C语言 --- 文件操作(万字详解)

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前言

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专栏：C语言学习
本章内容：文件操作
送给各位：“落幕下的花店 玫瑰将荒野的故事告诉风烟 我始终相信 海压竹枝低复举 风吹山角晦还明.”
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提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考

一、为什么使用文件

我们前面学习结构体时，写通讯录的程序，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。
我们在想既然是通讯录就应该把信息记录下来，只有我们自己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，我们一般股教据持久化的方法有，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、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(从文件功能的角度来分类的)。

2.1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)。

2.2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。

2.3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，文件标识常被称为文件名。

三、文件的打开和关闭

3.1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。声明的，取名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。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与它关联的文件。

3.2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。
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。
ANSIC规定使用fopen函数来打开文件，fclose来关闭文件。*

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

这是有返回值的所以我们需要判断是否打开成功

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	建立一个新文件
“ab”(追加)	向一个二进制文件尾添加数据	建立一个新的文件
"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

通过上面关于读写的规定我们可以看到当文件夹中没有此文件用"r"的方式会报错，但是用"w"方式会创建一个新的文件夹(如果里面有东西也会被销毁)

#include
int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.txt", "w");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

四、文件的顺序读写

3.1顺序读写函数介绍

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

3.2fputc函数 — 写文件

假设我们在这个test.txt中以写的方式写入26个英文字母

#include
int main()
{
	//打开文件
	FILE* pf = fopen("test.txt", "w");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//写文件
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 26; i++)
	{
		fputc('a'+i, pf);
	}
	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

3.3fgetc函数 ---- 读文件

fgetc是可能读取失败的返回EOF(-1);或者遇到文件末尾返回EOF同时返回一个标记状态
同时fgetc返回的类型是int

//fgetc---读文件
#include
int main()
{
	//打开文件
	FILE* pf = fopen("test.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//读文件
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 26; i++)
	{
		int ch = fgetc(pf);//返回的是ASCII码值读错返回EOF(-1)
		printf("%c ", ch);
	}
	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

我们经过fputc函数以写的方式在文件中放入了26个字母，当我们用fgetc函数以读的形式打开文件时，就会打印我们所写入的字符，但是有人就会问了？为什么打印的是23个字母而不是a a a a…a呢？那是因为fgetc这个函数读取的时候有它自己的功能和效果，打开文件的的时候我们有指针指向a当读取a后，a放入ch中，指针就会向后移动一个，但是a还在文件中，所以fgetc读走一个，同时也会让指针向后走一个。

3.4fputs函数 ---- 写文件

#include
int main()
{
	//打开文件
	FILE* pf = fopen("test.txt", "w");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//写文件
	fputs("hello world", pf);
	fputs("abcdef", pf);
	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

我们发现输入两组数据时在文件中是不换行打印的所以我们如果想换行就需要自己在后面输入\n.

3.5fgets函数 ---- 读文件

这里num假设实际输入10个最多读取9个最后一个放\0

#include
int main()
{
	//打开文件
	FILE* pf = fopen("test.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//读文件
	char arr[20];
	fgets(arr,5,pf);
	printf("%s\n", arr);
	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

3.6fprintf函数 ---- 写文件

对于这个fprintf我们可以对比着printf

对于下面代码的结构体我们会以printf打印，我们可以看到fprintf比printf多一个参数，所以最后加上第一个参数就可以了

#include
struct S
{
	int n;
	float f;
	char arr[20];
};
int main()
{
	struct S s = { 100,3.14,"lisi" };
	//打开文件
	FILE* pf = fopen("test.txt", "w");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//写文件
	fprintf(pf,"%d %f %s",s.n ,s.f ,s.arr );

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

3.7fscanf函数 ---- 读文件

同理我们可以对比着scanf来使用fscanf。

#include
struct S
{
	int n;
	float f;
	char arr[20];
};
int main()
{
	struct S s = { 0 };
	//打开文件
	FILE* pf = fopen("test.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//写文件
	fscanf(pf, "%d %f %s", &(s.n), &(s.f), s.arr);//arr数组名不用取地址
	printf("%d %f %s\n", s.n, s.f, s.arr);
	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

3.8关于输入流输出流

一个C程序默认会打开以下三种流，同时stdout stdin stderr这三种默认都是FILE *的指针

这个a是从键盘中输入的



以上几种数据都是从键盘和屏幕中输入输出的，而非文件所以说这几种函数是适用于标准输入输出流

3.9对比一组函数

scanf针对标准输入流(stdin)的格式化的输入函数
printf 针对标准输出流(stdout)的格式化的输出函数
fscanf 针对所有输入流(文件流/stdin)的格式化输入函数
fprintf 针对所有输出流(文件流/stdout)的格式化输出函数
sscanf把字符串转换成格式化的数据
sprintf把格式化的数据转换成字符串

