(C) 파일 입출력 실습 — fopen·open 오류 패턴과 임시파일 + rename 안전 저장

파일 입출력 실습 — fopen·open 오류 패턴과 임시파일 + rename 안전 저장

NOTE

C 기초 강의의 파일 I/O 실습(10-01 ~ 10-04)에서 만난 오류 패턴을 정리하고, 이를 응용해 공백 제거 복사 프로그램을 open+fdopen → 반환값 검사 → 임시 파일 + rename 으로 단계적으로 개선한다.

환경은 Linux 컨테이너, gcc -g -O0 -Wall -Wextra.

IMPORTANT

코드는 컨테이너에서 컴파일·실행해 확인했고, 설명은 AI(Claude)와 함께 코드 리뷰하며 정리했다.

TIP

📂 원본 소스 (GitHub)

• 안전 저장(stat 검사 + 임시파일 + rename): fio/fio_ex.c — 본문 5장의 fio_ex_v2가 이 파일이다
• 줄 번호 붙여 저장: fio/fio_ex2.c
• 테스트 입력: fio/sample/src.txt
• 강의 코드 10-01 ~ 10-04: lecture/fio/
• 빌드: make -C c_basic (README)

📌 한눈에 보기

실습	문제	처방
10-01	이미 존재하는 파일을 덮어씀 / 존재 확인 후 열기의 경쟁 상태	fopen(…, "wx") 또는 open(…, O_EXCL)
10-03	rewind는 성공 여부를 알 수 없음, fclose 누락	fseek 반환값 검사, 모든 경로에서 fclose
10-04-a	바이너리로 연 파일에 buf[strlen-1]='\0'	개행 확인 후 제거, 바이너리는 fread+바이트 수
10-04-b	입력이 버퍼보다 길면 마지막 글자를 잘못 지움	개행 위치를 strcspn으로 찾기

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1. 파일 열기 — 10-01

존재 여부를 따로 확인하지 않는다

요약

• 문제: fopen(path, "w")가 기존 파일을 경고 없이 지움 (10-01)
• 원인: 존재 확인 후 열기는 그 사이에 파일이 바뀌는 TOCTOU
• 처방: fopen(path, "wx")(C11) 또는 open(O_WRONLY|O_CREAT|O_EXCL, 0644)로 확인과 생성을 원자적으로
• 결과: 이미 있으면 errno == EEXIST로 실패

상세 보기

fp = fopen(file_name, "w");     // 이미 있으면 내용이 지워진다 (경고 없음)

“파일이 없으면 만들고, 있으면 실패”가 필요하다면 lstat() 등으로 먼저 확인하는 방식은 확인과 열기 사이에 파일이 바뀔 수 있어(TOCTOU) 지양한다. 열기 자체에 원자적 조건을 건다.

fp = fopen(file_name, "wx");               // C11: 이미 있으면 실패, 없으면 생성
if (fp == NULL) {
	if (errno == EEXIST) printf("already file create\n");
	else                 printf("error file create\n");
	return NULL;
}

open()을 직접 쓰면 권한까지 정할 수 있다.

int fd = open(path, O_WRONLY | O_CREAT | O_EXCL, 0644);

TIP

유효한 fopen 모드는 r w a r+ w+ a+와 여기에 붙는 b, x뿐이다. "rw"는 없다. 존재하지 않는 파일에 "r"을 쓰면 NULL이 된다.

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2. 읽고 나서 — 10-03

요약

• 문제: rewind 성공 여부를 알 수 없고 fclose 누락 (10-03)
• 원인: rewind는 반환값이 없음. fgetc 결과를 char로 받으면 EOF와 구분 불가
• 처방: fseek(fp, 0L, SEEK_SET) != 0으로 검사, fgetc는 int로 받기, 모든 경로에서 fclose

상세 보기

int prt_file_content(FILE *fp) {
	int ch;
	while ((ch = fgetc(fp)) != EOF) putchar(ch);
	rewind(fp);                  // 반환값이 없어 실패를 알 수 없다
	return 1;
}
 
int main(void) {
	FILE *fp = fopen("./10-03.txt", "r");
	...
	return 1;                    // fclose 누락 + 정상인데 1 반환
}

• rewind(fp)는 fseek(fp, 0, SEEK_SET)에 에러/EOF 플래그 초기화를 더한 것이다. 성공 여부를 반환하지 않으므로 fseek를 쓴다.
• fgetc의 반환값은 char가 아니라 int 로 받아야 EOF(-1)와 구분된다.
• 열었으면 모든 경로에서 fclose.

