C语言—文件操作(学好文件操作，再也不用担心数据丢失）

专栏：C语言
个人主页：HaiFan.
专栏简介：本专栏主要更新一些C语言的基础知识，也会实现一些小游戏和通讯录，学时管理系统之类的，有兴趣的朋友可以关注一下。

前言

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一、为什么使用文件

前面学习结构体的时候，写了一个通讯录的程序，但是当通讯录运行的时候，把数据写再来程序里，但此时的数据是放在内存中的，当程序结束的时候，内存中的数据被销毁了，通讯录中的数据也就不存在了，再次运行通讯录的时候，又要重新写入数据，这样的通讯录是不完整的通讯录。
想把数据保存下来就要想其他办法，这就涉及到了数据持久化的问题，我们一般数据持久化的方法有，把数据存放在磁盘文件、存放到数据库等方式。
使用文件操作，我们可以将数据直接存放到电脑上的硬盘上，做到了数据的持久化。

二、什么是文件

磁盘上的文件是文件。
但是在程序设计中，我们一般谈的文件有两种，程序文件，数据文件（从文件的功能的角度来划分的）

1.程序文件

包括源程序文件（后缀名.c），目标文件（windows环境后缀为.obj），可执行程序（windows环境下后缀为.exe）

2.数据文件

文件的内容不一定是程序，而是程序运行时读写的数据，比如程序运行需要从中读取数据的文件，或者输出内容的文件。

3.文件名

一个文件要有一个唯一的文件标识，以便用户识别和引用，文件名包含三部分：文件路径+文件名主干+文件名后缀
如：

c:\code\test.txt

为了方便起见，文件标识常被称为文件名。

三、文件的打开和关闭

1.文件指针

缓冲文件系统中，关键的概念时”文件指针类型“，简称文件指针。
每个被使用的文件都在内存中开辟了一个相应的文件信息区，用来存放文件的相关信息（如文件的名字，文件的状态，以及文件当前的位置等）。这些信息时保存在一个结构体变量中的，该结构类型时有系统声明的，取名：FILE。

不同的C语言编译器的FILE类型包含的内容不完全相同，但是大同小异。
每当打开一个文件的时候，系统会根据文件的情况自动下黄健一个FILE结构的变量，并填充其中的信息。
一般都是通过一个FILE的指针来维护这个FILE结构的变量。

FILE* pf;//文件指针变量，创建一个FILE的指针变量

定义pf是一个指向FILE类型数据的指针变量，可以使pf指向某个文件的文件信息区（时一个结构体变量）。通过该文件信息区中的信息就能够访问该文件。也就是说，通过文件指针变量能够找到与他关联的文件。

2.文件的开关

文件在读写前，要先打开文件，结束使用的时候关闭文件。
在编写程序的时候，在打开文件的同时，都会返回一个FILE*的指针变量指向该文件，相当于建立了指针和文件的关系。

//打开文件
FILE * fopen ( const char * filename, const char * mode );
//关闭文件
int fclose ( FILE * stream );

在这里先创建了一个文本文档：test.txt

#include 

int main()
{
	FILE* fp = fopen("test.txt", "w");//文件的打开
	if (fp == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return;
	}
	fclose(fp);//文件的关闭
	return 0;
}

3.文件的权限

文件的使用方式	含义	若文件不存在
r	只读—为了输入数据，打开一个已经存在的文本文件	出错
w	只写—为了输出数据，打开一个文本文件	建立一个新的文件
a	追加—向文本文件尾添加数据	建立一个新的文件
rb	只读—为了输入数据，打开一个二进制文件	出错
wb	只写—为了输出数据，打开一个二进制文件	建立一个新的文件
ab	追加—向一个二进制文件尾添加数据	出错
r+	读写—为了读和写，打开一个文本文件	出错
w+	读写—为了读和写，创建一个文本文件	建立一个新文件
a+	读写—打开一个文件，在文件尾进行读写	建立一个新文件
rb+	读写—为了读和写打开一个二进制文件	出错
wb+	读写—为了读和写，新建一个新的二进制文件	建立一个新的文件
ab+	打开一个二进制文件，在文件尾进行读和写	建立一个新的文件

