C fopen与open的区别

Question

除了语法上的原因，你还想使用它的任何理由吗？

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

或者

FILE *fopen(const char *path, const char *mode);

代替

int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);

在Linux环境下使用C语言时需要注意什么？

- LJM

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你是指 fdopen 和 open 还是 fopen 和 open？ - user7116

fopen是标准C库的一部分，而open则不是。编写可移植代码时应使用fopen。 - Aziz

是的，我指的是fopen。我刚刚更新了它，但我认为同样的原则适用。 - LJM

@Aziz，“open”是一个POSIX函数。 - dreamlax

fopen也使用open函数：FILE* fopen(const char* file, const char* mode) {... int fd = open(file, mode_flags, DEFFILEMODE);...FILE* fp = __fopen(fd, flags);...return fp;} 这里的__fopen函数使用__sfp()来创建一个FILE对象，并将fd放入其中。顺便问一下，__sfp()在哪里？ - jw_

Answer 1

其中，fdopen与其他函数不同。如果您先调用了open，然后想要一个FILE *时，可以使用fdopen。如果有选择的话，这样做没有意义，而是直接调用fopen。可能有一些情况下，fopen无法完全满足您的需求，但它们超出了本问题的范围。

因此，我们假装fdopen不存在，并继续提出问题。

使用fopen而不是open有四个主要原因。

1. fopen 提供了缓冲IO，可能比你使用 open 更快。
2. fopen 如果文件没有以二进制模式打开，会进行换行符转换，这在将来将程序移植到非Unix环境时非常有帮助（尽管世界似乎正在趋于仅支持LF的环境，除了IETF的文本协议如SMTP和HTTP等）。
3. FILE * 让你能够使用 fscanf 和其他stdio函数。
4. 你的代码将来可能需要移植到某些只支持ANSI C而不支持 open 函数的平台。

在我看来（并根据我的经验），换行符转换更多时候会妨碍你而不是帮助你，而 fscanf 的解析功能很弱，你最终会选择放弃它，转而使用更实用的方法。

大多数支持C语言的平台都有一个 open 函数。

那就剩下缓冲问题了。在主要顺序读写文件的地方，缓冲支持确实非常有帮助，可以大幅提高速度。但它可能导致一些有趣的问题，即数据没有按预期出现在文件中。你必须记住在适当的时候使用fclose或fflush。

如果你正在进行查找（也称为fsetpos或fseek，后者稍微难以以符合标准的方式使用），缓冲的有用性会迅速降低。

当然，我的偏见是我经常与套接字一起工作，在那里你真的希望进行非阻塞IO（而FILE *在任何合理的方式上都无法支持）而且通常有复杂的解析要求，这确实影响了我的看法。

- Omnifarious

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我不会质疑你的经历，但我很想听听你详细阐述一下。你认为内置缓冲对哪些应用程序造成了影响？具体问题是什么？ - Emil H

当缓冲妨碍操作时需要澄清。当您使用“seek”时，会发生这种情况。随后使用任何命令（如“fgets”，“fgetc”，“fscanf”，“fread”）进行读取，都将始终读取缓冲区的整个大小（4K、8K或您设置的其他大小）。通过使用直接I/O，可以避免这种情况。在这种情况下，最好使用“pread”而不是“seek/read”对（1次系统调用而不是2次）。 - Patrick Schlüter

处理中断的read()和write()调用是使用libc函数族的方便第五个原因。 - nccc

@m-ric: 嗯，这是一个有点无关的问题，但是是的。所有支持 ioctl 的平台也支持 fileno 调用，它接受一个 FILE * 并返回一个数字，该数字可以用于 ioctl 调用。不过要小心。与 ioctl 更改底层文件描述符相关的 FILE * 相关调用可能会产生意外的交互作用。 - Omnifarious

我拥有一个地图渲染库（CartoType），它具有自己的缓冲功能。我尝试从高级到低级io（从fopen到open等）进行实验，并在之前和之后对性能进行了基准测试。低级io更好，但只有3％的提升。我还没有决定3％的改进是否值得。可能是的，因为我可以封装平台相关的代码。 - Graham Asher

Answer 2

open() 是一种底层的操作系统调用。 fdopen() 可以将操作系统级别的文件描述符转换为C语言中更高级别的FILE抽象。 fopen() 在后台调用了open()，并直接给你一个FILE指针。

使用 FILE 对象而不是原始文件描述符有几个优点，包括更容易使用以及其他技术优势，例如内置缓冲。特别是缓冲通常会带来可观的性能优势。

- Emil H

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使用带缓冲的'f...'版本的open有什么缺点吗？ - LJM

是的，当您已经缓冲数据时，额外的缓冲区会增加不必要的复制和内存开销。 - Michael Aaron Safyan

实际上，还有其他缺点。例如，fopen() 在打开文件时无法提供与创建权限、共享模式等相关的同样高级别的控制。通常，open() 和其变种会提供更多的控制，接近于操作系统实际提供的控制水平。 - Matt Joiner

有时候也会出现极端情况，你需要使用 mmap 将文件映射到内存中，并进行常规 I/O 操作（尽管听起来难以置信，但我们在项目中确实这样做了，而且出于非常好的原因），这时缓冲会成为阻碍。 - Patrick Schlüter

您可能还想使用其他系统函数，例如使用open()通过readahead()将文件预加载到页面缓存中。 我猜经验法则是“除非您绝对需要open()，否则请使用fopen()”，open()实际上可以让您做一些花哨的事情（设置/不设置O_ATIME等）。 - Tomas Pruzina