if (fseek(fp, 0L, SEEK_SET) != 0) {      // 성공 0, 실패 -1
	perror("fseek");
	return -1;
}

fseek의 반환값은 errno가 아니다

요약

• 문제: ret_val == EBADF || ret_val == EINVAL 조건이 실패를 영원히 못 잡음
• 원인: fseek는 성공 0 / 실패 -1을 반환하고, 원인은 errno에 담김
• 처방: if (ret_val != 0) { perror("fseek"); goto CLEAN; }
• 결과: 파이프 입력으로 실행하면 fseek: Illegal seek가 출력됨

상세 보기

실습 중에 아래처럼 쓴 코드를 발견했다.

ret_val = fseek(src_fp, 0L, SEEK_SET);
if (ret_val == EBADF || ret_val == EINVAL) { ... }   // 반환값과 errno를 혼동

fseek는 성공하면 0, 실패하면 -1 을 반환하고 원인은 errno(EBADF, EINVAL, 파이프라면 ESPIPE)에 담긴다. 위 조건은 반환값이 9나 22일 때만 참이라 실패를 영원히 잡지 못한다.

if (ret_val != 0) { perror("fseek"); goto CLEAN; }

파이프 입력(cat file | ./a.out /dev/stdin …)으로 실행하면 fseek: Illegal seek가 출력되는 것으로 수정이 제대로 동작함을 확인했다.

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3. 줄 끝 처리 — 10-04

요약

• 문제: buf[strlen(buf) - 1] = '\0'가 멀쩡한 글자를 지움 (10-04)
• 원인: 마지막 글자가 개행·길이가 0 아님·텍스트 파일이라는 세 가지 숨은 가정
• 처방: buf[strcspn(buf, "\n")] = '\0', 바이너리는 fread와 읽은 바이트 수
• 결과: 개행이 없었다면 입력이 길어 잘린 것이므로 남은 입력도 처리

상세 보기

fgets(buf, sizeof(buf), fp);
buf[strlen(buf) - 1] = '\0';       // "마지막 글자 = 개행"이라고 가정

이 한 줄에는 세 가지 가정이 숨어 있다.

1. 마지막 글자가 '\n'이라는 가정 — 마지막 줄에 개행이 없거나, 입력이 버퍼보다 길어 중간에 잘린 경우에는 멀쩡한 글자를 지운다.
2. strlen(buf) > 0이라는 가정 — 길이가 0이면 buf[-1](size_t 언더플로)에 쓴다.
3. 바이너리 파일 ("rb") — 데이터 중간에 \0이 있으면 strlen이 읽은 길이와 달라진다. 바이너리는 fgets가 아니라 fread로 읽고 읽은 바이트 수를 따로 관리한다.

buf[strcspn(buf, "\n")] = '\0';    // 개행이 있으면 그 자리, 없으면 끝(\0)에 대입 — 항상 안전

10-04-b(get_name)처럼 사용자 입력을 받는 경우, 입력이 size-1보다 길면 남은 글자가 입력 버퍼에 남는다는 점도 처리해야 한다 (개행이 없었는지로 판단).

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4. 응용 1 — 공백 제거 복사 (fio_ex)

요약

• 문제: 공백·탭·개행을 제거해 복사하는 fio_ex의 6가지 오류
• 원인: O_CREATE 오타, 읽기 파일에 O_EXCL, fgetc(buffer), 버퍼 상한 없음, strlen(buffer), 반환값 무시
• 처방: 버퍼가 차면 쓰고 비우고 계속 읽기, 모은 길이 i만큼 fwrite, 모든 반환값 검사, 정리 구간 한 곳
• 결과: 입력 크기 0·1023·1024·1025·3000바이트 모두 출력 크기 일치

상세 보기

src의 공백·탭·개행을 모두 제거해 dst에 저장하는 프로그램이다.

처음 짠 코드에서 고친 점들은 다음과 같다.