4.文件的顺序读写

功能	函数名	适用于
字符输入函数	fgetc	所有输入流
字符输出函数	fputc	所有输出流
文本行输入函数	fgets	所有输入流
文本行输出函数	fputs	所有输出流
格式化输入函数	fscanf	所有输入流
格式化输出函数	fprintf	所有输出流
二进制输入	fread	文件
二进制输出	fwrite	文件

int fgetc ( FILE * stream );
int fputc ( int character, FILE * stream );

fgetc就是从流中获取字符，并自动指向以获取字符的下一个位置。若流位于文件末尾，则返回EOF。
fputc就是将字符写入流内，也就是写入文件内。

#include 
int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.txt", "w");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	char aa;
	for (aa = 'a'; aa <= 'z';aa++)
	{
		fputc('a', pf);
	}
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

char * fgets ( char * str, int num, FILE * stream );
int fputs ( const char * str, FILE * stream );

fgets就是从流中获取字符，并将其作为C字符串存到str中，直到读取num个字符或到达换行符或文件末尾。到家文件末尾返回EOF
fputs就是将str指向流的字符串写入流。意思就是把str存到文件里。

#include 

int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.txt", "r+");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	fputs("hao hao xue xi tian tian xiang shang", pf);
	//printf("%c ",fgetc(pf));

	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

利用fputs读取字符串，遇到\0停止。

#include 

int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.txt", "r+");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//fputs("hao hao xue xi tian tian xiang shang", pf);
	char str[100];
	printf("%s ",fgets(str,100,pf));

	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

int fscanf ( FILE * stream, const char * format, ... );
int fprintf ( FILE * stream, const char * format, ... );

fsanf从流中读取数据，并根据参数的格式将其存储到文件里。
fprintf按照格式，将内容存到文件里。

#include 

int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.txt", "r+");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	fprintf(pf, "%s %d", "好好学习，找个好的offer",100);

	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

#include 

int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.txt", "r+");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	char str[100];
	int t = 0;
	fscanf(pf, "%s %d", str, &t);
	printf("%s\n%d", str, t);
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

size_t fwrite ( const void * ptr, size_t size, size_t count, FILE * stream );
size_t fread ( void * ptr, size_t size, size_t count, FILE * stream );

fwrite

1. 第一个参数：要写入文件的东西的地址
2. 第二个参数：要写入的每个元素的大小
3. 第三个参数：元素个数
4. 第四个参数：流，就是把元素写进文件里

fread

1. 第一个参数：指向大小至少为 （size*count） 字节的内存块的指针。
2. 第二个参数：要读取的每个元素的大小
3. 第三个参数：元素个数
4. 第四个参数：指向指定输入流的 FILE 对象的指针。

#include 

struct stu
{
	char name[10];
	int age;
	int score;
};

int main()
{
	struct stu a = { "牛马", 18, 0 };
	FILE* pf = fopen("test.txt", "rb+");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	
	fwrite(&a, sizeof(a), 1, pf);
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

因为这个函数是二进制输出函数，所以后面的看不懂正常，编译器能看得懂就行。

#include 
struct stu
{
	char name[10];
	int age;
	int score;
};
int main()
{
	struct stu a = { "牛马", 18, 0 };
	struct stu b;

	FILE* pf = fopen("test.txt", "rb+");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//fwrite(&a, sizeof(a), 1, pf);
	fread(&b, sizeof(b), 1, pf);
	printf("%s %d %d", b.name, b.age, b.score);
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

四、文件的随机读写

1.fseek

根据文件指针的位置和偏移量来定位文件指针

int fseek ( FILE * stream, long int offset, int origin );

#include 

int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.txt", "r+");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	char c = 'a';
	for (c = 'a'; c <= 'z'; c++)
	{
		fputc(c, pf);
	}
	//fseek(pf, -24, SEEK_CUR);
	char ed = fgetc(pf);
	char cur = fgetc(pf);
	char st = fgetc(pf);

	//fseek()
	printf("%c %c %c", ed, cur, st);
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

