面试题：C语言IO流缓冲区与文件指针移动

Question

在C语言文件操作中，结合IO流缓冲区机制，说明当使用 `fseek` 函数移动文件指针后，缓冲区的状态会发生什么变化？假设有一个文本文件 `text.txt`，内容为 `abcdefg`，代码如下： ```c #include <stdio.h> int main() { FILE *file = fopen("text.txt", "r+"); char buffer[10]; fread(buffer, 1, 3, file); fseek(file, 2, SEEK_CUR); fwrite("xyz", 1, 3, file); fclose(file); return 0; } ``` 分析这个过程中缓冲区的读、写操作以及文件内容最终的变化情况。

Answer 1

1. IO流缓冲区机制：
   • 在C语言的文件操作中，IO流缓冲区用于暂存数据，减少对物理文件的直接读写次数，提高效率。当进行读操作时，数据会从文件读取到缓冲区，再从缓冲区读取到程序变量中；写操作则相反，数据先写入缓冲区，当缓冲区满、调用 fflush 函数或关闭文件时，缓冲区的数据才会写入物理文件。
2. fseek函数对缓冲区的影响：
   • 当调用 fseek 函数移动文件指针时，如果缓冲区中有未处理的数据（对于读操作，缓冲区可能有未读完的数据；对于写操作，缓冲区可能有未写入文件的数据），情况如下：
     • 对于读操作缓冲区：fseek 函数会清空读操作缓冲区。因为文件指针移动后，原缓冲区中的数据可能与新位置的数据不相关了，需要重新从文件读取数据到缓冲区。
     • 对于写操作缓冲区：如果缓冲区中有数据，fseek 函数会先将写操作缓冲区中的数据写入文件，然后清空写操作缓冲区。这是为了确保文件指针移动后，新位置的数据操作是基于文件中已有的正确内容，而不是受之前未写入文件的缓冲区数据影响。
3. 代码分析：
   • 初始状态：打开文件 text.txt，内容为 abcdefg，以 r+ 模式打开，即可读可写。
   • 读操作：
     • fread(buffer, 1, 3, file); 从文件读取3个字符 abc 到 buffer 数组中。此时，读操作缓冲区中存放了这3个字符（假设缓冲区已经从文件读取了数据）。
   • 文件指针移动：
     • fseek(file, 2, SEEK_CUR); 从当前位置（读完 abc 后，文件指针指向 d）向后移动2个字节，此时文件指针指向 f。由于是读操作后移动文件指针，读操作缓冲区被清空。
   • 写操作：
     • fwrite("xyz", 1, 3, file); 将字符串 xyz 写入文件。此时，数据先写入写操作缓冲区。由于写操作缓冲区未满，数据不会立即写入物理文件。
   • 关闭文件：
     • fclose(file); 关闭文件时，会将写操作缓冲区中的数据 xyz 写入物理文件。
4. 文件内容最终变化情况：
   • 文件原内容 abcdefg，经过上述操作后，最终内容变为 abcxzyg。原因是读了 abc 后，文件指针移动到 f 位置，写入 xyz，xyz 覆盖了 def 的前3个字符，即 def 变为 xzy，后面的 g 保持不变。

综上所述，在这个过程中，读操作先填充读缓冲区，fseek 清空读缓冲区，写操作填充写缓冲区，关闭文件时写缓冲区数据写入文件，最终文件内容变为 abcxzyg。