文件描述符和文件指针的区别

本文深入探讨了Linux系统中的文件描述符概念,解释了其作为文件引用的索引角色,以及与之相关的标准输入、输出和错误。同时,文章对比了文件描述符与C语言中的文件指针的区别,包括它们的生成、操作和转换方法。

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1.什么是文件描述符?


文件描述符是计算机科学中的一个术语,是一个用于表述只想文件的引用的抽象化概念。

在linux当中,每个进程会在进程控制块(PCB)当中保存着一份文件描述符表,文件描述符就是这个表的索引,每个表都有一个指向已经打开文件的指针。

每个linux进程都应该有三个标准的文件描述符,对应三个标准流。

整数值名称(unistd.h)符号常量(stdio.h)文件流
0Standard inputSTDIN_FILENOstdin
1Standard outputSTDOUT_FILENOstdout
2Standard errorSTDERR_FILENOstderr

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。

正因为对于linux来说,一切皆是文件的思想,所以,文件描述符为该系列平台上进行设备相关的变成实际上提供了统一的方法。

注意:
文件描述符只有在linux下记为0,1,2,在其他系统是不一样的,例如在windows系统下,文件描述符和信号量、互斥锁等内核对象一样都记作HANDLE。所以文件描述符的概念只在Linux和UNIX系统上可以用来使用。

与文件描述符相关的操作:

功能操作
文件描述符生成open()、socket()、pipe()等
与单一文件描述符相关的操作read()、write()、send()、fchmod()等
与复数文件描述符相关的操作select()、poll()等
与文件描述符表相关度的操作close()、dup()等

2.文件指针


文件指针是C语言当中我们所学习的东西,C语言当中用一个指针变量指向一个文件,这个指针就被称为文件指针。通过文件指针我们可以对所指的文件进行各种的操作。C语言当中使用的是文件指针而不是文件描述符做为I/O的句柄。文件指针指向进程用户区中的一个被称为FILE结构的数据结构。FILE结构包含一个缓冲区和一个文件描述符。

文件指针式C语言的通用的格式,所以相对来说,更加便于移植。

我们通常来获取文件指针:

FILE * fp=fopen("test.txt","r");
  • 1

获取到指针以后,我们就可以获得指针当中文件描述符的信息。

文件描述符是唯一的,但是文件指针不是唯一的,文件指针指向的对象是唯一的。

3.文件描述符和文件指针的转换

int fileno(FILE *stream);
FILE *fdopen(int fd, const char *mode);
  • 1
  • 2

fdopen第一个参数是一个打开的文件描述符,mode是表示打开方式的字符串,和fopen相同,比如说“w”或者“r”。

fileno函数,它返回和文件流对应的文件描述符,失败返回-1。

### 文件描述符文件指针区别与联系 #### 一、基本概念 文件描述符(File Descriptor, FD)是一个非负整数,由操作系统分配给每个打开的文件或设备。它是进程文件描述符中的索引,用于标识当前进程中已打开的文件资源[^2]。 文件指针(`FILE *`)则是 C/C++ 编程语言中的一种数据结构,通常用于高级 I/O 操作。它封装了底层的文件描述符以及其他元信息(如缓冲区状态),提供了更友好的接口供开发者使用[^5]。 --- #### 二、主要区别 1. **层次不同** - 文件描述符属于操作系统层面的概念,直接对应于内核维护的文件对象。 - 文件指针则位于应用层,是对文件描述符的一次封装,便于程序员进行更高层次的操作[^4]。 2. **功能范围** - 文件描述符仅支持低级操作,例如 `read()`、`write()`、`close()` 等系统调用。 - 文件指针除了能够完成类似的读写操作外,还额外支持格式化输入输出(如 `fprintf()`、`fscanf()`)、错误处理机制以及自动缓冲管理等功能[^5]。 3. **实现方式** - 文件描述符本质上只是一个整数值,在 Linux 或其他类 Unix 系统下代表某个特定的文件或者网络连接等资源。 - 而 FILE 结构体内部包含了指向实际文件描述符的字段(比如 `_fileno` 成员变量)。这意味着可以通过访问该成员获取到关联的基础文件描述符[^5]。 4. **跨平台特性** - 使用文件描述符编写程序具有良好的可移植性,因为几乎所有现代操作系统都遵循 POSIX 标准实现了统一 API 集合。 - 对应地,尽管标准库定义了一致的行为模式,但由于具体实现细节可能有所差异,因此基于文件流开发的应用可能会遇到兼容性问题[^3]。 --- #### 三、两者之间的关系 虽然它们分属不同的抽象级别,但在某些情况下可以互相转换: - 在 C 库函数的帮助下,可以从现有的文件流创建一个新的独立副本并获得相应的新文件描述符;反之亦然——利用 fdopen 函数可以把原始裸露出来的数字型句柄重新包装成易于使用的 stream object 形式[^5]。 下面展示一段简单的例子说明如何在这两种形式之间切换: ```c #include <stdio.h> #include <unistd.h> int main() { int fd = fileno(stdin); // 获取 stdin 的文件描述符 printf("Standard Input File Descriptor: %d\n", fd); FILE* fp = fdopen(1, "w"); // 将 stdout (file descriptor '1') 转换回 file pointer fprintf(fp, "This is written via a FILE pointer.\n"); fclose(fp); return 0; } ``` 此代码片段先是从预设的标准输入流提取出它的基础编号表示法即文件描述符,接着又演示怎样把另一个方向上的标准化输出端口映射回去形成新的高级别 IO 接口实例。 --- ### 总结 综上所述,文件描述符文件指针各有优劣之处:前者更加贴近硬件本质且效率较高但灵活性较差;后者虽牺牲了一些性能却极大地简化了复杂场景下的编码工作量并且增强了安全性保障措施。根据项目需求合理选用合适的工具才是最重要的原则之一。
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