Linux中文件描述符fd与文件指针FILE*互相转换实例解析

本文研究的主要是Linux中文件描述符fd与文件指针FILE*互相转换的相关内容，具体介绍如下。

1.文件描述符fd的定义:文件描述符在形式上是一个非负整数。实际上，它是一个索引值，指向内核为每一个进程所维护的该进程打开文件的记录表。当程序打开一个现有文件或者创建一个新文件时，内核向进程返回一个文件描述符。在程序设计中，一些涉及底层的程序编写往往会围绕着文件描述符展开。但是文件描述符这一概念往往只适用于UNIX、Linux这样的操作系统。

2.文件指针FILE定义说明文件指针的一般形式为：

FILE *指针变量标识符；

其中FILE应为大写，它实际上是由系统定义的一个结构，该结构中含有文件名、文件状态和文件当前位置等信息。在编写源程序时不必关心FILE结构的细节。

使用系统调用的时候用文件描述符的时候比较多，但是操作比较原始。C库函数在I/O上提供了一些方便的包装（比如格式化I/O、重定向），但是对细节的控制不够。

如果过度依赖其中的一种只会徒增麻烦，所以知道两者的转换是很有必要的。FILE*是对fd的封装

当然，有人会说知道文件路径的话重新打开就是了，但是这会产生竞争条件（Race Conditions），首先重新打开文件，相当于是2个fd指向同一文件，然后如果在打开的期间文件被删除了又被新建了一个同名文件，2个fd指向的便是不同的文件。

glibc库提供了两个转换函数fdopen(3)和fileno(3)，都是<stdio.h>中的

FILE *fdopen(int fd, const char *mode);
int fileno(FILE *stream);

PS：为了节省篇幅，还是继续忽略返回值的检查。

来看看测试吧，是不是我们想的那样。

#include <stdio.h>#include <unistd.h>#include <fcntl.h>int main(){  const char* filename = "new.txt";  int fd = open(filename, O_RDWR | O_CREAT, S_IRUSR | S_IWUSR);  FILE* fp = fdopen(fd, "w+");  int fd2 = fileno(fp);  printf("fd=%d | fd2=%d/n", fd, fd2);  fclose(fp);  close(fd);  return 0;}

$ gcc test.c $ ./a.out fd=3 | fd2=3

参考fileno手册：

The function fileno() examines the argument stream and returns its integer descriptor.

FILE是对fd的封装，fileno()是直接取得被封装的fd，因此并未创建新的fd指向该文件。

参考fdopen手册：

The fdopen() function associates a stream with the existing file descriptor, fd. The mode of
the stream (one of the values "r", "r+", "w", "w+", "a", "a+") must be compatible with the
mode of the file descriptor.

fdopen()是讲流（FILE对象）与已存在的文件描述符fd进行关联，因此也是未创建新的fd。值得注意的是，FILE指针的模式（mode）必须与文件描述符的模式兼容。

关于mode参数先搁置会儿，目前我们知道的是，使用fileno和fdopen进行转换，都是在原有的fd上进行操作，并未产生新的fd。那么，再次审视刚才的代码，是否发现了问题？

我们来检查下close(fd)的返回值，把close(fd)改成下列代码

  if (-1 == close(fd)) {    perror("close");    exit(1);  }

$ gcc test.c $ ./a.out close: Bad file descriptor

没错，fclose在关闭文件指针的时候，内部其实也关闭了文件描述符（否则资源就泄露了），既然这里fp内部的文件描述符和fd是同一个，当fp被关闭时，fd也被关闭了，再次关闭fd就会出现“损坏的文件描述符”错误。