为什么无法替换标准输出(stdout)？

Question

出于教育目的，我正在尝试替换标准流stdout、stdin和stderr。我首先查找了流的数据类型，发现其追溯到具有以下成员（gdb ptype _IO_FILE）的struct _IO_FILE：

type = struct _IO_FILE {
    int _flags;
    char *_IO_read_ptr;
    char *_IO_read_end;
    char *_IO_read_base;
    char *_IO_write_base;
    char *_IO_write_ptr;
    char *_IO_write_end;
    char *_IO_buf_base;
    char *_IO_buf_end;
    char *_IO_save_base;
    char *_IO_backup_base;
    char *_IO_save_end;
    struct _IO_marker *_markers;
    struct _IO_FILE *_chain;
    int _fileno;
    int _flags2;
    __off_t _old_offset;
    short unsigned int _cur_column;
    signed char _vtable_offset;
    char _shortbuf[1];
    _IO_lock_t *_lock;
    __off64_t _offset;
    void *__pad1;
    void *__pad2;
    void *__pad3;
    void *__pad4;
    size_t __pad5;
    int _mode;
    char _unused2[20];
}

然后我尝试复制stdout指针的内存内容：

_IO_FILE f1 = {._flags = -72540028, ._offset = -1, ._old_offset = -1, ._fileno = 1, ._chain = stdin, ._lock = stdout->_lock, .__pad2 = stdout->__pad2 };
_IO_FILE *f2 = stdout;
_IO_FILE *f3 = malloc(sizeof(_IO_FILE));
memcpy(f3, stdout, sizeof(_IO_FILE));

fprintf(&f1, "f1\n"); // doesn't work 
fprintf(f2, "f2\n"); // works
fprintf(f3, "f3\n"); // doesn't work

然而，只有指针赋值不会崩溃。通过gdb比较内存内容，所有内容共享相同的结构成员内容。

尽管这个问题可能与平台相关：fprintf和其他库函数是否只比较标准流的指针？

编辑：我怀疑这是一个实现或平台相关的问题，并且由于所有的意见都表明这是一个问题，我接受了提出问题可能原因的答案。

编辑2：为了缩小问题范围：我正在使用版本为12.04的64位ubuntu和EGLIBC版本为2.15。

- box

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这完全取决于具体实现。要找到答案，您应该检查您的实现源代码（这本质上也是其他人为回答这个问题所必须做的事情...）。 - Oliver Charlesworth

@OliCharlesworth 但是有人可以通过说明需要检查什么以及在哪里搜索来提供帮助，就像你所做的那样。这已经是答案了。这不是关闭的原因。 - Gangnus

在Linux设备上进行了调查。成功地停止了分段错误。看起来stdout结构保持了锁定状态。仅复制该结构是不够的。请参见第43行：http://searchcode.com/codesearch/view/18356174 - Ben Crowhurst

我个人不喜欢在问题还没有得到解决的时候就将其暂停。 - Ben Crowhurst

@Corvusoft：“挂起”不是由任何一个人决定的，需要5个个人投票。此外，整个意义在于，如果问题得到改进，那么它可以被重新打开。 - Oliver Charlesworth

我试图通过命名实现来改进问题，以便更好地得到答案。然而，问题仍然被暂停了。请问我还需要改进问题的哪个部分？ - box

Answer 1

根据Corvus的评论，在Linus系统中，锁与流相关联，因此复制FILE数据结构会干扰锁语义。

（我建议不要立即接受此答案，以便给Corvus时间输入答案。）

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旧假设：

我怀疑在你的C实现中，FILE对象的位置被用作其含义的一部分。例如，可能有一个它们的数组，并且从指向该数组第一个元素的指针中减去指向FILE对象的指针以找到其在数组中的索引。然后，这个索引被用作系统调用（如write）中的文件号。

当你分配新空间时，它不在这个数组中，指针算术运算会得出错误的结果。

- Eric Postpischil