처음 코드	문제	고친 코드
open(src, O_CREATE | O_EXCL)	오타(O_CREAT), 읽을 파일에 O_EXCL, 접근 모드·mode 인자 누락	open(src, O_RDONLY) / open(dst, O_WRONLY|O_CREAT|O_EXCL, 0644)
fgetc(buffer)	FILE*이 아닌 배열을 전달	fgetc(src_fp)
buffer[i] = c에 상한 없음	큰 파일에서 스택 오버플로	꽉 차면 파일에 쓰고 i = 0 후 이어서 읽기
fwrite(buffer, 1, strlen(buffer), …)	널 종료가 없는 버퍼에 strlen	모은 길이 i만큼 fwrite
fdopen·fwrite·fclose 반환값 무시	실패를 모름	모두 검사
에러 경로에서 fd 정리 안 함	fd 누수	정리 구간 한 곳으로

buffer가 가득 차면 쓰고 비우고 계속 읽는 구조라 파일 크기 제한이 없다.

while ((c = fgetc(src_fp)) != EOF) {
	if (c == ' ' || c == '\t' || c == '\n') continue;
 
	if (i >= sizeof(buffer)) {                       // 꽉 차면 파일에 쓰고 비운다
		if (fwrite(buffer, 1, i, dst_fp) != i) goto CLEAN;
		i = 0;
	}
	buffer[i++] = c;
}
if (i > 0 && fwrite(buffer, 1, i, dst_fp) != i) goto CLEAN;   // 남은 만큼

입력 크기 0, 1023, 1024, 1025, 3000바이트 경계 케이스에서 모두 출력 크기가 입력과 일치했다.

TIP

fwrite(ptr, size, nmemb, fp)의 2번째 인자는 원소 하나의 크기, 3번째는 개수다. 반환값은 쓴 원소 개수라서, 바이트 버퍼는 size = 1로 두는 것이 관례다. fwrite(buf, 100, 1, fp)는 50바이트만 써져도 0을 반환해 얼마나 썼는지 알 수 없다.

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5. 응용 2 — 안전하게 저장하기 (fio_ex_v2)

조건을 추가해 다시 만들었다.

1. 인자로 src, dst를 받는다
2. src/dst의 파일 상태를 확인하고, 디렉터리면 에러
3. 임시 파일에 쓴 뒤 rename 으로 교체
4. 반환값을 모두 검사해서 예외 처리
5. 에러 처리는 goto로 한 곳에 모으기
6. fclose 시 버퍼를 비우며 생기는 오류도 처리

5-1. 파일 상태 확인 — stat

요약

• 문제: src/dst가 디렉터리·특수 파일·같은 파일일 수 있음
• 원인: dst가 없는 것은 정상, 그 외 이유의 stat 실패는 오류
• 처방: stat + S_ISDIR/S_ISREG, st_dev+st_ino가 같으면 같은 파일

상세 보기

if (stat(src_file_name, &src_st) != 0) { perror("stat src"); goto CLEAN; }
if (S_ISDIR(src_st.st_mode)) { fprintf(stderr, "src is a directory\n"); goto CLEAN; }
if (!S_ISREG(src_st.st_mode)) { fprintf(stderr, "src is not a regular file\n"); goto CLEAN; }
 
if (stat(dst_file_name, &dst_st) == 0) {
	if (S_ISDIR(dst_st.st_mode)) { /* dst가 디렉터리 */ goto CLEAN; }
	if (!S_ISREG(dst_st.st_mode)) { /* 장치 파일 등 */ goto CLEAN; }
	if (src_st.st_dev == dst_st.st_dev && src_st.st_ino == dst_st.st_ino) {
		/* src와 dst가 같은 파일 */ goto CLEAN;
	}
} else if (errno != ENOENT) {          // 없는 것 외의 이유(권한 등)로 실패
	perror("stat dst"); goto CLEAN;
}

• dst가 없는 건 정상이다(새로 만든다). 그 외 이유로 stat이 실패하면 에러.
• st_dev + st_ino가 같으면 같은 파일이다(경로가 달라도, 하드링크여도).

5-2. 임시 파일 + rename

요약

• 문제: 저장 중 실패하거나 전원이 나가면 반쯤 쓰인 dst가 생김
• 원인: dst에 직접 쓰기 때문
• 처방: dst와 같은 디렉터리에 mkstemp → 쓰기 → fflush·fsync·fclose → rename
• 결과: 기존 dst는 그대로, 임시 파일만 삭제

flowchart TD
    A["mkstemp: dst와 같은 디렉터리에 임시 파일 생성"] --> B["fchmod: src 권한 복사"]
    B --> C["임시 파일에 모두 쓰기"]
    C --> D["fflush → fsync → fclose<br/>반환값 검사"]
    D --> E{"모두 성공?"}
    E -- "예" --> F["rename(tmp, dst)<br/>원자적 교체"]
    E -- "아니오" --> G["임시 파일 삭제<br/>기존 dst는 그대로"]

