【C语言】文件操作详解

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一、文件的使用

在前面的通讯录中，每次运行结束后再次启动就会发现上次的数据全部消失，每次都要重新输入。而使用文件我们可以将数据直接存放在电脑的硬盘上，做到了数据的持久化。

二、打开文件和关闭文件

2.1 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，文件状态及文件当前的位置等）。这些信息是保存在一个结构体变量中的。该结构体类型是有系统声明的，取名FILE。当我们打开文件的时候，系统会自己创建结构体变量，我们可以用FILE的指针来维护结构体变量。

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2.2 文件的打开和关闭

文件在读写之前应该先打开文件，在使用结束之后应该关闭文件。
这里有点像动态内存中的内存泄露问题，不能只打开文件不关闭。

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

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2.3 打开方式及文件顺序读写

打开方式：

“r”(只读) 为输入打开一个文本文件
“w”(只写) 为输出打开一个文本文件
“a”(追加) 向文件文件尾添加数据
“rb”(只读) 为输入打开一个二进制文件
“wb”(只写) 为输出打开一个二进制文件
“r+”(读写) 为读写打开一个文本文件
“w+”(读写) 为读写建立一个新的文本文件
“a+”(读写) 为读写打开一个文本文件
“rb+”(读写) 为读写打开一个二进制文件
“wb+”(读写) 为读写建立一个新的二进制文件
“ab+”(读写) 为读写打开一个二进制文件

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文件顺序读写：

我们在目录下创建个text.txt的文本文档来验证：

2.3.1 fputc

int fputc( int c, FILE *stream );

写一个字符。

int c表示的式ASCII值。

int main()
{
	FILE* pf = fopen("text.txt", "w");
	if (pf == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 1;
	}
	char i = 'a';
	for (i = 'a'; i < 'z'; i++)
	{
		fputc(i, pf);
	}
	//关闭
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

运行后看txt文档：

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2.3.2 fgetc

int fgetc( FILE *stream );

读一个字符。

int main()
{
	FILE* pf = fopen("text.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 1;
	}
	int ch;
	while ((ch = fgetc(pf)) != EOF)
	{
		printf("%c ", ch);
	}
	//关闭
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

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2.3.3 fputs

int fputs( const char *string, FILE *stream );

写一行字符。

int main()
{
	FILE* pf = fopen("text.txt", "w");
	if (pf == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 1;
	}
	fputs("hello", pf);

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

有人可能有疑问前面写的代码去哪了：
当我们用"w"的时候会自动清空然后写入。

而如果用"a"就是追加：

FILE* pf = fopen("text.txt", "a");

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2.3.4 fgets

char *fgets( char *string, int n, FILE *stream );

当读取成功时返回string，失败或者读到文件尾返回NULL。

读一行数据。

int main()
{
	FILE* pf = fopen("text.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 1;
	}
	char arr[20];
	fgets(arr, 5, pf);
	printf(arr);
	//关闭
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

可以看到这里只读了四个字符，原来这里5包含了’\0’。

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2.3.5 fprintf

int fprintf( FILE *stream, const char *format [, argument ]...);

格式化写入(文件)数据。

struct A
{
	char a[10];
	int b;
};

int main()
{
	struct A a = { "abcdef", 20 };
	FILE* pf = fopen("text.txt", "w");
	if (pf == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 1;
	}
	fprintf(pf, "%s %d", a.a, a.b);

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

运行后结果：

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2.3.6 fscanf

int fscanf( FILE *stream, const char *format [, argument ]... );

格式化读取(文件)数据。

struct A
{
	char a[10];
	int b;
};

int main()
{
	struct A a = { 0 };
	FILE* pf = fopen("text.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 1;
	}
	fscanf(pf, "%s %d", a.a, &a.b);
	printf("%s %d", a.a, a.b);
	//fprintf(stdout, "%s %d", a.a, a.b);
	//关闭
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

