UNIX编程之冲洗内存流与null追加策略（APUE F5-15）

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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] = '';
	buf[BSZ-1] = 'X';
	if ((fp = fmemopen(buf, BSZ, "w+")) == NULL)
		err_sys("fmemopen failed");
	printf("Initial buffer contents: %s
", buf);
	fprintf(fp, "hello, world"); //写进缓存
	printf("Before flush: %s

", buf);
	fflush(fp); //调用fflush、fclose、、fseek、fseeko、fsetpos会在当前位置添加null
	printf("After fflush: %s
", buf);
	printf("Len of string in buf = %ld

", (long)strlen(buf));

	memset(buf, 'b', BSZ-2);
	buf[BSZ-2] = '';
	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
", buf);
	printf("Len of string in buf = %ld

", (long)strlen(buf));

	memset(buf, 'c', BSZ-2);
	buf[BSZ-2] = '';
	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
", buf);
	printf("Len of string in buf = %ld

", (long)strlen(buf));

	memset(buf, 'd', BSZ-2);
	buf[BSZ-2] = '';
	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
", buf);
	printf("Len of string in buf = %ld
", (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] = '';
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] = '';
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] = '';
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] = '';
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] = '';
	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
", buf1);
	printf("1.Len of string in buf = %ld
", (long)strlen(buf1));
	memset(buf1, 'b', BSZ-2);
	buf1[BSZ-2] = '';
	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
", buf1);
	printf("1.Len of string in buf = %ld

", (long)strlen(buf1));

	//方案二
	memset(buf2, 'a', BSZ-2);
	buf2[BSZ-2] = '';
	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
", buf2);
	printf("2.Len of string in buf = %ld
", (long)strlen(buf2));
	memset(buf2, 'b', BSZ-2);
	buf2[BSZ-2] = '';
	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
", buf2);
	printf("2.Len of string in buf = %ld

", (long)strlen(buf2));

	//方案三
	memset(buf3, 'a', BSZ-2);
	buf3[BSZ-2] = '';
	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
", buf3);
	printf("3.Len of string in buf = %ld
", (long)strlen(buf3));
	memset(buf2, 'b', BSZ-2);
	buf2[BSZ-2] = '';
	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
", buf3);
	printf("3.Len of string in buf = %ld

", (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。
文章粗浅，有什么疏漏之处欢迎各位批评指正！

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