未调用fclose关闭文件时append追加模式为何出现逆序写入？

架构老林

2026-8-27

问题现象

在Ubuntu环境下运行如下C++代码时，遗漏fclose()调用会导致文件写入顺序和预期不符：

#include <fstream>

void append(std::string path, int i){
   FILE *out = fopen(&path[0], "a");
   fprintf(out, "%d\n", i);
   //fclose(out);
}

int main(){
   for(int i=0; i<3; i++) append("./text.txt",i);
   return 0;
}

预期输出（追加模式按调用顺序写入）：

0
1
2

实际输出（未调用fclose时）：

2
1
0

补上fclose(out)调用后写入顺序即可恢复正常。

产生机制

这个现象是C标准IO缓冲、进程退出流清理逻辑、O_APPEND打开语义三者共同作用的结果：

C标准IO的默认缓冲规则
对普通磁盘文件，fopen()返回的FILE*流默认采用块缓冲：调用fprintf()写入的内容不会立刻触发系统调用写入磁盘，而是先存放在C库为该流分配的用户态内存缓冲区中，只有缓冲区满、主动调用fflush()/fclose()、或进程退出执行流清理时，缓冲区中的内容才会被真正提交给内核写入文件。
泄漏的流不会立刻触发写入
代码每次调用append()都会以追加模式独立打开同一个文件，拿到一个全新的FILE*流，写入对应数字后既不关闭也不冲刷缓冲区，直接返回导致流指针丢失，形成资源泄漏：
- i=0时打开的流，缓冲区存着"0\n"
- i=1时打开的流，缓冲区存着"1\n"
- i=2时打开的流，缓冲区存着"2\n"
  三次fopen对应三个独立的流、三个独立的用户态缓冲区，在main函数返回前，没有任何一次写入真正进入内核。
进程退出时的流冲刷顺序
进程从main返回后，glibc会执行退出清理逻辑，遍历所有仍处于打开状态的FILE*流，逐个冲刷缓冲区、关闭文件。在当前Ubuntu使用的glibc实现中，流按打开顺序逆序被冲刷：
- 最先冲刷最后打开的、存放"2\n"的流：触发write()系统调用，由于文件以O_APPEND模式打开，write前会原子性定位到文件末尾（此时文件为空），写入"2\n"
- 其次冲刷i=1时打开的、存放"1\n"的流：同样触发write，定位到当前文件末尾（已经有"2\n"），写入"1\n"
- 最后冲刷i=0时打开的、存放"0\n"的流：write到文件末尾，写入"0\n"
  最终文件内容就呈现为逆序的2\n1\n0\n。
添加fclose后恢复正常的原因
每次调用fclose()时，会立刻先冲刷当前流的缓冲区，触发write系统调用把内容写入磁盘。三次append按i=0、1、2的顺序执行，fclose的顺序也对应0、1、2，每次写入都追加到当时的文件末尾，自然得到预期的正序内容。

注意：这个逆序结果是glibc特定实现下的表现，不属于C/C++标准规定的行为，泄漏FILE*指针本身属于未定义行为，换不同C库、不同操作系统可能出现完全不同的结果，生产环境绝对不能遗漏文件关闭操作。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者sicheng mao