这个代码其实是并没有任何输出的，因为在进行fputc函数读入的时候，始终都是在文件尾部追加的字符，所以后面在进行fgetc的时候，不会打印出来东西。
这个时候就用到了fseek函数。

#include 

int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.txt", "r+");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	char c = 'a';
	for (c = 'a'; c <= 'z'; c++)
	{
		fputc(c, pf);
	}
	fseek(pf, -24, SEEK_CUR);
	char ed = fgetc(pf);
	char cur = fgetc(pf);
	char st = fgetc(pf);

	//fseek()
	printf("%c %c %c", ed, cur, st);
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

这个SEEK_SET就是在文件开头的位置偏移，如果代码中fseek(pf, 0, SEEK_SET);是这样写的，就会打印a，b，c。如果是fseek(pf, -10, SEEK_CUR);这样写，就相当于在文件的当前位置，向左偏移10个位置，打印的就是qrs。
最后一个同理，负数向左偏移，正数向后偏移。

2.ftell

返回文件指针相对于其实位置的偏移量

long int ftell ( FILE * stream );

#include 

int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.txt", "r+");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	char c = 'a';
	for (c = 'a'; c <= 'z'; c++)
	{ 
		fputc(c, pf);
	}
	int size = ftell(pf);
	printf("%d", size);
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

3.rewind

从文件指针的位置回到文件的起始位置

void rewind ( FILE * stream );

#include 

int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.txt", "r+");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	char c = 'a';
	for (c = 'a'; c <= 'z'; c++)
	{
		fputc(c, pf);
	}
	
	int size = ftell(pf);
	printf("%d\n", size);
	rewind(pf);
	size = ftell(pf);
	printf("%d", size);
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

五、文本文件和二进制文件

根据数据的组织形式，数据文件被称为文本文件或者二进制文件。数据在内存中以二进制的形式存储，如果不加转换的输出到外存，就是二进制文件。如果要求在外存上以ASCII码的形式存储，则需要在存储前转换。以ASCII字符的形式存储的文件就是文本文件。
一个数据在内存中是怎么存储的呢？
字符一律以ASCII形式存储，数值型数据既可以用ASCII形式存储，也可以使用二进制形式存储。如有整10000，如果以ASCII码的形式输出到磁盘，则磁盘中占用5个字节（每个字符一个字节），而二进制形式输出，则在磁盘上只占4个字节.

六、文件读取结束的判定

1.被错误使用的feof

牢记：在文件读取过程中，不能用feof函数的返回值直接用来判断文件的是否结束。
而是应用于当文件读取结束的时候，判断是读取失败结束，还是遇到文件尾结束。

1. 文本文件读取是否结束，判断返回值是否为 EOF （ fgetc ），或者 NULL （ fgets ）
   例如：
   fgetc 判断是否为 EOF .
   fgets 判断返回值是否为 NULL .
2. 二进制文件的读取结束判断，判断返回值是否小于实际要读的个数。
   例如：
   fread判断返回值是否小于实际要读的个数。

#include 

int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.txt", "r+");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	char c;
	while ((c = fgetc(pf)) != EOF)
	{
		putchar(c);
	}
	puts("");
	if (feof(pf))
	{
		puts("I/O error when reading");
	}
	else if (ferror(pf))
	{
		puts("End of file reached successfully");
	}
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

七、文件缓冲区

ANSIC 标准采用“缓冲文件系统”处理的数据文件的，所谓缓冲文件系统是指系统自动地在内存中为程序中每一个正在使用的文件开辟一块“文件缓冲区”。从内存向磁盘输出数据会先送到内存中的缓冲区，装满缓冲区后才一起送到磁盘上。如果从磁盘向计算机读入数据，则从磁盘文件中读取数据输入到内存缓冲区（充满缓冲区），然后再从缓冲区逐个地将数据送到程序数据区（程序变量等）。缓冲区的大小根据C编译系统决定的。因为有缓冲区的存在，C语言在操作文件的时候，需要做刷新缓冲区或者在文件操作结束的时候关闭文件。如果不做，可能导致读写文件的问题。