FILE对象指针(流)和文件描述符相互转换

有时候用open系统调用打开一个文件, 返回一个文件描述符(fd), 然后我们可用用read, write等可以操作文件描述符的API操作这个fd. 但是后面你可能会碰到需要用到这个文件的FILE对象指针的API, 如fwrite, fprintf等, 这时候如果不方便对这个文件关闭后再用库函数fopen打开这个文件以得到FILE对象指针, 那么怎么可以在不关闭fd的情况下得到该文件的FILE对象指针呢? 这时候用fdopen库函数即可,
FILE *file = fdopen(fd, "w");
反之也可从打开的FILE对象指针得到文件描述符,
int fd = fileno(file);

所有的系统调用IO函数都是围绕文件描述符的. 当打开一个文件时, 即返回一个文件描述符, 然后该文件描述符就可以用于后续的IO操作. 而对于标准IO库函数, 他们的操作是围绕流(stream)进行的, 当用标准I/O库打开或者创建一个文件时, 我们已使一个流和一个文件关联. 标准I/O库函数最终都要调用系统调用I/O, 每个标准I/O流都有一个与其相关联的文件描述符, 可以在不关闭文件的情况下取得对应的流或者文件描述符.
打开FILE对象相关的函数,

fopen, fdopen, freopen - stream open functions

#include <stdio.h>
FILE *fopen(const char *pathname, const char *mode);
FILE *fdopen(int fd, const char *mode);
FILE *freopen(const char *pathname, const char *mode, FILE *stream);

fopen 打开一个流
fdopen 从一个打开的文件描述符中获取一个流
freopen把一个新的文件名 filename 与给定的打开的流 stream 关联，同时关闭流中的旧文件, 多用于重定向.

当打开一个流时, 返回的FILE对象的指针, 它包含标准I/O库为管理流需要的所有信息, 包括用于实际I/O的文件描述符, 指向用于该流缓冲区的指针, 缓冲区的长度, 当前缓冲区中字符数以及出错标志等.

为了方便理解, 这里贴出glibc-2.27的FILE结构体:

struct _IO_FILE 
{
    int _flags;           /* High-order word is _IO_MAGIC; rest is flags. */
#define _IO_file_flags _flags

    /* The following pointers correspond to the C++ streambuf protocol. */
    /* Note:  Tk uses the _IO_read_ptr and _IO_read_end fields directly. */
    char* _IO_read_ptr;   /* Current read pointer */
    char* _IO_read_end;   /* End of get area. */
    char* _IO_read_base;  /* Start of putback+get area. */
    char* _IO_write_base; /* Start of put area. */
    char* _IO_write_ptr;  /* Current put pointer. */
    char* _IO_write_end;  /* End of put area. */
    char* _IO_buf_base;   /* Start of reserve area. */
    char* _IO_buf_end;    /* End of reserve area. */
    /* The following fields are used to support backing up and undo. */
    char *_IO_save_base; /* Pointer to start of non-current get area. */
    char *_IO_backup_base;  /* Pointer to first valid character of backup area */
    char *_IO_save_end; /* Pointer to end of non-current get area. */

    struct _IO_marker *_markers;

    struct _IO_FILE *_chain;

    int _fileno;
#if 0
    int _blksize;
#else
    int _flags2;
#endif
    _IO_off_t _old_offset; /* This used to be _offset but it's too small.  */

#define __HAVE_COLUMN /* temporary */
    /* 1+column number of pbase(); 0 is unknown. */
    unsigned short _cur_column;
    signed char _vtable_offset;
    char _shortbuf[1];

    /*  char* _save_gptr;  char* _save_egptr; */

    _IO_lock_t *_lock;
#ifdef _IO_USE_OLD_IO_FILE
};

struct _IO_FILE_complete
{
    struct _IO_FILE _file;
#endif
#if defined _G_IO_IO_FILE_VERSION && _G_IO_IO_FILE_VERSION == 0x20001
    _IO_off64_t _offset;
# if defined _LIBC || defined _GLIBCPP_USE_WCHAR_T
    /* Wide character stream stuff.  */
    struct _IO_codecvt *_codecvt;
    struct _IO_wide_data *_wide_data;
    struct _IO_FILE *_freeres_list;
    void *_freeres_buf;
# else
    void *__pad1;
    void *__pad2;
    void *__pad3;
    void *__pad4;
# endif
    size_t __pad5;
    int _mode;
    /* Make sure we don't get into trouble again.  */
    char _unused2[15 * sizeof (int) - 4 * sizeof (void *) - sizeof (size_t)];
#endif
};