상세 보기

n = snprintf(tmp_name, sizeof(tmp_name), "%s.tmpXXXXXX", dst_file_name);   // dst와 같은 디렉터리
tmp_fd = mkstemp(tmp_name);       // 0600, O_EXCL로 생성하고 tmp_name을 실제 이름으로 바꿈
tmp_created = 1;
fchmod(tmp_fd, src_st.st_mode & 0777);     // src와 같은 권한으로
 
/* ... 임시 파일에 모두 쓴다 ... */
 
fflush(tmp_fp);
fsync(fileno(tmp_fp));            // 디스크 반영
fclose(tmp_fp);                   // 반환값 검사
rename(tmp_name, dst_file_name);  // 같은 파일시스템이므로 원자적 교체
tmp_created = 0;

• 도중에 실패하면 기존 dst는 그대로이고 임시 파일만 지운다. 쓰다가 전원이 나가도 반쯤 쓰인 dst가 생기지 않는다.
• 임시 파일을 dst와 같은 디렉터리에 만드는 이유는 rename이 같은 파일시스템 안에서만 원자적이기 때문이다.
• 이미 있는 일반 파일은 rename이 덮어쓴다. 덮어쓰기를 막으려면 dst가 존재하는 순간 에러로 처리하면 된다.

5-3. goto 정리와 fclose의 반환값

요약

• 문제: 쓰기 오류가 fwrite가 아니라 fflush·fsync·fclose에서 드러남, fdopen 뒤 close(fd) 중복
• 원인: 디스크가 꽉 차도 fwrite는 버퍼에만 쓰고 성공할 수 있음
• 처방: 비우는 시점의 반환값 검사, fdopen 성공 직후 fd = -1, 열려 있는 것만 닫는 CLEAN 구간

상세 보기

	/* ... 중간에 실패하면 goto CLEAN ... */
	n = fclose(tmp_fp);
	tmp_fp = NULL;                 // 실패해도 이미 닫힌 상태라 다시 닫지 않도록
	if (n != 0) { perror("fclose tmp"); goto CLEAN; }
 
	if (rename(tmp_name, dst_file_name) != 0) { perror("rename"); goto CLEAN; }
	tmp_created = 0;
	ret = 0;
 
CLEAN:
	if (src_fp != NULL) { if (fclose(src_fp) != 0) { perror("fclose src"); ret = -1; } }
	else if (src_fd >= 0) close(src_fd);
 
	if (tmp_fp != NULL) { if (fclose(tmp_fp) != 0) perror("fclose tmp"); ret = -1; }
	else if (tmp_fd >= 0) close(tmp_fd);
 
	if (tmp_created) unlink(tmp_name);       // 실패했으면 임시 파일 삭제
	return ret;

• 쓰기 오류는 fwrite가 아니라 fflush·fsync·fclose에서 드러날 수 있다. 디스크가 꽉 찬 경우 fwrite는 버퍼에만 쓰고 성공할 수 있기 때문에, 비우는 시점의 반환값을 반드시 확인한다.
• fdopen에 성공한 뒤에는 fclose가 내부 fd까지 닫으므로 close(fd)를 또 부르면 안 된다. 그래서 fdopen 성공 직후 fd = -1로 되돌려 놓는다.
• 정리 구간에서는 열려 있는 것만 닫는다 (모든 포인터를 NULL/-1로 초기화).

5-4. 테스트 결과

테스트 시나리오 표

시나리오	결과
정상	공백이 모두 제거된 출력, 권한 644
기존 dst가 있음	내용 교체
인자 없음 / src 없음	에러 메시지, 종료 코드 255
src가 디렉터리 / dst가 디렉터리	에러 메시지
src와 dst가 같은 파일	에러 메시지
dst의 디렉터리가 없음	mkstemp: No such file or directory
3000바이트 입력	출력도 3000바이트
실패한 모든 경우	임시 파일이 남지 않음

NOTE

stat·open·mkstemp·fsync·fchmod·fdopen·unlink는 POSIX 함수다. rename·fopen·fflush는 ISO C 표준이다. 그래서 이 코드는 Linux에서는 그대로 빌드되지만, 순수 표준 C 환경이나 MSVC에서는 일부를 바꿔야 한다.

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6. 응용 3 — 줄 번호 붙여 저장 (fio_ex2)

요약

• 문제: 줄 번호를 붙여 저장하는 fio_ex2의 10가지 오류
• 원인: while (… == EOF) 반대 조건, char out, 문자 수를 줄 수로 셈, fseek 누락 등
• 처방: 첫 읽기에서 줄 수·최대 길이 → fseek로 되감기 → 두 번째 읽기에서 %*d로 번호 정렬

상세 보기

src를 읽어 전체 줄 수와 가장 긴 줄의 길이를 헤더에 쓰고, 각 줄 앞에 자릿수에 맞춰 정렬된 줄 번호를 붙여 dst에 저장한다.

