【C语言】文件操作

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前言：

一、为什么使用文件

二、什么是文件

（一）程序文件

（二）数据文件

（三）文件名

三、文件的打开和关闭

（一）文件指针

（二）文件的打开和关闭

四、文件的顺序读写

（一）对比一组函数

五、文件的随机读写

（一）fseek

（二）ftell

（三）rewind

六、文本文件和二进制文件

七、文件读取结束的判定

（一）被错误使用的feof

（二）正确的使用

八、文件缓冲区

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前言：

本篇文章主要围绕C语言是如何操作文件的，并将介绍几种文件操作函数，喜欢的读者点赞收藏+关注支持一波博主吧

一、为什么使用文件

我们每次运行程序都是需要从初始的数据进行操作，那么我们可不可以在每次程序退出前保存一下我们修改过的数据，下一次再操作这些数据时能不能从上一次保存的数据开始进行呢？

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）。

（一）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）。

（二）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。

本章讨论的是数据文件。 在学习文件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（标准输入流），运行结果显示到显示器上（标准输出流）。

其实有时候我们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的文件。 

（三）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

（一）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.

例如，VS2013编译环境提供的 stdio.h 头文件中有以下的文件类型申明：

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。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。 比如： 

（二）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。(养成好习惯，关闭后将文件指针置空)

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);

什么是流呢？ 流是一种抽象概念，比如水流，对于计算机来说就是数据流，比如上面的指针变量FILE*。

C语言程序，只要运行起来，默认打开3个流：

• 标准输入流：stdin
• 标准输出流：stdout
• 标准错误流：stderr

 实例代码：

int main()
{
    FILE* pFile;
    //打开文件
    pFile = fopen("myfile.txt", "w");
    //文件操作
    if (pFile != NULL)
    {
        fputs("fopen example", pFile);
        //关闭文件
        fclose(pFile);
        pFile = NULL;
    }
    return 0;
}

fopen第一个参数为const char* filename。

• 不带路径的写法：像上面实例中"myfile.txt"就是当前目录下myfile.txt文件。
• 带路径的写法："E:\\test\\2023\\test_23_7_16\\myfile.txt"，注意'\'要额外加'\'转义，另外如果是当前目录下Debug文件夹内的myfile文件就是".\\Debug\\myfile.txt"，上一级目录下test_23_7_16文件夹内的Debug文件夹内的myfile文件就是"..\\test_23_7_16\\Debug\\myfile.txt"，即当前目录加.，上一级目录加..。

fopen第二个参数为const char* mode。

对应就是上表给出的文件使用方式，像上面实例中"w"，就是只写的意思。

四、文件的顺序读写

下面的函数都是按照顺序读写的规则进行的，即文件指针（内部文件位置指示符）都是按顺序向后移动的，具体移动多少取决于函数。

 简单介绍其中的一些函数：

文本行输入函数fgets

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

该函数的功能是从流中读取（num-1）个字符放到字符串str中。

注：换行符使fgets停止读取，但它被函数视为有效字符一并读取。 

文本行输出函数fputs 

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

该函数的功能是将str字符串写入流。

注：'\0'不会被写入流，且fputs不会自己换行。

格式化输入输出函数见下表。

二进制输入fread

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

 该函数的功能是从流中读取count个size大小的数据到ptr处。

实例应用：

struct S
{
	int a;
	float s;
	char str[10];
};

int main()
{
	struct S s = { 0 };

	FILE* pf = fopen("data.txt", "rb");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//读文件
	fread(&s, sizeof(struct S), 1, pf);
	printf("%d %f %s\n", s.a, s.s, s.str);

	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

二进制输出fwrite 

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

 该函数的功能是从ptr开始写count个size大小的数据到流中。

实例应用：

struct S
{
	int a;
	float s;
	char str[10];
};

int main()
{
	struct S s = { 99, 6.18f, "bit" };

	FILE* pf = fopen("data.txt", "wb");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//写文件
	fwrite(&s, sizeof(struct S), 1, pf);

	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

（一）对比一组函数

scanf/fscanf/sscanf

printf/fprintf/sprintf

五、文件的随机读写

（一）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);

 该函数的功能是重新设置文件指针位置（内部文件位置指示符），设置的依据为从参数origin处开始偏移，偏移量为offset，注偏移量可正可负，具体取决于相对origin向前或向后偏移。

origin有三个选择：

• SEEK_SET文件起始位置
• SEEK_CUR文件指针当前位置
• SEEK_END文件结束位置

实例：

int main()
{
	FILE* pFile;
	pFile = fopen("example.txt", "wb");
	fputs("This is an apple.", pFile);
	fseek(pFile, 9, SEEK_SET);
	fputs(" sam", pFile);
	fclose(pFile);
	return 0;
}

 程序结果：This is a sample.

