【C进阶】文件操作1

 序言：

Hello~大家好，今天给大家带来C语言中有关文件操作的内容，本章内容可能会有点抽象，如果一次性理解不了，可以先收藏下次再看~

本章内容重点：

• 为什么使用文件？
• 什么是文件
• 文件的打开和关闭
• 文件的顺序读写

目录

为什么使用文件？

什么是文件？

程序文件

数据文件

文件名

文件的打开和关闭

文件指针

 文件的打开和关闭

fopen 

 fclose

文件的顺序读写

流是什么？

流的分类

文件顺序读写的函数

​编辑

sscanf

 sprintf

总结

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为什么使用文件？

在一开始，我们通过结构体完成了一个静态通讯录

syseptember的个人博客：C语言通讯录应用程序：从设计到实现

然后我们学习了动态内存管理，实现了动态通讯录

syseptember的个人博客：动态内存管理+动态通讯录

但是改进之后仍然存在一个问题：

每次程序退出后之前存放的通讯录信息不存在了，这是因为通讯录的信息存储在内存中，每一次程序结束后，内存中的信息会被清空，想要信息不被清空，我们就需要将信息存储在文件中

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。

什么是文件？

计算机文件，是存储在某种长期储存设备或临时存储设备中的一段数据流，并且归属于计算机文件系统管理之下。所谓“长期储存设备”一般指磁盘、光盘、磁带等。而“短期存储设备”一般指计算机内存

程序文件

源程序文件(后缀.c等)，目标文件(Windows环境下后缀为.obj)，可执行程序(Windows环境下为.exe)，预处理文件(.i)，汇编文件(.b)

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，比如程序运行时需要从中读取数据的文件 

本章讨论的是数据文件  ：研究如何对数据文件进行读/写

文件名

一个文件要有唯一的文件表示，以便用户识别和引用。

文件名包含3部分：文件路径；文件名主干；文件后缀

例如：c:\code\test.txt

为了方便起见，文件表示常被称为文件名

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文件的打开和关闭

文件指针

当我们使用代码对文件进行操作时，每一个被使用的文件都在内存开辟了一个相应的文件信息区，用来存放文件的相关信息(文件名、文件的状态、文件当前的位置等)，注意：文件信息区存放的不是文件中的内容，但是可以通过文件信息区维护该文件。文件信息区本质上是一个结构体变量。结构体类型是由系统定义的，取名FILE

在VS2013编译环境提供的stdio.h头文件中文件有以下的文件类型声明

​typedef struct _iobuf {
        char *_ptr;
        int   _cnt;
        char *_base;
        int   _flag;
        int   _file;
        int   _charbuf;
        int   _bufsiz;
        char *_tmpfname;
       }FILE;

不同的C编译器FILE类型包含的内容不完全一样，但是大同小异

每当打开一个文件时，系统会根据文件的情况自动创建一个FILE结构的变量，并填充其中的信息

一般都是通过文件指针来维护这个FILE结构的变量，这样使用起来更加方便

下面我们可以创建一个FILE*的指针变量

FILE* pf//文件指针变量

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（是一个结构体变 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并维护与它关联的文件

 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。

• 当我们打开文件时，会自动创建一个文件信息区，此时我们可以定义一个文件指针指向创建的文件信息区，打开文件时，会返回一个FILE* 的指针指向开辟的文件信息区。这有点像动态开辟时伴随着内存中会创建一段内存空间，返回这段空间的起始地址。
• 在文件操作完之后我们应该关闭文件，释放文件信息区，这有点像动态开辟结束后需要释放掉动态开辟的空间

