C语言—文件操作
文件操作
- 什么是文件
- 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
-
- fputc
- fgetc
- fputs
- fgets
- fprintf
- fscanf
- fwrite
- fread
- 经典面试题
-
- sscanf
- sprintf
- 文件的随机读写
-
- fseek
- ftell
- rewind
- 文本文件和二进制文件
- 文件读取结束的判定
- 文件缓冲区
前言
在写完通讯录的程序时，当通讯录运行起来的时候，可以给通讯录中增加、删除数据，此时数据是存放在内存中，当程序退出的时候，通讯录中的数据自然就不存在了，等下次运行通讯录程序的时候，数据又得重新录入，如果使用这样的通讯录就很难受。
既然是通讯录就应该把信息记录下来，只有当选择删除数据的时候，数据才不复存在。这就涉及到了数据持久化的问题，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
文件：
磁盘上的文件是文件。
但是在程序设计中，一般谈的文件有两种：程序文件、数据文件（从文件功能的角度来分类的）。
程序读写该文件时，可能从这个文件里读数据放到程序里或者把程序里的数据写到文件里——数据文件
程序文件：
包括源程序文件（后缀为.c）,目标文件（windows环境后缀为.obj）,可执行程序（windows环境后缀为.exe）。
注：目标文件是程序编译过程中产生的临时文件
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。
注：
- 在之前所处理数据的输入输出都是以终端为对象的，即从终端的键盘输入数据，运行结果显示到显示器上。
- 其实有时候也会把信息输出到磁盘上，当需要的时候再从磁盘上把数据读取到内存中使用，这里处理的就是磁盘上文件。
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+文件后缀（例如： c:\code\test.txt）
注：为了方便起见，文件标识常被称为文件名。
文件的打开和关闭
文件指针
缓冲文件系统中，关键的概念是“文件类型指针”，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。
VS2013编译环境提供的 stdio.h 头文件中有以下的文件类型声明：
struct _iobuf {
char *_ptr;
int _cnt;
char *_base;
int _flag;
int _file;
int _charbuf;
int _bufsiz;
char *_tmpfname;
};
typedef struct _iobuf FILE;
不同的C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创建一个FILE结构的变量，并填充其中的信息，使用者不必关心细节。
一般都是通过一个FILE的指针来维护这个FILE结构的变量，这样使用起来更加方便。
注：在操作文件时只需要关注文件信息区即可，打开一个文件时就会产生一个文件信息区（用来记录文件相应的变化）跟文件关联起来，文件操作时返回或者使用的都是这个文件信息区的地址。
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。
ANSIC 规定使用fopen函数来打开文件，fclose来关闭文件
fopen
fopen函数的介绍：
//打开文件
FILE * fopen ( const char * filename, const char * mode );
fopen用于打开文件
注：
- fopen函数返回值的含义是当用fopen函数打开文件时它会主动创建文件信息区并且把这个文件信息区的起始地址返回去
- 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，也相当于建立了指针和文件的关系。
- 当fopen函数遇到错误时返回NULL
- 在打开文件时文件名部分可以写成绝对路径（需要注意防止\被解释成一个转义序列符）也可以写成相对路径
打开方式如下：
| 文件使用方式 | 含义 | 如果指定文件不存在 |
|---|---|---|
| “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，建议一个新的文件 | 建立一个新的文件 |
| “a+”（读写） | 打开一个文件，在文件尾进行读写 | 建立一个新的文件 |
| “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+”（读写） | 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 |
fopen函数的使用：
实例一：
#include 实例二：
#include fclose
fclose函数的介绍：
//关闭文件
int fclose ( FILE * stream );
fclose用于关闭文件
注：不释放内存会导致内存泄漏。一个进程或一个程序它能够打开文件的数量是有限的，打开文件是一种资源，这时只打开不释放会导致后面就打不开文件了。
fclose函数的使用：
实例一：
#include 文件的顺序读写
| 功能 | 函数名 | 适用于 |
|---|---|---|
| 字符输入函数（从文件中读取一个字符） | fgetc | 所有输入流 |
| 字符输出函数（向文件中写入一个字符） | 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 |
补充：
- 输入（读取）是把硬盘中文件里的数据读到内存里的程序中去
- 输出（写入）是内存中程序的数据放到硬盘中去（或者写到文件中去）
- getchar函数适用于标准输入流的字符输入函数
fputc