（二）ftell

返回文件指针相对于起始位置的偏移量。

long int ftell(FILE* stream);

 实例：

int main()
{
	FILE* pFile;
	long size;
	pFile = fopen("myfile.txt", "rb");
	if (pFile == NULL) perror("Error opening file");
	else
	{
		fseek(pFile, 0, SEEK_END);   // non-portable
		size = ftell(pFile);
		fclose(pFile);
		printf("Size of myfile.txt: %ld bytes.\n", size);
	}
	return 0;
}

分析：改代码将会打印文件myfile.txt的大小，假设文件中存放的是ABCDEF，首先fseek会将文件指针置为文件结束位置F，ftell会计算文件结束位置相较于起始位置的偏移量也就是6。

（三）rewind

让文件指针的位置回到文件的起始位置。

void rewind(FILE* stream);

 实例：

int main()
{
	int n;
	FILE* pFile;
	char buffer[27];
	pFile = fopen("myfile.txt", "w+");
	for (n = 'A'; n <= 'Z'; n++)
		fputc(n, pFile);
	rewind(pFile);
	fread(buffer, 1, 26, pFile);
	fclose(pFile);
	buffer[26] = '\0';
	puts(buffer);
	return 0;
}

分析：我们知道fputc是顺序读写函数，所以执行完for循环后，文件指针此时已经指向文件结束位置，然后利用rewind重置文件指针到起始位置，再利用fread读取pFile流的内容到buffer中，最后输出。 

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（硬盘），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（不加转换）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）。

  如何利用VS查看二进制文件呢？

测试：

int main()
{
	int a = 10000;
	FILE* pf = fopen("test.txt", "wb");
	fwrite(&a, 4, 1, pf);//二进制的形式写到文件中
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

 如图所示，显示结果与我们分析的一样。 

七、文件读取结束的判定

（一）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（已经结束）的时候，判断是读取失败结束，还是遇到文件尾结束。

• 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。
• 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（实际读到的个数）是否小于实际要读的个数。

（二）正确的使用

1、文本文件的例子： 

#include 
#include 
int main(void)
{
    int c; // 注意：int，非char，要求处理EOF，承接fgetc的返回值为int型，且EOF为-1
    FILE* fp = fopen("test.txt", "r");
    if (!fp) {
        perror("File opening failed");
        return EXIT_FAILURE;
    }
    //fgetc 当读取失败的时候或者遇到文件结束的时候，都会返回EOF
    while ((c = fgetc(fp)) != EOF) // 标准C I/O读取文件循环
    {
        putchar(c);
    }
    //判断是什么原因结束的
    if (ferror(fp))
        puts("I/O error when reading");
    else if (feof(fp))
        puts("End of file reached successfully");
    fclose(fp);
}

2、 二进制文件的例子：

#include 
enum { SIZE = 5 };
int main(void)
{
    double a[SIZE] = { 1.,2.,3.,4.,5. };
    FILE* fp = fopen("test.bin", "wb"); // 必须用二进制模式
    fwrite(a, sizeof * a, SIZE, fp); // 写 double 的数组
    fclose(fp);
    double b[SIZE];
    fp = fopen("test.bin", "rb");
    size_t ret_code = fread(b, sizeof * b, SIZE, fp); // 读 double 的数组
    if (ret_code == SIZE) 
    {
        puts("Array read successfully, contents: ");
        for (int n = 0; n < SIZE; ++n) 
            printf("%f ", b[n]);
        putchar('\n');
    }
    else 
    { // error handling
        if (feof(fp))
            printf("Error reading test.bin: unexpected end of file\n");
        else if (ferror(fp)) {
            perror("Error reading test.bin");
        }
    }
    fclose(fp);
}

八、文件缓冲区

ANSI C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。

#include 
#include 
//VS2013 WIN10环境测试
int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.txt", "w");
	fputs("abcdef", pf);//先将代码放在输出缓冲区
	printf("睡眠10秒-已经写数据了，打开test.txt文件，发现文件没有内容\n");
	Sleep(10000);
	printf("刷新缓冲区\n");
	fflush(pf);//刷新缓冲区时，才将输出缓冲区的数据写到文件（磁盘）
	//注：fflush 在高版本的VS上不能使用了
	printf("再睡眠10秒-此时，再次打开test.txt文件，文件有内容了\n");
	Sleep(10000);
	fclose(pf);
	//注：fclose在关闭文件的时候，也会刷新缓冲区
	pf = NULL;
	return 0;
}

这里可以得出一个结论：

因为有缓冲区的存在，C语言在操作文件的时候，需要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。

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有关文件操作的内容就到这里，C语言的系列文章马上就要结束了，读者朋友们点赞收藏+关注支持一波博主吧，关注博主不迷路