ANSIC 规定使用fopen函数来打开文件，fclose函数来关闭文件pFile

#inlcude 
int main()
{
    //打开文件
    FILE* pFile = fopen("test.c", "w");
    //关闭文件
    fclose(pFile);
    return 0;

fopen 

• 打开名称在参数文件名中指定的文件，并将其与一个流相关联，该流可以在以后的操作中由返回的 FILE 指针标识。 
• 流上允许的操作以及这些操作的执行方式由模式参数定义。
• 如果已知返回的流不是指交互设备（请参阅 setbuf），则返回的流默认是完全缓冲的。
• 返回的指针可以通过调用 fclose 或 freopen 解除与文件的关联。所有打开的文件都会在程序正常终止时自动关闭。

• “r”：当指定文件不存在时会报错 
•  "w"：为输出操作创建一个空文件。如果已存在同名文件，则丢弃其内容并将该文件视为新的空文件。
• "a"：打开文件以在文件末尾输出。输出操作总是在文件末尾写入数据，扩展它。忽略重新定位操作（fseek、fsetpos、rewind）。如果文件不存在，则创建该文件。

注意：上述的打开模式针对文本文件，为了将文件作为二进制文件打开，“b”字符必须包含在模式字符串中。这个额外的“b”字符可以附加在字符串的末尾（从而产生以下复合模式：rb", "wb", "ab", "r+b", "w+b", "a+b") 或插入字母和混合模式的 "+" 符号之间（"rb+" , "wb+", "ab+").

• 如果文件成功打开，该函数将返回一个指向 FILE 对象的指针，该对象可用于在未来的操作中识别流。 否则，返回空指针。

fclose

• 关闭与流关​​联的文件并取消关联 
• 与该流相关联的所有内部缓冲区都与它解除关联并刷新：写入任何未写入的输出缓冲区的内容，并丢弃任何未读的输入缓冲区的内容

文件的顺序读写

在正式的介绍文件的读写时，我们需要先认识流的概念

流是什么？

计算机中可以将流理解为水流，流是一种抽象的概念，可以把流看作是一种数据的载体，通过流可以实现数据交换和传输。 

输入数据相当于从水流中取水，输出数据相当于像水流中倒水

注意：这里所说的输出输出是针对内存而言，如果内存中得到了数据，我们称之为输入数据，如果内存数据给出去了，我们称之为输出数据 。

这么说可能还是有点抽象，我们具体来说：

对于下面这段代码

int main()
{
	int a;
	scanf("%d", &a);//
	printf("%d", a);
	return 0;
}

从流的角度来理解：

变量a存放在内存中，所以当遇见scanf时内存需要从键盘中读取数据，这个流就是我们所说的键盘，键盘是标准输入流

当遇见printf时需要将内存中的数据a输出到流中，这个流就是我们所说的屏幕，屏幕是标准输出流

现在请明白一个点，我们后续要讨论关于文件的函数名是针对内存而言的

流的分类

流可以分为三类

• 输出流
• 输入流
• 错误流

只要一个流可以从内存中接受数据，它就算是输出流，只要一个流可以像内存中传递数据，它就算是输入流。

文件既可以写，也可以读，所以文件即使输入流也是输出流。

 注意：当一个C语言程序进行时，默认会打开标准输出流、标准输出流、标准错误流(scanf、pruntf默认是像这些流读取数据)

文件顺序读写的函数

•  返回指定流的内部文件位置指示器当前指向的字符。然后内部文件位置指示器前进到下一个字符。
• 如果流在调用时位于文件末尾，则该函数返回 EOF 并设置流的文件末尾指示符 (feof)。
• 如果发生读取错误，函数返回 EOF 并设置流的错误指示符 (ferror)。
• fgetc 和 getc 是等价的，除了 getc 可能在某些库中实现为宏。
• 函数的返回值设置为int类型为了适应返回失败后EOF的值

• 向流中写入一个字符并推进位置指示器。
• 字符写在流的内部位置指示器指示的位置，然后自动前进一个位置
• 成功时，返回写入的字符。
• 如果发生写入错误，则返回 EOF 并设置错误指示符 (ferror)。