fputc函数的介绍：
int fputc ( int character, FILE * stream );
fputc用于写一个字符到流（文件之类这样的流）里去或者到标准输出里
fputc函数的使用：
实例一：
实例二：
补充：
- 流是一种高度抽象的概念，硬件的读写方式是不同的，对于程序员来说写程序要操作各种各样的硬件就应该懂各种各样硬件的读写方式，但是成本太高，对于程序员的要求也太高了，要写不同的设备就要知道不同设备的读写形式，这时在程序和硬件之间抽象一个层—流，程序向流里输入数据，流再把相应的数据写到不同的设备上去。而关于具体是怎么向这些外部设备进行读写数据的时候是流关心的，程序员写程序时不需要关心只需要把数据放到流中即可。
- 打开文件写文件时其实就可以把文件理解成一个流，向文件流里写数据。
- 在C语言程序中只要运行起来就默认打开了三个流：stdin （标准输入流–键盘）、stdout （标准输出流–屏幕）、stderr （标准错误流-屏幕）。这三个流的类型都是FILE*类型的
fgetc
fgetc函数的介绍：
int fgetc ( FILE * stream );
fgetc用于从一个流（文件之类这样的流）中读一个字符里去或者到标准输入里
注：
- fgetc函数如果读取正常会返回字符的ASCII值作为一个整数，如果读取失败或者遇到文件失败的时候会返回EOF（-1）
- fgetc函数的返回类型是int类型原因是：读取的是字符，字符的ASCII值是整型的；读取失败时可能返回EOF（EOF的本质是-1），char类型变量是存放字符ASCII值的，它是没有办法存放-1这样的整形的，一个整型需要32个比特位而一个char需要8个比特位存放不下，这时就需要用整形来接收是最合适的（用int接收char绰绰有余，char接收int是不行的）。
fgetc函数的使用：
实例一：
//使用fgetc从文件流中读取数据
int main()
{
FILE* pf = fopen("test.txt", "r");
if (pf == NULL)
{
perror("fopen");
return 1;
}
//读文件
int ret = fgetc(pf);
printf("%c\n", ret); //a
ret = fgetc(pf);
printf("%c\n", ret); //b
ret = fgetc(pf);
printf("%c\n", ret); //c
//关闭文件
fclose(pf);
pf = NULL;
return 0;
}
实例二：
实例三：
fputs
fputs函数的介绍：
int fputs ( const char * str, FILE * stream );
fputs用于写一个字符串到一个流里
fputs函数的使用：
实例一：
fgets
fgets函数的介绍：
char * fgets ( char * str, int num, FILE * stream );
fgets用于从一个流里读取一个字符串
注：
- fgets函数中的参数num表示的是读取字符的最大个数（最多能读取多少个字符）
- fgets函数假设传参传递的参数是num个字符，其实真正读取的时候会读取num-1个字符，因为最后会给这个空间留一个\0的位置。
fgets函数的使用：
实例一：
fprintf
fprintf函数的介绍：
int fprintf ( FILE * stream, const char * format, ... );
fprintf函数用于将格式化数据写到流里
fprintf函数的使用：
实例一：
fscanf
fscanf函数的介绍：
int fscanf ( FILE * stream, const char * format, ... );
fscanf函数用于从流中读取格式化数据
fscanf函数的使用：
实例一：
struct S
{
char arr[10];
int num;
float sc;
};
int main()
{
struct S s = {0};
//对格式化的数据进行写文件
FILE* pf = fopen("test.txt", "r");
if (NULL == pf)
{
perror("fopen");
return 1;
}
//读文件
fscanf(pf, "%s %d %f", s.arr, &(s.num), &(s.sc));
//打印
fprintf(stdout, "%s %d %f\n", s.arr, s.num, s.sc); //abcdef 10 5.500000
//关闭文件
fclose(pf);
pf = NULL;
return 0;
}
fwrite
fwrite函数的介绍：
size_t fwrite ( const void * ptr, size_t size, size_t count, FILE * stream );
fwrite函数用于写数据到流里
fwrite函数的使用：
实例一：
注：
- 字符串以二进制的形式写进去和以文本的形式写进去的内容是一样的。
- 文本编辑器是以文本的形式打开文件查看文件内容的
fread
fread函数的介绍：
size_t fread ( void * ptr, size_t size, size_t count, FILE * stream );
fread函数用于从一个流里读数据
注：
- fwrite函数是把ptr里面count个size大小的数据写到流里面去，而fread函数是从流里面读取count个大小为size的数据放到ptr所指向的空间中去。
- fread函数返回的是实际读取完整元素的个数（真实读到的数据）。当fread函数的返回值如果小于实际要读取的count个数说明这次读取fread已经读完了不可能再读到数据了。这次读完下次就不要再读了。
fread函数的使用：
实例一：
//fread读取
struct S
{
char arr[10];
int num;
float sc;
};
int main()
{
