FILE 指针

FILE 是一个结构体数据类型，它包含了标准 I/O 库函数为管理文件所需要的所有信息，包括用于实际I/O 的文件描述符、指向文件缓冲区的指针、缓冲区的长度、当前缓冲区中的字节数以及出错标志等。FILE数据结构定义在标准 I/O 库函数头文件 stdio.h 中。

typedef struct _iobuf {
    char *_ptr;       // 当前读写位置
    int _cnt;         // 当前缓冲区剩余字节数
    char *_base;      // 缓冲区基址
    int _flag;        // 标志位
    int _file;        // 文件描述符
    int _charbuf;     // 字符缓冲区标志
    int _bufsiz;      // 缓冲区大小
    char *_tmpbuf;    // 临时缓冲区
    int _status;      // 文件状态
} FILE;

标准输入、标准输出和标准错误

/* Standard streams. */
extern struct _IO_FILE *stdin; /* Standard input stream. */
extern struct _IO_FILE *stdout; /* Standard output stream. */
extern struct _IO_FILE *stderr; /* Standard error output stream. */

/* C89/C99 say they're macros. Make them happy. */
#define stdin stdin
#define stdout stdout
#define stderr stderr

检查或复位状态

调用 fread()读取数据时，如果返回值小于参数 nmemb 所指定的值，表示发生了错误或者已经到了文件末尾（文件结束 end-of-file），但 fread()无法具体确定是哪一种情况；在这种情况下，可以通过判断错误标志或 end-of-file 标志来确定具体的情况。

I/O 缓冲

1 文件 I/O 的内核缓冲
read()和 write()系统调用在进行文件读写操作的时候并不会直接访问磁盘设备，而是仅仅在用户空间缓冲区和内核缓冲区（kernel buffer cache）之间复制数据。与此同理，对于读文件而言亦是如此。

2 刷新文件 I/O 的内核缓冲区
联系到一个实际的使用场景，当我们在 Ubuntu 系统下拷贝文件到 U 盘时，文件拷贝完成之后，通常在拔掉 U 盘之前，需要执行 sync 命令进行同步操作，这个同步操作其实就是将文件 I/O 内核缓冲区中的数据更新到 U 盘硬件设备，所以如果在没有执行 sync 命令时拔掉 U 盘，很可能就会导致拷贝到 U 盘中的文件遭到破坏！

1. 内容数据（Content Data）
定义：内容数据是指文件或数据对象中实际存储的信息，通常是用户生成或使用的数据。它包含了文件的主要内容。
示例：
文本文件中的文本内容。
图像文件中的像素数据。
数据库中的实际记录或条目。
特点：
直接影响用户的操作和应用的功能。
可能会频繁变化，例如文本文件中的内容或数据库中的记录。
2. 元数据（Metadata）
定义：元数据是描述内容数据的信息。它提供了关于数据的结构、管理和使用的背景信息，而不是数据本身。
示例：
文件的创建时间、修改时间和访问时间。
文件的大小、类型和权限（例如，读、写权限）。
数据库中表的列名、数据类型和约束条件。
特点：
主要用于管理、组织和检索内容数据。
通常较少变化，通常在文件或数据对象创建时设置，并在某些情况下更新（例如，文件的修改时间）。

控制文件 I/O 内核缓冲的标志

1、O_DSYNC 标志
在调用 open()函数时，指定 O_DSYNC 标志，其效果类似于在每个 write()调用之后调用fdatasync()函数进行数据同步。譬如：
fd = open(filepath, O_WRONLY | O_DSYNC);
2、O_SYNC 标志
在调用 open()函数时，指定 O_SYNC 标志，使得每个 write()调用都会自动将文件内容数据和元数据刷新到磁盘设备中，其效果类似于在每个 write()调用之后调用 fsync()函数进行数据同步，譬如：
fd = open(filepath, O_WRONLY | O_SYNC);

直接 I/O：绕过内核缓冲

从 Linux 内核 2.4 版本开始，Linux 允许应用程序在执行文件 I/O 操作时绕过内核缓冲区，从用户空间直接将数据传递到文件或磁盘设备，把这种操作也称为直接 I/O（direct I/O）或裸 I/O（raw I/O）。
直接 I/O 的对齐限制
⚫ 应用程序中用于存放数据的缓冲区，其内存起始地址必须以块大小的整数倍进行对齐；
⚫ 写文件时，文件的位置偏移量必须是块大小的整数倍；
⚫ 写入到文件的数据大小必须是块大小的整数倍。

stdio 缓冲

文件 I/O 内核缓冲，这是由内核维护的缓冲区，而标准 I/O 所维护的 stdio 缓冲是用户空间的缓冲区，当应用程序中通过标准 I/O 操作磁盘文件时，为了减少调用系统调用的次数，标准 I/O 函数会将用户写入或读取文件的数据缓存在 stdio 缓冲区，然后再一次性将 stdio 缓冲区中缓存的数据通过调用系统调用 I/O（文件 I/O）写入到文件 I/O 内核缓冲区或者拷贝到应用程序的 buf 中。
stdio 缓冲类型

1. 无缓冲（Unbuffered）
   定义：每次 I/O 操作都直接与操作系统进行交互，没有使用任何缓冲区。
2. 行缓冲（Line Buffered）
   定义：数据在缓冲区中以行的形式存储，当遇到换行符 (\n) 时，缓冲区的数据会被写入到目标设备。
3. 全缓冲（Fully Buffered）
   定义：数据在缓冲区中以块的形式存储，只有当缓冲区满时，才会将数据写入目标设备。

刷新 stdio 缓冲区
无论我们采取何种缓冲模式，在任何时候都可以使用库函数 fflush()来强制刷新（将输出到 stdio 缓冲区
中的数据写入到内核缓冲区）

关闭文件时刷新 stdio 缓冲区

程序退出时刷新 stdio 缓冲区。但是，与程序退出方式有关，如果使用 exit()、return 或像上述示例代码一样不显式调用相关函数或执行 return 语句来结束程序，这些情况下程序终止时会自动刷新 stdio 缓冲区；如果使用_exit 或_Exit()终止程序则不会刷新