전체 줄 수 : 12, 가장 긴 줄 수 : 11

 1 : line 1 abc
 2 : line 2 abc
 ...
10 : line 10 abc
12 : line 12 abc

두 번 읽는 구조이므로 첫 번째 읽기에서 줄 수·최대 길이를 구하고, fseek(src_fp, 0L, SEEK_SET)으로 처음으로 돌아가 한 번 더 읽는다.

처음 짠 코드에서 고친 점들은 다음과 같다.

문제	설명
루프 조건이 반대	while ((out = fgetc(fp)) == EOF)는 EOF일 때만 도는 루프. != EOF
char out	fgetc는 int를 반환한다. char면 EOF와 구분되지 않을 수 있음
줄 수 계산	문자마다 body_len++는 줄 수가 아니라 문자 수. '\n'을 만났을 때만 증가
최대 길이	줄이 끝날 때마다 현재 길이를 항상 0으로 리셋하고 최댓값만 갱신
마지막 줄	개행 없이 끝나면 EOF 이후 한 번 더 반영
두 번째 읽기	처음으로 되돌리는 fseek 누락
줄 번호	0이 아니라 1부터, 폭은 전체 줄 수의 자릿수로 %*d
번호 위치	개행 뒤가 아니라 “줄의 첫 글자일 때만” 찍어 마지막 개행 뒤에 빈 번호가 안 생기게
열기	src에 O_CREAT|O_EXCL을 쓰던 것을 O_RDONLY로
마무리	fclose·fflush·ferror 검사 누락

width = 1;
for (out = total_lines; out >= 10; out /= 10) width++;     // 자릿수 계산
 
at_line_start = 1;
while ((out = fgetc(src_fp)) != EOF) {
	if (at_line_start) {                                   // 줄의 첫 글자일 때만 번호
		fprintf(dst_fp, "%*d : ", width, current_line++);
		at_line_start = 0;
	}
	fputc(out, dst_fp);
	if (out == '\n') at_line_start = 1;
}

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💡 보너스 — man 페이지에서 C 함수 찾기

상세 보기 (man 섹션, vim K)

stat·rename은 쉘 명령어도 있고 C 함수도 있다. man stat은 섹션 번호가 낮은 쉘 명령어(1)를 먼저 보여준다.

섹션	내용
1	쉘 명령어
2	시스템 콜 (stat(2), open(2))
3	C 라이브러리 함수 (fopen(3))

man 2 stat      # 시스템 콜
man 3 fopen     # C 라이브러리

vim에서는 단어 위에 커서를 두고 Shift+K를 누르면 man <단어>가 열리는데, 이때 앞에 숫자를 붙여 숫자 + Shift+K (예: 2K)를 누르면 해당 섹션의 man 페이지가 열린다.

그냥 K는 쉘 명령어(섹션 1)만 보여주므로, C 함수를 볼 때는 2K(시스템 콜), 3K(라이브러리 함수)를 쓴다.

TIP

gdb로 디버깅하려면 gcc에 -g 옵션을 주고 빌드해야 한다 (gcc -g -O0 ...). 자세한 내용은 문자열 함수 실습 노트의 “실습 환경 팁” 참고.

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✅ 정리 — 파일 I/O 점검 체크리스트

체크리스트 펼치기

• 열기 조건이 의도와 맞는가 ("w"는 덮어쓰기, 새 파일만 필요하면 "wx" / O_EXCL)
• 반환값을 모두 검사했는가 (fopen·fdopen·fseek·fwrite·fflush·fclose·rename)
• fseek의 실패는 반환값 -1, 원인은 errno로 구분하는가
• 읽기 함수의 반환값(fgetc→int, fgets→NULL)으로 루프를 판단하는가 (feof 루프 금지)
• fgets 후 개행 제거는 strcspn으로, 바이너리는 fread로 하는가
• 쓰기 오류는 fclose에서 드러날 수 있음을 고려해 그 반환값도 확인하는가
• 중요한 파일은 임시 파일 → fsync → rename 으로 교체하는가
• 모든 에러 경로에서 fd·FILE*·임시 파일이 정리되는가 (goto CLEAN)
• fdopen 이후에는 fclose만 하고 close(fd)를 중복 호출하지 않는가