c - 为什么标准输出不能被替换？

Question

出于教育目的，我正在尝试替换标准流 stdout、stdin 和 stderr。我首先查找流的数据类型，我追溯到具有以下成员的 struct _IO_FILE (gdb ptype _IO_FILE):

type = struct _IO_FILE {
    int _flags;
    char *_IO_read_ptr;
    char *_IO_read_end;
    char *_IO_read_base;
    char *_IO_write_base;
    char *_IO_write_ptr;
    char *_IO_write_end;
    char *_IO_buf_base;
    char *_IO_buf_end;
    char *_IO_save_base;
    char *_IO_backup_base;
    char *_IO_save_end;
    struct _IO_marker *_markers;
    struct _IO_FILE *_chain;
    int _fileno;
    int _flags2;
    __off_t _old_offset;
    short unsigned int _cur_column;
    signed char _vtable_offset;
    char _shortbuf[1];
    _IO_lock_t *_lock;
    __off64_t _offset;
    void *__pad1;
    void *__pad2;
    void *__pad3;
    void *__pad4;
    size_t __pad5;
    int _mode;
    char _unused2[20];
}

然后我尝试复制 stdout 指针的内存内容:

_IO_FILE f1 = {._flags = -72540028, ._offset = -1, ._old_offset = -1, ._fileno = 1, ._chain = stdin, ._lock = stdout->_lock, .__pad2 = stdout->__pad2 };
_IO_FILE *f2 = stdout;
_IO_FILE *f3 = malloc(sizeof(_IO_FILE));
memcpy(f3, stdout, sizeof(_IO_FILE));

fprintf(&f1, "f1\n"); // doesn't work 
fprintf(f2, "f2\n"); // works
fprintf(f3, "f3\n"); // doesn't work

但是，只有指针赋值不会崩溃。我通过 gdb 比较了内存​​内容，所有共享相同的结构成员内容。

尽管这个问题可能与平台相关:fprintf 和其他库函数只是将指针与标准流进行比较吗？

编辑:我怀疑这是一个实现或平台相关的问题，并且由于所有意见都表明确实如此，所以我接受了表明问题的一个可能原因的答案。

edit2:缩小问题范围:我使用的是 64 位 ubuntu，版本为 12.04，EGLIBC 版本为 2.15。

Answer 1

根据 Corvus 的评论，在 Linus 系统上，锁与流关联，因此复制 FILE 数据结构会干扰锁语义。

(我建议不要立即接受此答案，以便给 Corvus 时间输入答案。)

<小时/>

旧假设:

我怀疑，在您的 C 实现中，FILE 对象的位置被用作其含义的一部分。例如，可能有一个由它们组成的数组，从指向 FILE 对象的指针中减去指向数组第一个元素的指针，以找到其在数组中的索引。然后该索引在write等系统调用中用作文件编号。

当您分配新空间时，它不在该数组中，并且指针算术给出错误的结果。