
memset(buf, 'd', BSZ-2);
buf[BSZ-2] = '\0';
buf[BSZ-1] = 'X';
fprintf(fp, "hello, world"); //继续写进去
fclose(fp); //然后fclose在当前位置也就是数据尾端添加一个null
printf("After close: %s\n", buf);
printf("Len of string in buf = %ld\n", (long)strlen(buf));
return(0);
}程序执行的结果为：
Initial buffer contents: Before flush: After fflush: hello, world Len of string in buf = 12 After fseek: bbbbbbbbbbbbhello, world Len of string in buf = 24 After fseek: cccccccccccccccccccccccchello, world Len of string in buf = 36 After close: hello, worlddddddddddddddddddddddddddddddddddd Len of string in buf = 46
写入操作分析
首先是使用a字符修改缓冲区：memset(buf, 'a', BSZ-2); buf[BSZ-2] = '\0'; buf[BSZ-1] = 'X';
此时得到的
buf应该是：
aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa0X
为了识别方便，这里每隔5个字符使用一个
+隔开显示，如下所示：
aaaaa + aaaaa + aaaaa + aaaaa + aaaaa + aaaaa + aaaaa + aaaaa + aaaaa + a0X
此时偏移值指向数据末尾，即offset = 47
然后执行：
if ((fp = fmemopen(buf, BSZ, "w+")) == NULL)
err_sys("fmemopen failed");流控制参数为
w+，
fmemopen函数在缓冲区开始处放置了
null字节，此时的
buf应该是：
null+ aaaaa + aaaaa + aaaaa + aaaaa + aaaaa + aaaaa + aaaaa + aaaaa + aaaaa + 0X
因为首字符即为
null，此时打印结果为空；
此时偏移值指向缓冲区开始
null字节处，即offset = 0
然后通过
fprintf函数写入数据，并使用
fflush函数冲洗缓冲区：
fprintf(fp, "hello, world"); //写进缓存 fflush(fp); //调用fflush、fclose、、fseek、fseeko、fsetpos会在当前位置添加null
利用
fflush函数引起缓冲区冲洗，并在当前位置设置
null，此时的
buf为：
hello, world +
null+ aaaaa + aaaaa + aaaaa + aaaaa + aaaaa + aaaaa + aaa0X
此时的打印结果为： "hello, world"
此时的偏移值指向
null，即offset = 12
然后继续执行：
memset(buf, 'b', BSZ-2); buf[BSZ-2] = '\0'; buf[BSZ-1] = 'X';
用
b字符改写缓冲区，此时的
buf为：
bbbbb + bbbbb + bbbbb + bbbbb + bbbbb + bbbbb + bbbbb + bbbbb + bbbbb + b0X
此时的偏移值仍旧指向原来的位置，即为offset = 12
然后继续想缓冲中写入数据：
fprintf(fp, "hello, world"); //继续写进 fseek(fp, 0, SEEK_CUR); //保持偏移值在冲洗之后位置
利用
fseek函数引起缓冲区冲洗，并在当前位置设置
null，此时
buf为：
bbbbb + bbbbb + bb + hello, world +
null+ bbbbb + bbbbb + bbbbb + bbbbb + b0X
打印结果为： bbbbbbbbbbbbhello, world
偏移值位于
null，即offset = 24
然后经过继续写入之后：
memset(buf, 'c', BSZ-2); buf[BSZ-2] = '\0'; buf[BSZ-1] = 'X'; fprintf(fp, "hello, world"); //继续写进去 fseek(fp, 0, SEEK_SET); //偏移值设为缓冲区开始位置
利用
fseek函数引起缓冲区冲洗，并在当前位置设置
null，此时的
buf为：
cccccccccccc + cccccccccccc + hello, world +
null+ ccccc + cccc0X
打印结果为：cccccccccccccccccccccccchello, world
此时由于
fseek函数，偏移值设为了缓冲区的开始位置，即offset = 0
最后执行写入，注意此时的偏移值位于缓冲区开始：
memset(buf, 'd', BSZ-2); buf[BSZ-2] = '\0'; buf[BSZ-1] = 'X'; fprintf(fp, "hello, world"); //继续写进去 fclose(fp); //然后fclose在当前位置也就是数据尾端添加一个null
直接使用
fclose函数关闭流，没有追加
null，此时的
buf为：
hello, world + null + ddddd + ddddd + ddddd + ddddd + ddddd + ddddd + ddd0X
打印结果为 hello, worlddddddddddddddddddddddddddddddddddd
但是前面不是说了一旦调用
fclose等函数，就会自动在当前位置写一个
null字节嘛， 为什么这里没有追加呢？请看下面三个测试方案
null
追加策略分析
测试代码
#include "apue.h"
#define BSZ 48
int main()
{
