文件与流式 IO

环境同前：Windows 11 x64，MinGW-w64 GCC 13.1.0（运行时是 msvcrt）。本节两个”意外发现”都是实测出来的，不是照抄文档。

一、文本模式与二进制模式：Windows 上会咬人

FILE *f = fopen("io_test.bin", "w");        /* 文本模式 */
fputs("hello\nworld\n", f);
fclose(f);
/* 再用 "rb" 把原始字节读出来 */

文本模式写 "hello\nworld\n"，按二进制读出 14 字节：
68 65 6c 6c 6f 0d 0a 77 6f 72 6c 64 0d 0a
（0d 0a = CRLF ⇒ Windows 文本模式把 LF 换成了 CRLF）

12 个字符写进去，磁盘上变 14 字节——每个 \n 被替换成 \r\n。读取时反向：0d 0a 变成单个 0a。Linux/macOS 上文本与二进制没有区别，所以这类 bug 只在跨平台时暴露。

规矩：

协议文件、图片、序列化数据、需要校验和或长度的东西，一律用 rb/wb。 用文本模式写二进制，数据会被悄悄改写。
只有”给人看的行式文本”才用文本模式。
需要精确控制行尾，就用二进制模式自己写 \r\n 或 \n。

顺带两个坑：fseek 的偏移在文本模式下不保证等于字节数（标准允许实现做转换记账），只有 rewind 和”以 SEEK_SET 定位到此前由 ftell 得到的值”是可靠的；'b' 在 POSIX 平台上被忽略，写了也无害。

二、打开模式：`r+`/`w+`/`a+` 与读写交错

模式	文件不存在	文件存在	初始位置	能否截断
`r` / `rb`	打开失败	只读	开头	否
`w` / `wb`	创建	立刻清空	开头	是
`a` / `ab`	创建	追加	结尾（每次写前都强制移到尾）	否
`r+`	打开失败	读写	开头	否
`w+`	创建	清空	开头	是
`a+`	创建	读写追加	结尾（读位置仍是开头，实现相关）	否
`wx`	创建（独占）	打开失败	开头	是

`w` 会立刻清空文件——哪怕你后面什么都没写

fopen(path, "w") 成功的那一刻文件就被截成 0 字节。用它”打开来读一下再写回”是数据丢失事故的常见来源。要读要写就用 r+，或者先读到内存再决定怎么写。

`a` 的”每次写前强制到末尾”是防丢写的机制

追加模式下即使你 fseek 到中间，下一次写仍会先移到末尾。这是给多进程写同一个日志文件用的（虽然不保证原子性，需要 O_APPEND 级别才能保证）。

C11 的 `x` 模式：本机不可用

wx 的语义是”文件已存在就失败”，用来避免”两个进程互相覆盖”的竞态。听起来完美，实测：

"wx" 第一次 失败，第二次 失败（x 模式：已存在就失败，防覆盖竞态）

第一次也失败——因为本机运行时是 msvcrt，它不支持 C11 新增的 x 标志，一律返回失败。结论：跨平台代码里不要用 x 模式；要做独占创建，Windows 上走 CreateFile 的 CREATE_NEW，POSIX 上走 open(O_CREAT|O_EXCL)。

三、读写交错：不 `fseek` 就写，数据会静默消失

C 标准对更新流（r+/w+/a+）有一条硬性规定：输入之后紧接着输出、或输出之后紧接着输入，中间必须插入一次 fflush 或文件定位操作（fseek/rewind/fsetpos），否则行为未定义。

f = fopen(PATH_T, "w+"); fputs("ABCDEF", f); fclose(f);

f = fopen(PATH_T, "r+");
int first = fgetc(f);          /* 读了一个字符 */
long after_read = ftell(f);    /* 位置 = 1 */
fputs("xy", f);                /* 紧接着写：没有 fseek！ */
fclose(f);
/* 再用 rb 读回内容 */

r+ 读一个字符后 ftell=1，紧接着写 "xy" → 文件内容 [ABCDEF]

写完全丢了：文件仍是 ABCDEF，没有报错、没有崩溃、返回的 fputs 也没说失败。这就是”未定义行为”最恶劣的形态之一。正确写法：

fputs("xy", f);                 /* 输出 */
fflush(f);                      /* 或 fseek(f, 0, SEEK_CUR) */
fseek(f, 0, SEEK_SET);          /* 再切到输入 */
fscanf(f, "%s", buf);

