同一文件混合调用fgetc、ungetc与fputc时出错的原因排查

问题重现 #

测试代码 #

#include <stdio.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    FILE *fp;
    int c;

    fp = fopen("filetest.txt", "r+");

    int fno = fileno(fp);


    /* 读取并打印第一个字符'1' */
    if((c = fgetc(fp)) == EOF){
        printf("fgetc(): error\n");
    }else{
        printf("%c\n", c);
    }

    /* 读取第二个字符'2' */
    if((c = fgetc(fp)) == EOF){
        printf("fgetc(): error\n");
    }

    /* 在第三个位置写入字符'X' */
    if((fputc('X', fp)) == EOF){
        printf("fputc(): error\n");
    }


    /* -- 问题代码段 --- */
    /* 把字符'2'退回输入流 */
    if (ungetc(c, fp) == EOF){
        printf("ungetc(): error\n");
    }

    /* 再次读取并打印'2' */
    if((c = fgetc(fp)) == EOF){
        printf("fgetc(): error\n");
    }else{
        printf("%c\n", c);
    }
    /* -- 问题代码段结束 --- */


    /* 读取第四个字符'4' */
    if((c = fgetc(fp)) == EOF){
        printf("fgetc(): error\n");
    }else{
        printf("%c\n", c);
    }

    if (fclose(fp) != 0){
        printf("fclose(): error\n");
    }

}

测试文件内容 #

filetest.txt初始内容：

12345

预期输出 #

1
2
4

实际输出 #

1
2
fgetc(): error
fclose(): error

对比现象 #

移除标注为“问题代码段”的部分后，输出恢复正常：

1
4

错误原因 #

核心问题在于标准IO流的读写切换规则：
当以r+（读写模式）打开文件时，从读操作切换到写操作，或者从写操作切换到读操作，必须满足以下条件之一，否则行为是未定义的：

• 插入fflush()调用刷新输出缓冲区
• 调用fseek()、fsetpos()或rewind()调整文件位置指针（哪怕只是定位到当前位置）

你的代码执行流程中：

1. 先执行两次fgetc（读操作），文件指针停在原字符'3'的位置
2. 调用fputc写入'X'，完成写操作，此时流处于写状态
3. 直接调用ungetc（属于读操作范畴，用于把字符退回输入流供后续读操作获取），没有做任何流同步/定位操作，违反了读写切换规则，触发未定义行为
4. 后续的fgetc和fclose都会因为流的状态异常而失败

修复方案 #

在fputc之后、ungetc之前，插入一个流同步操作，比如调用fseek定位到当前位置（不改变指针位置，仅触发流状态切换）：

/* 在fputc之后添加 */
fseek(fp, 0, SEEK_CUR);

或者调用fflush刷新输出缓冲区：

fflush(fp);

这样就能合法地从写操作切换回读操作，ungetc和后续的fgetc都能正常工作。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者MrIo