运行后结果：

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2.3.7 fwrite

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

用二进制写（必须是文件）。

因为要写二进制到文件，所以时"wb"。

struct A
{
	char a[10];
	int b;
};

int main()
{
	struct A a = { "abcdef", 20 };
	FILE* pf = fopen("text.txt", "wb");
	if (pf == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 1;
	}
	//以二进制写
	fwrite(&a, sizeof(struct A), 1, pf);

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

运行后结果：

有些二进制我们看不懂，但是可以用函数读出来：

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2.3.8 fread

size_t fread( void *buffer, size_t size, size_t count, FILE *stream );

读二进制文件（必须是文件）。

struct A
{
	char a[10];
	int b;
};

int main()
{
	struct A a = { "abcdef", 20 };
	FILE* pf = fopen("text.txt", "rb");
	if (pf == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 1;
	}
	//以二进制读
	fread(&a, sizeof(struct A), 1, pf);
	printf("%s %d", a.a, a.b);
	//关闭
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

运行后结果：

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2.4 对比一组函数

scanf/fscanf/sscanf
printf/fprintf/sprintf

scanf 是针对标准输入的格式化输入语句
printf 是针对标准输出的格式化输出语句
fscanf 是针对所有标准输入流的格式化输入语句
fprintf 是针对所有标准输出流的格式化输出语句

sprintf：
把一个格式化的数据转化成字符串。
sscanf：
从字符串中转化为格式化的数据。

struct A
{
	char a[10];
	int b;
};

int main()
{
	struct A a = { "abcdef", 20 };
	struct A tmp = { 0 };
	char buf[100] = {0};
	//把s中的格式化数据转化成字符串放入buf中
	sprintf(buf, "%s %d", a.a, a.b);

	//从字符串buf中获取格式化数据到tmp中
	sscanf(buf, "%s %d", tmp.a, &tmp.b);
	return 0;
}

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三、随机读写

3.1 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 offset, int origin );

当我们文件里的内容是："abcdef"时，用fgetc()读取时，如果想读取f，只能从a开始往后读，此时用上fseek就可以解决这个问题。
fseek的三个起始位置：

SEEK_SET 文件开头
SEEK_CUR 当前位置
SEEK_END 文件尾部

int main()
{
	FILE* pf = fopen("text.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 1;
	}
	fseek(pf, 5, SEEK_SET);
	//fseek(pf, -1, SEEK_END);
	int ch = fgetc(pf);
	printf("%c ", ch);
	//关闭
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

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3.2 ftell

返回文件指针相对于起始位置的偏移量

long ftell( FILE *stream );

int main()
{
	FILE* pf = fopen("text.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 1;
	}
	fseek(pf, 5, SEEK_SET);
	//fseek(pf, -1, SEEK_END);
	printf("%ld", ftell(pf));
	//关闭
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

结果为 5。

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3.3 rewind

让文件指针的位置回到文件的起始位置。

void rewind( FILE *stream );

int main()
{
	FILE* pf = fopen("text.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 1;
	}
	fseek(pf, 5, SEEK_SET);
	//fseek(pf, -1, SEEK_END);
	rewind(pf);
	printf("%ld", ftell(pf));
	//关闭
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

结果为 0。

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四、文本文件和二进制文件

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。

假设我们要存储整数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

10000的16进制表示方式：10 27 00 00，所以是4个字节。

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五、文件读取错误判定

5.1 feof

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。

那我们用什么来判断文件是否读取结束呢？
1️⃣ 文本文件： 判断返回的是 EOF(fgetc) ，或者 NULL(fgets)。
2️⃣ 二进制文件： 判断返回值是否小于实际要读的个数（fread）。

size_t fread( void *buffer, size_t size, size_t count, FILE *stream );

count是要读取的数目，size是返回的个数。

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六、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。

文件缓冲区的存在是为了提高操作效率，我们在写数据的时候操作系统会提供接口写入文件。如果频繁的写入不可能一写就调用（其他文件也要写入），攒到一定程度再一起调用效率会提高。就像高中问老师题目不可能一次就问一道题，因为其他同学也要提问。

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纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。来刷题巩固吧