FILE *fp1, *fp2, *fp3;
char buf1[BSZ], buf2[BSZ], buf3[BSZ];
//方案一
memset(buf1, 'a', BSZ-2);
buf1[BSZ-2] = '\0';
buf1[BSZ-1] = 'X';
if ((fp1 = fmemopen(buf1, BSZ, "w+")) == NULL)
err_sys("fmemopen failed");
fprintf(fp1, "hello, world");
//调用fflush函数引起缓冲区冲洗
fflush(fp1);
printf("1.After fflush: %s\n", buf1);
printf("1.Len of string in buf = %ld\n", (long)strlen(buf1));
memset(buf1, 'b', BSZ-2);
buf1[BSZ-2] = '\0';
buf1[BSZ-1] = 'X';
//二次输入数据为"nihao"，长度较短
fprintf(fp1, "nihao");
fclose(fp1);
printf("1.After close: %s\n", buf1);
printf("1.Len of string in buf = %ld\n\n", (long)strlen(buf1));
//方案二
memset(buf2, 'a', BSZ-2);
buf2[BSZ-2] = '\0';
buf2[BSZ-1] = 'X';
if ((fp2 = fmemopen(buf2, BSZ, "w+")) == NULL)
err_sys("fmemopen failed");
fprintf(fp2, "hello, world");
//调用fseek函数引起缓冲区冲洗，偏移值设为首部
fseek(fp2, 0, SEEK_SET);
printf("2.After fseek: %s\n", buf2);
printf("2.Len of string in buf = %ld\n", (long)strlen(buf2));
memset(buf2, 'b', BSZ-2);
buf2[BSZ-2] = '\0';
buf2[BSZ-1] = 'X';
//二次输入数据为"nihao"，长度较短
fprintf(fp2, "nihao");
fclose(fp2);
printf("2.After close: %s\n", buf2);
printf("2.Len of string in buf = %ld\n\n", (long)strlen(buf2));
//方案三
memset(buf3, 'a', BSZ-2);
buf3[BSZ-2] = '\0';
buf3[BSZ-1] = 'X';
if ((fp3 = fmemopen(buf3, BSZ, "w+")) == NULL)
err_sys("fmemopen failed");
fprintf(fp3, "hello, world");
//调用fseek函数引起缓冲区冲洗，偏移值设为首部
fseek(fp3, 0, SEEK_SET);
printf("3.After fseek: %s\n", buf3);
printf("3.Len of string in buf = %ld\n", (long)strlen(buf3));
memset(buf2, 'b', BSZ-2);
buf2[BSZ-2] = '\0';
buf2[BSZ-1] = 'X';
//二次输入数据为"hello, world! How are you?"，长度较长
fprintf(fp3, "hello, world! How are you?");
fclose(fp3);
printf("3.After close: %s\n", buf3);
printf("3.Len of string in buf = %ld\n\n", (long)strlen(buf3));
return(0);
}最后的输出结果为：
1.After fflush: hello, world 1.Len of string in buf = 12 1.After close: bbbbbbbbbbbbnihao 1.Len of string in buf = 17 2.After fseek: hello, world 2.Len of string in buf = 12 2.After close: nihaobbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbb 2.Len of string in buf = 46 3.After fseek: hello, world 3.Len of string in buf = 12 3.After close: hello, world! How are you? 3.Len of string in buf = 26
结果分析
方案一：
fclose函数冲洗内存流导致需要增加流缓冲区中数据量，在当前偏移值后面继续写入数据，由12增加到17，并且调用了
fclose函数，所以追加
null；
方案二：
fclose函数冲洗内存流时，偏移值在流缓冲区首部，此时"nihao"的长度小于原本流缓冲区中"hello, world"的长度，只会覆盖流缓冲区的前一部分，流缓冲区数据量并没有增加，仍未12，所以不追加
null；
方案三：同方案二，只是再次输入的数据"hello, world! How are you?"大于原本流缓冲区中的"hello, world"的长度，所以需要增加流缓冲区中数据量，调用了
fclose函数，所以追加’null`；
总结
由上述测试可以发现，追加null的策略机制是必须同时满足以下两个条件：
需要增加流缓冲区中的数据量
调用fclose、fflush、fseek、fseeko以及fsetpos时
书上的图5-15就是因为输入数据太短没有增加流缓冲区所以才没有追加
null的，看到这里应该可以明白了吧。这一部分书上也没有讲得很清楚，我看到这里困惑了好久，终于通过自己的测试一点一点搞明白了。
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