• 从流中读取字符并将它们作为 C 字符串存储到 str 中，直到读取 (num-1) 个字符或到达换行符或end of file，以先发生者为准。
•  换行符使 fgets 停止读取，但函数认为它是有效字符并包含在复制到 str 的字符串中。
• 在复制到 str 的字符之后自动附加终止空字符。
• fgets 与 gets 不同点：fgets 不仅接受流参数，而且还允许指定 str 的最大大小，并在字符串中包含任何结束换行符。
• 如果在尝试读取字符时遇到文件结尾，则会设置 eof 指示符 (feof)。如果这发生在可以读取任何字符之前，则返回的指针是一个空指针（并且 str 的内容保持不变）。
• 成功输出返回指向str的指针
• 如果发生读取错误，则设置错误指示符（ferror）并返回空指针（但 str 指向的内容可能已更改）。

• 函数从str指向的位置复制字符到stream所指向的位置直到遇见了结束符'\0',结束符不会被复制到stream流里
• fputs与puts不同：fputs需要指定参数流，而且fputs不会像流中添加额外的字符，但是puts会添加一个换行符
• 如果成功输出，返回非负数
• 如果输出失败，返回EOF

• 函数的一些特性和scanf很像，这里不在赘述 

 

• fprintf和printf类似 

• 从流中读取 count 个元素的数组，每个元素的大小为 size 个字节，并将它们存储在 ptr 指定的内存块中。
• 流的位置指示符按读取的字节总数提前。
• 如果成功，读取的总字节数是 (size*count)
• 如果此数字与计数参数不同，则表明发生读取错误或读取时已到达文件末尾。在这两种情况下，都设置了正确的指示符，可以分别使用 ferror 和 feof 检查。
• 如果 size 或 count 为零，则函数返回零并且流状态和 ptr 指向的内容都保持不变。

• 从 ptr 指向的内存块到流中的当前位置写入一个包含 count 个元素的数组，每个元素的大小为 size 字节。
• 流的位置指示符按写入的字节总数提前。
• 在内部，函数将 ptr 指向的块解释为 unsigned char 类型的 (size*count) 个元素的数组，并将它们按顺序写入流，就像为每个字节调用 fputc 一样。 
• 如果成功，写入的总字节数是 (size*count)
• 如果此数字与计数参数不同，则写入错误会阻止函数完成。在
• 情况下，将为流设置错误指示器 (ferror)。
• 如果 size 或 count 为零，则函数返回零并且流状态和 ptr 指向的内容都保持不变。

 注意：若只读文件则请使用r/rb，若只写文件请使用w/wb

sscanf

sscanf是针对字符串格式化输入的函数(若想要输入整数，则字符串第一个非空白字符应该是整形，并且一直读取到第一份非整形字符,类似于atoi)

sprintf

sprintf是针对字符串的格式化输出函数

总结

现在来总结一下本章所涉及到的知识点：

1. 使用文件可以将数据长期保存起来，使数据持久化
2. 文件分为程序文件和数据文件。程序文件：源程序文件、目标文件、可执行文件。数据文件：存放程序运行时的数据的文件，比如程序需要读取数据的问价或者输出内容的文件
3. 文件名分为3部分：文件路径、文件名主干、文件后缀
4. 每个被使用的文件都在内存中开辟了对应的文件信息区(FILE对象)，我们通过文件指针找到文件信息区，并且通过文件信息区来为对文件进行维护(读、写)
5. 读写文件前应该打开文件、文件使用完后应该关闭文件,fopen打开文件、fclose关闭文件。文件有多种打开方式，当打开方式为"w"、"wb"时，只可以对文件进行写入,写入的文件如果有重名、会先销毁重名文件再写入新内容；打开方式"r"、"rb"，只可以对文件进行读取,读取的文件必须存在
6. 计算机中流是一种数据的载体，内存可以对流中的数据进行输入、输出
7. 文件的顺序读写有多种函数