顺便看清”覆盖写不会截断”：

w+ 写完 ftell=6，rewind 后覆盖写 → [xyCDEF]（长度不变就是残留）

rewind 只是把位置拨回开头，不会清空。想截断要显式 ftruncate（POSIX）或 rewind + fclose，Windows 上用 _chsize_s。

四、缓冲：什么时候数据真的落盘

写 3 字节但还没 fflush：文件大小 = 0
fflush 之后：文件大小 = 3
setvbuf(_IONBF) 写 3 字节、不 fflush：文件大小 = 3

FILE 默认是全缓冲（_IOFBF），数据先在用户态缓冲区，攒满一块才 write() 一次。所以：

fclose 会 fflush，正常关闭不丢数据；exit/正常结束也会刷，但 _exit、abort、段错误不会。
崩溃时缓冲区里的东西全丢。这就是”日志明明打了却没写进文件”的原因。对策：关键日志 fflush 或用 stderr（它默认无缓冲，第三节实测的 stderr/stdout 顺序错位就是这个原因）。
行缓冲（_IOLBF）只对”遇 \n 就刷”生效，适合终端；重定向到文件时 stdout 通常退化成全缓冲。
setvbuf 必须在第一次读写之前调用，之后调用行为未定义。
关缓冲（_IONBF）会让每次 fputc 都进系统调用，性能可能差几十倍——只在确实需要即时性时用。

setvbuf 的三种模式：_IOFBF 全缓冲、_IOLBF 行缓冲、_IONBF 无缓冲。传 buf=NULL 让实现自己分配（大小被忽略）。

五、行读取：`fgets` 的三个必须

char small[16];
while (fgets(small, sizeof small, f)) { /* ... */ }

对一个 56 字节的文件、16 字节的缓冲区：

读到 [short\n] 长度 6 以换行结尾=1
读到 [this line is de] 长度 15 以换行结尾=0
读到 [finitely longer] 长度 15 以换行结尾=0
读到 [ than sixteen b] 长度 15 以换行结尾=0
读到 [ytes\n] 长度 5 以换行结尾=1
循环结束：feof=16 ferror=0

三个必须：

长度参数传 sizeof buf，fgets 最多读 n-1 个字符并补 \0，所以它不会溢出（这是它取代 gets 的理由，gets 已从 C11 删除）。
fgets 会保留行尾的 \n，比较前通常要去掉：buf[strcspn(buf, "\r\n")] = '\0';（\r 也要去，否则 Windows 上写的文件在 Linux 读会带尾 \r）。
必须判断”这一行是不是被截断了”——上面第 2~4 段末尾都没有 \n，说明一行被切成了三块。不检查就会把一条长记录当成三条。检测办法：读到的最后一个字符不是 \n 且不是错误，就说明后面还有内容，要么继续读，要么丢弃到行尾。

六、`feof` 必须在读失败之后才看

while (!feof(f)) { ch = fgetc(f); count++; }      /* 错 */
while ((ch = fgetc(f)) != EOF) count++;           /* 对 */

错误写法 while (!feof(f)) 把 2 个字符数成了 3
正确写法 while ((ch = fgetc(f)) != EOF) 得到 2

feof 不会预测下一次读会不会到末尾，它只在一次读操作真的撞上 EOF 之后才置位。所以 while (!feof(f)) 必然多执行一次循环体，里面拿到的是 EOF（值 -1）。如果循环体是 fgetc 后立刻当字符用，你就多处理了一个 -1；如果是 fscanf，字段还是旧值——这类 bug 的表现为”最后一行被处理了两遍”。

同理，fread/fwrite 的返回值是实际完成的项数，短读不等于出错：

请求 64 字节实际读到 2，feof=16 ferror=0（短读不等于出错）

判断到底是”到文件尾”还是”真出错”，必须分开看 feof() 和 ferror()。注意 feof 返回的是非 0 的标志位（本机是 16），不要拿它跟 1 比较，只用作真假。

七、这一节的自查清单

下一节讲可变参数与复杂声明：stdarg 手工实现 printf 类函数的正确姿势、sizeof/声明的读法口诀，以及柔性数组和 _Generic 在真实库里的用法。

一、文本模式与二进制模式：Windows 上会咬人

二、打开模式：r+/w+/a+ 与读写交错

w 会立刻清空文件——哪怕你后面什么都没写

a 的”每次写前强制到末尾”是防丢写的机制

C11 的 x 模式：本机不可用

三、读写交错：不 fseek 就写，数据会静默消失