Linux---文件描述符fd与FILE结构体

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本文介绍了Linux中文件描述符的概念，作为识别文件的非负整数，其管理和分配规则，并通过示例说明了文件描述符在程序中的作用。同时，讨论了C语言中的FILE结构体，它在用户空间中用于文件操作，并包含文件描述符和缓冲区信息。最后，阐述了文件描述符与FILE结构体之间的关系，以及如何在两者之间进行转换。

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文件描述符（file descriptor）

在Linux中不是用文件指针来识别一个文件，而是用文件描述符来识别的。
文件描述符简称fd，它是Linux内核所创建的索引，目的就是为了高效管理已经被打开的文件。它是一个非负整数，用来表示被打开的文件，而对该文件所有的I/O操作都是通过该文件的文件描述符来执行的。
在一个程序刚刚启动时，系统就已经占了三个文件描述符了，分别为：0（标准输入）、1（标准输出）、2（标准错误）。如果此刻程序再打开或创建一个新文件时，该文件的文件描述符将是3。因为文件描述符有自己的分配规则：将当前最小的未被使用的文件描述符分配给新创建的文件。

来一张图看看文件描述符是怎么管理文件的：
这里写图片描述

如果我们关闭了文件描述符1呢？来看一段代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>

int main()
{
    close(1);
    int fd=open("file",O_CREAT|O_WRONLY,0644);
    if(fd<0)
    {
        perror("open");
        exit(1);
    }
    printf("fd=%d\n",fd);
    fflush(stdout);

    close(fd);
    exit(0);
}

来看看运行结果：
这里写图片描述

我们可以看到运行程序之后，多了一个我们创建的文件file，用cat命令查看文件的内容，发现本该输出到屏幕上的语句却写到了打开的文件里，而且文件描述符是1

FILE结构体

c语言的stdio.h头文件中，定义了用于文件操作的结构体FILE。因此我们通过fopen返回一个文件指针（指向FILE结构体的指针）来进行文件操作。文件指针指向进程的用户空间中的FILE结构体。
可以在stdio.h(位于visual studio安装目录下的include文件夹下)头文件中查看FILE结构体的定义，如下：
FILE结构体中最重要的两个成员变量是：文件描述符和缓冲区的大小

//C语言文件指针域文件描述符之间可以相互转换
int fileno(FILE * stream)
FILE * fdopen(int fd, const char * mode)

struct _iobuf {
    char *_ptr;          //文件输出的下一个位置
    int   _cnt;          //当前缓冲区的相对位置
    char *_base;         //缓冲区基址
    int   _flag;         //文件标志
    int   _file;         //文件描述符
    int   _charbuf;      //检查缓冲区状况，若无缓冲区则不读取
    int   _bufsiz;       //缓冲区大小
    char *_tmpfname;     //临时文件名 
};
typedef struct _iobuf FILE;