Answer 3

fopen与open在C语言中的区别

1. fopen是一个库函数，而open是一个系统调用。

2. fopen提供缓冲IO，相比之下open是非缓冲IO，可能更快。

3. fopen是可移植的，而open不是可移植的（open是环境特定的）。

4. fopen返回一个指向FILE结构体（FILE *）的指针，而open返回一个标识文件的整数。

5. FILE *使您能够使用fscanf和其他stdio.h函数。

- Yogeesh H T

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“open”是POSIX标准，因此非常易于移植。 - osvein

fopen() 不是 async-signal-safe（缓冲io都不是），因此它不应该在任何信号处理程序中使用 - 或者在可能被调用的函数中使用，并且如果在使用异步线程的函数中使用，则应该小心。使用 open() 会增加复杂性并且缺少缓冲io... - Simon Sobisch

@osvein 现在已经不太具有可移植性了。在Linux上运行良好，但在Windows上已经被弃用。现在应该使用_open、_close。这只是一个小问题。我想Linux和Windows所需的头文件也不同。我认为如果没有一些“#if OS_LINUX”行，编写可移植代码将会很困难。 - Jiminion

@Jiminion 在Linux上运行良好，但现在在Windows上已被弃用。 微软也相当可笑地“弃用”了fopen()。还有strcpy()。以及C语言中可能一半以上所需的函数。现在应该使用_open、_close。 不，你不是“应该使用”。“微软希望你这样做是因为它不具备可移植性”可能更接近实际情况。 - Andrew Henle

"open"是一个系统调用。唉，我不知道为什么存在这种毫无意义的人工分界。在几乎所有现有的POSIX系统上，“open（）”都是像“fopen（）”一样的库函数。 "open()"库函数通常是围绕"openat"系统调用实现的。即使在没有"openat()"系统调用之前，“open()"也是一个库函数，它包装了"open()"系统调用。"fopen()"只是一个更大的库函数包装器，用于使用"open()"库函数使用相同的系统调用。" - Andrew Henle

@osvein - 安德鲁是对的。这个区别很重要要记住。开放的libc函数是一个封装系统调用的函数。在较新版本的libc中，它实际上封装了openat系统调用。 - Omnifarious

Answer 4

除非你是那0.1%的应用程序之一，使用open确实可以提高性能，否则没有理由不使用fopen。至于fdopen，如果你不涉及文件描述符，就不需要使用这个调用。

坚持使用fopen及其方法族（如fwrite、fread、fprintf等），你会感到非常满意。同样重要的是，其他程序员也会对你的代码感到满意。

- user7116

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我仍然使用 open，因为我不喜欢 const char *mode 而更喜欢 int mode。 - user16217248

Answer 5

如果你有一个FILE *，你可以使用像fscanf、fprintf和fgets等函数。如果你只有文件描述符，你将拥有受限的（但可能更快）输入输出例程：read、write等。

- dreamlax

Answer 6

open()是一个系统调用，仅适用于基于Unix的系统，并返回文件描述符。您可以使用另一个系统调用write()向文件描述符写入内容。
fopen()是一个ANSI C函数调用，返回一个文件指针，可在其他操作系统中使用。我们可以使用fprintf向文件指针写入内容。

在Unix中：
您可以使用以下方法从文件描述符获取文件指针：

fP = fdopen(fD, "a");

您可以使用以下方法从文件指针中获取文件描述符：

fD = fileno (fP);

- Arun Chettoor

Answer 7

使用open、read、write等函数需要担心信号中断的问题。

如果调用被信号处理程序中断，那么这些函数将返回-1并设置errno为EINTR。

因此，正确的关闭文件的方法是

while (retval = close(fd), retval == -1 && ernno == EINTR) ;

- digy

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对于“close”这个操作，这取决于操作系统。在Linux、AIX和其他一些操作系统上，在循环中执行该操作是不正确的。 - strcat

另外，使用 read 和 write 也会遇到同样的问题，即它们在完全处理输入/输出之前可能会被信号中断，程序员必须处理这种情况，而 fread 和 fwrite 则可以很好地处理信号中断。 - Marcelo

我已经看到太多次这种情况，但从未有一个好的理由说明为什么这会成为问题。也许您可以提供一个实际上需要不在信号处理程序中使用“SA_RESTART”而是使系统调用返回“EINTR”的示例？ - user11877195

Answer 8

我在我的应用程序中从fopen()改为使用open()，因为fopen()每次运行fgetc时会导致双重读取。这种双重读取会干扰我想要完成的任务。相比之下，open()似乎只是按照你的要求执行操作。

- Ersatz Splatt

Answer 9

open()函数会在每个fopen()系列函数的结尾处被调用。 open() 是一个系统调用，而 fopen() 则是由库作为包装函数提供给用户使用的。

- theadnangondal

Answer 10

具体要看打开文件需要哪些标志。为了写入和读取（以及可移植性），应该使用f*，正如上面所述。

但是，如果基本上想要指定超出标准标志的内容（例如rw和追加标志），则必须使用特定于平台的API（例如POSIX open）或抽象这些细节的库。C标准没有任何这样的标志。

例如，您可能只想打开一个文件，如果存在的话。如果不指定创建标志，则文件必须存在。如果将独占添加到创建中，则仅在文件不存在时才会创建该文件。还有更多其他标志。

例如，在Linux系统上，通过sysfs公开了LED接口。它通过文件公开了LED的亮度。将数字作为字符串从0-255进行写入或读取。当然，您不希望创建该文件，并且仅在存在时才进行写入。现在很酷的事情是：使用标准调用使用fdopen读/写此文件。

- Ritualmaster