struct S s = {0};
//二进制的形式读
FILE*pf = fopen("test.txt", "r");
if (pf == NULL)
{
perror("fopen");
return 1;
}
//读文件
fread(&s, sizeof(struct S), 1, pf);
printf("%s %d %f\n", s.arr, s.num, s.sc);//abcde 10 5.500000
//关闭文件
fclose(pf);
pf = NULL;
return 0;
}
经典面试题
对比一组函数：
scanf/fscanf/sscanf
printf/fprintf/sprintf
sscanf
sscanf函数的介绍：
int sscanf ( const char * s, const char * format, ...);
sscanf函数用于从字符串中读取格式化数据
sscanf函数的使用：
实例一：
#include sprintf
sprintf函数的介绍：
int sprintf ( char * str, const char * format, ... );
sprintf函数用于写格式化的数据到字符串中
sprintf函数的使用：
实例一：
#include 总结：
- scanf函数是针对标准输入的格式化的输入语句- stdin
- fscanf函数是针对所有输入流的格式化的输入语句- stdin、文件
- sscanf函数是从一个字符串中读取一个格式化的数据（把一个字符串转换成格式化的数据）
- printf函数是针对标准输出的格式化输出语句- stdout
- fprintf函数是针对所有输出流的格式化输出语句- stdout、文件
- sprintf函数是把格式化的数据写到字符串中（把一个格式化的数据转换成字符串）
文件的随机读写
fseek
fseek函数的介绍：
fseek函数的作用是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 );
注：
- origin表示的是起始位置，起始位置值的选项有三个SEEK_SET（文件的起始位置）、SEEK_CUR（当前文件指针的位置）、SEEK_END（文件的末尾）
- fseek函数偏移的单位是字节
fseek函数的使用：
实例一：
int main()
{
FILE* pf = fopen("test.txt", "r");
if (pf == NULL)
{
perror("fopen");
return 1;
}
//读取文件
int ch = fgetc(pf);
printf("%c\n", ch);//a
//调整文件指针
fseek(pf, -2, SEEK_CUR);
ch = fgetc(pf); //-1
printf("%c\n", ch);//空格
ch = fgetc(pf); //-1
printf("%c\n", ch);//空格
//关闭文件
fclose(pf);
pf = NULL;
return 0;
}
实例二：
int main()
{
FILE* pf = fopen("test.txt", "r");
if (pf == NULL)
{
perror("fopen");
return 1;
}
//读取文件
int ch = fgetc(pf);
printf("%c\n", ch);//a
//调整文件指针
fseek(pf, -1, SEEK_CUR);
ch = fgetc(pf);
printf("%c\n", ch);//a
ch = fgetc(pf);
printf("%c\n", ch);//b
//关闭文件
fclose(pf);
pf = NULL;
return 0;
}
实例三：
int main()
{
FILE* pf = fopen("test.txt", "r");
if (pf == NULL)
{
perror("fopen");
return 1;
}
//读取文件
int ch = fgetc(pf);
printf("%c\n", ch);//a
//调整文件指针
fseek(pf, 2, SEEK_CUR);
ch = fgetc(pf);
printf("%c\n", ch);//d
ch = fgetc(pf);
printf("%c\n", ch);//e
//关闭文件
fclose(pf);
pf = NULL;
return 0;
}
实例四：
int main()
{
FILE* pf = fopen("test.txt", "r");
if (pf == NULL)
{
perror("fopen");
return 1;
}
//读取文件
int ch = fgetc(pf);
printf("%c\n", ch);//a
//调整文件指针
fseek(pf, 2, SEEK_END);
ch = fgetc(pf);
printf("%c\n", ch);//空格
ch = fgetc(pf);
printf("%c\n", ch);//空格
//关闭文件
fclose(pf);
pf = NULL;
return 0;
}
ftell
ftell函数的介绍：
ftell函数是返回文件指针相对于起始位置的偏移量。
long int ftell ( FILE * stream );
ftell函数的使用：
实例一：
int main()
{
FILE* pf = fopen("test.txt", "r");
if (pf == NULL)
{
perror("fopen");
return 1;
}
//读取文件
int ch = fgetc(pf);
printf("%c\n", ch);//a
//调整文件指针
fseek(pf, -2, SEEK_END);
ch = fgetc(pf);
printf("%c\n", ch);//e
ch = fgetc(pf);
printf("%c\n", ch);//f