其中…是可变参数

#include
struct S
{
	int n;
	float f;
	char arr[20];
};
int main()
{
	//序列化和反序列化的时候可能用到
	struct S s = { 20,3.5f,"wangwu" };
	//把一个结构体转换成字符串
	char arr[200] = { 0 };
	sprintf(arr,"%d %f %s\n", s.n, s.f, s.arr);
	printf("字符串的数据：%s\n",arr);
	//把一个字符串转换成对应格式化数据
	struct S tmp = { 0 };
	sscanf(arr, "%d %f %s\n", &(tmp.n), &(tmp.f), tmp.arr);
	printf("格式化的数据：%d %f %s\n", tmp.n, tmp.f, tmp.arr);
	return 0;
}

3.10二进制写文件—fwrite

//二进制写文件 --- fwrite
#include
struct S
{
	char name[20];
	int age;
	float score;
};
int main()
{
	struct S s = { "zhangsan",19,99.5 };
	FILE* pf = fopen("text.dat", "wb");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	fwrite(&s, sizeof(struct S), 1, pf);
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

3.11二进制读文件—fread

//二进制的读文件---fread
#include
struct S
{
	char name[20];
	int age;
	float score;
};
int main()
{
	struct S s = { "zhangsan",19,99.5 };
	FILE* pf = fopen("text.dat", "rb");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	fread(&s, sizeof(struct S), 1, pf);
	printf("%s %d %f\n", s.name, s.age, s.score);
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

3.12根据上面所学改造一下通讯录

我们将它改造成文件的版本，这样当我们输入数据后，关闭程序，数据并不会被销毁，改造之前我们重新运行后，上次所输入的数据就会被删除回收
首先我们应该改在程序退出之前将信息写入文件中所以我们分装一个函数SaveContact(&con);并在contact.h中声明,在contact.c中使用



以二进制输入到文件中，我们看不懂，不过我们要读出来，我们希望打开通讯录时，在初始化通讯录时，上次输入的信息就可以加载出来
所以我们在初始化函数分装一个 LoadContact(pc);

读文件时，fread返回的是实际读到的个数，直到返回为0停止，所以我们使用while循环返回0则停止，我们通讯录默认为3个，但是如果上次输入信息为30个人显然读一个放一个第四个空间不够了所以我们放在一个临时变量中，读一个放在tmp中，然后检测容量够不够(这个检测函数我们之前写过所以只要在这个函数中使用一下就可以了)如果够我们就把tmp赋值给pc->data[pc->sz]

五、文件的随机读写

4.1fseek函数

根据文件指针的位置和偏移量来定位文件指针。



举个例子：我们在文件中放入abcdef,我们先读取4次读到d的位置，此时指针指向了e这时，我们希望读到b的位置显然就需要用到我们的fseek函数我们可以有三种方式从文件的开始位置，文件指针的当然位置和文件的末尾。

#include
int main()
{
	FILE* pf = fopen("text.dat", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	int ch=fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);
	ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);
	ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);
	ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);//当时读到的位置是d的位置指针指向e
	//如果我们想读到b我们需要让指针偏移3个位置
	//fseek(pf, -3,SEEK_CUR);
	fseek(pf, 1, SEEK_SET);
	ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

4.2ftell函数

返回文件指针相对于起始位置的偏移量

#include
int main()
{
	FILE* pf = fopen("text.dat", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	int ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);
	ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);
	ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);
	ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);
	printf("%d\n", ftell(pf));
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

4.2rewind函数

让文件指针的位置回到文件的起始位置

#include
int main()
{
	FILE* pf = fopen("text.dat", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	int ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);
	ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);
	ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);
	ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);
	rewind(pf);//我们这里使用rewind函数使文件指针回到文件起始位置
	printf("%d\n", ftell(pf));//所以这里的偏移量为0
	ch = fgetc(pf);//我们再次开始读，读到的就是a
	printf("%c\n", ch);
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

六、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(VS2013测试)。

七、文本读取结束的判定

被错误使用的feof
牢记:
在文件读取过程中，不能用feof函数的返回值直接来判断文件的是否结束。
feof的作用是:当文件读取结束的时候，判断是读取结束的原因是否是: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:

o fgetc判断是否为EOF.
o 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:

o fread判断返回值是否小于实际要读的个数。

fgetc函数返回值的分析:

读取失败返回EOF
1.遇到文件末尾，返回EOF，同时设置一个状态，遇到文件末尾了，使用feof来检测这个状念
⒉.遇到错误，返回EOF，同时设置一个状态，遇到了错误，使用ferror来检测这个状态

八、文本缓冲区

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。

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总结

Ending,今天的文件操作内容就到此结束啦~，如果后续想了解更多，就请关注我吧，一键三连哦 ~