Linux文件系列: 深入理解缓冲区和C标准库的简单模拟实现

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
 
// 简化的FILE结构体，仅包含实现缓冲区的必要字段
typedef struct {
    char* buffer;        // 缓冲区指针
    size_t buffer_size;  // 缓冲区总大小
    size_t curr_size;    // 缓冲区当前已使用大小
    size_t curr_pos;     // 缓冲区当前读写位置
} simple_FILE;
 
// 打开文件，这里简化为创建缓冲区
simple_FILE* simple_fopen(const char* filename, const char* mode) {
    simple_FILE* file = (simple_FILE*)malloc(sizeof(simple_FILE));
    if (file == NULL) return NULL;
    file->buffer = (char*)malloc(100);  // 假设分配100字节大小的缓冲区
    file->buffer_size = 100;
    file->curr_size = 0;
    file->curr_pos = 0;
    return file;
}
 
// 关闭文件，释放缓冲区
int simple_fclose(simple_FILE* file) {
    if (file == NULL) return -1;
    free(file->buffer);
    free(file);
    return 0;
}
 
// 读取字符，假设实现
int simple_fgetc(simple_FILE* file) {
    if (file == NULL || file->curr_pos >= file->curr_size) return EOF;
    return (int)file->buffer[file->curr_pos++];
}
 
// 写入字符，假设实现
int simple_fputc(int c, simple_FILE* file) {
    if (file == NULL) return EOF;
    if (file->curr_size >= file->buffer_size) {
        // 扩展缓冲区的实现
        char* new_buffer = (char*)realloc(file->buffer, file->buffer_size * 2);
        if (new_buffer == NULL) return EOF;
        file->buffer = new_buffer;
        file->buffer_size *= 2;
    }
    file->buffer[file->curr_pos++] = (char)c;
    file->curr_size = file->curr_pos;
    return c;
}
 
// 示例使用
int main() {
    simple_FILE* file = simple_fopen("example", "r+");
    if (file == NULL) {
        printf("Failed to open file\n");
        return 1;
    }
 
    int c;
    while ((c = simple_fgetc(file)) != EOF) {
        simple_fputc(c, file);
    }
 
    simple_fclose(file);
    return 0;
}

这个代码示例提供了一个简化版本的文件系统，包括打开文件、关闭文件、读取字符和写入字符的功能。它演示了如何使用C语言标准库中的内存管理函数（如malloc、realloc和free）来管理缓冲区。虽然这不是完整的实现，但它为理解文件系统和缓冲机制提供了一个清晰的视图。