int ret = ftell(pf);
printf("%d\n", ret);//6
//关闭文件
fclose(pf);
pf = NULL;
return 0;
}
rewind
rewind函数的介绍：
rewind函数的作用是让文件指针的位置回到文件的起始位置。
void rewind ( FILE * stream );
rewind函数的使用：
实例一：
int main()
{
FILE* pf = fopen("test.txt", "r");
if (pf == NULL)
{
perror("fopen");
return 1;
}
//读取文件
int ch = fgetc(pf);
printf("%c\n", ch);//a
//调整文件指针
fseek(pf, -2, SEEK_END);
ch = fgetc(pf);
printf("%c\n", ch);//e
ch = fgetc(pf);
printf("%c\n", ch);//f
int ret = ftell(pf);
printf("%d\n", ret);
//让文件指针回到起始位置
rewind(pf);
ch = fgetc(pf);
printf("%c\n", ch);//a
//关闭文件
fclose(pf);
pf = NULL;
return 0;
}
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。
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。
实例一：
假如有整数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。
int main()
{
int a = 10000;
FILE* pf = fopen("test.txt", "wb");
if (pf == NULL)
{
perror("fopen");
return 1;
}
//写文件
fwrite(&a, sizeof(int), 1, pf);
fclose(pf);
pf = NULL;
return 0;
}
文件读取结束的判定
注意：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feof函数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（feof函数的作用是已经读取结束了是什么原因导致读取结束的）。
- 文本文件读取是否结束，判断返回值是否为 EOF（ fgetc ），或者 NULL（fgets）
- fgetc函数在读取结束的时候，会返回EOF。正常读取的时候，返回的是读取到的字符的ASClI码值。
- fgets函数在读取结束的时候，会返回NULL。正常读取的时候，返回存放字符串的空间起始地址。
- 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。
- fread函数在读取的时候，返回的是实际读取到的完整元素的个数。如果发现读取到的完整的元素的个数小于指定的元素个数，这就是最后一次读取了。
实例一：
//写代码把test.txt文件拷贝一份，生成test2.txt
int main()
{
FILE* pfread = fopen("test.txt", "r");
if (pfread == NULL)
{
return 1;
}
FILE* pfwrite = fopen("test2.txt", "w");
if (pfwrite == NULL)
{
fclose(pfread);
pfread = NULL;
return 1;
}
//文件打开成功
//读写文件
int ch = 0;
while ((ch = fgetc(pfread)) != EOF)
{
//写文件
fputc(ch, pfwrite);
}
if (feof(pfread)) //如果遇到文件结束会返回非0，如果遇到文件末尾EOF而结束的会返回非0
{
printf("遇到文件结束标志，文件正常结束\n");
}
else if(ferror(pfread)) //如果ferror(pfread)返回的是非0表示是因为文件读取失败而停止的
{
printf("文件读取失败结束\n");
}
//关闭文件
fclose(pfread);
pfread = NULL;
fclose(pfwrite);
pfwrite = NULL;
return 0;
}
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。
在写程序时，程序中会创建各种各样的变量，这些变量都要在内存中申请空间，这些空间申请好之后里面是存放数据的，假设这些数据来自硬盘或者读文件来的。从硬盘读到的数据首先不是要直接放到程序数据区（变量）中，而是先放到输入缓冲区中，输入缓冲区放满之后才往程序数据区放，而当在程序里产生了一些数据之后想放到硬盘上去或者存放到文件中去，先把数据放到输出缓冲区里，输出缓冲区放满之后再放到硬盘上去
当程序中有数据要写到硬盘（文件）上去，注意写数据并不是说想写就能写的，这时数据要写到硬盘上去，要让操作系统来把数据写到硬盘上去，如果数据要经过操作系统来写到硬盘上去的时候要注意操作系统来写的时候是不是要打断操作系统（OS可能这个时候做这个事情，这时OS需停下来来帮忙写数据），操作系统如果频繁的这样被打断的话，OS啥事都别干了。这时就需要缓冲区了把缓冲区的数据放满再来把缓冲区的数据一次写到硬盘上去。这样会发现操作系统的效率会提高。
测试缓冲区是否存在：
#include 注：
- 上段代码在有些编译器底下不一定能测出来
- 关闭文件时缓冲区里的数据如果没有直接写进去在文件关闭时也会把缓冲区里的信息直接写到硬盘上去的
总结：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。