【C语言】文件操作

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一、为什么使用文件

在往期博客，我们写了通讯录，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。为了使数据持久化，我们可以将数据直接存放在电脑的硬盘上。即使电脑关机，所储存的内容也不会消失。

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。(本篇博客重点讨论的是数据文件)

三、什么是文件指针

每一个被使用的文件都会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。该结构体类型是由系统声明的，取名FILE

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。

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。

例如：

四、文件的打开和关闭

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。 规定使用fopen函数来打开文件，fclose来关闭文件。

4.1 fopen函数

【文档描述】

【打开方式】

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。注意：如果文件存在，会清空内容重新读入
“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	出错
“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

【代码实例】

报错信息：没有这样的文件或者目录。我们可以打开项目所在路径：

发现路径下没有test.txt文件，接下来创建一个test.txt：

然后再运行代码，这样就能正确打开文件了

4.2 fclose函数

【文档描述】

【代码示例】

#include 

int main()
{
	// 以读的方式打开test.txt
	FILE* pf = fopen("test.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		// 说明打开失败
		// 打印错误信息
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	// 文件使用
	// 暂时不写
	// ...

	//关闭文件
	int res = fclose(pf);
	if (res == 0)
	{
		printf("关闭成功\n");
	}
	else
	{
		printf("关闭失败\n");
	}
	pf = NULL;
	return 0;
}

【输出结果】

五、文件的顺序读写

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

5.1 fputc函数 — 往文件中写一个字符

【文档描述】

【代码样例】

#include 

int main()
{
	// 以写的方式打开test.txt
	FILE* pf = fopen("test.txt", "w");
	if (pf == NULL)
	{
		// 说明打开失败
		// 打印错误信息
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	// 文件使用
	// 往文件中写入abcdef
	for (char i = 'a'; i <= 'f'; i++)
	{
		fputc(i, pf);
	}

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

当文件运行起来后，我们再查看当前路径下的test.txt文件的内容：

5.2 fgetc — 向文件读取一个字符

【文档描述】

【代码样例】

#include 

int main()
{
	// 以读的方式打开test.txt
	FILE* pf = fopen("test.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		// 说明打开失败
		// 打印错误信息
		perror("fopen");
		return 1;
	}

	// 文件使用
	// 往文件中读一个字符
	for (int i = 0; i < 6; i++)
	{
		int ch = fgetc(pf);
		printf("%c ", (char)ch);
	}

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

【输出结果】

5.3 fputs – 往文件中写入一行内容

【文档描述】

【代码示例】

#include 

int main()
{
	// 以读的方式打开test.txt
	FILE* pf = fopen("test.txt", "w");
	if (pf == NULL)
	{
		// 说明打开失败
		// 打印错误信息
		perror("fopen");
		return 1;
	}

	// 文件使用
	// 往文件中写一行内容
	fputs("hello\nworld", pf);

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

当文件运行起来后，我们再查看当前路径下的test.txt文件的内容：

这里需要注意的是：因为一开始我们往test.txt文件中写入了abcdef，如果再次以“w”的方式写入新的内容，原来的内容就会被覆盖掉

5.4 fgets

fgets是向文件读取一行内容

【文档描述】

【代码示例】

#include 

int main()
{
	// 以读的方式打开test.txt
	FILE* pf = fopen("test.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		// 说明打开失败
		// 打印错误信息
		perror("fopen");
		return 1;
	}

	// 文件使用
	// 往文件中读一行内容
	char arr[20] = { 0 };
	fgets(arr, 20, pf);
	printf("%s\n", arr);

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

【输出结果】

5.5 fprintf — 格式化的形式写入到文件中

【文档描述】

【代码示例】

#include 

struct S
{
	char name[20];
	int age;
	int money;
};

int main()
{
	struct S s1 = { "张三", 18, 200000 };

	// 以写的方式打开test.txt
	FILE* pf = fopen("test.txt", "w");
	if (pf == NULL)
	{
		// 说明打开失败
		// 打印错误信息
		perror("fopen");
		return 1;
	}

	// 文件使用
	// 格式化写入文件
	fprintf(pf, "姓名:%s\n年龄:%d\n工资:%d", s1.name, s1.age, s1.money);

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

【输出结果】

5.6 fscanf — 格式化读取文件

【文档描述】

【代码示例】

#include 

struct S
{
	char name[20];
	int age;
	int money;
};

int main()
{
	struct S s1 = { 0 };

	// 以读的方式打开test.txt
	FILE* pf = fopen("test.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		// 说明打开失败
		// 打印错误信息
		perror("fopen");
		return 1;
	}

	// 文件使用
	// 格式化读取文件，放到结构体变量s1
	fscanf(pf, "%s %d %d", s1.name, &(s1.age), &(s1.money));
	
	// 打印变量s1
	printf("%s %d %d", s1.name, s1.age, s1.money);

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

5.7 fwrite — 二进制输出

【文档描述】

【代码示例】

#include 

struct S
{
	char name[20];
	int age;
	double money;
};

int main()
{
	struct S s1 = { "张三", 17, 20000.5};

	// 以二进制写的方式打开test.txt
	FILE* pf = fopen("test.txt", "wb");
	if (pf == NULL)
	{
		// 说明打开失败
		// 打印错误信息
		perror("fopen");
		return 1;
	}

	// 文件使用
	// 格式化写入文件
	fwrite(&s1, sizeof(struct S), 1, pf);

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

【程序结果】

5.8 fread — 二进制输入

【文档描述】

【代码样例】

#include 

struct S
{
	char name[20];
	int age;
	double money;
};

int main()
{
	struct S s1 = {0};

	// 以二进制读的方式打开test.txt
	FILE* pf = fopen("test.txt", "rb");
	if (pf == NULL)
	{
		// 说明打开失败
		// 打印错误信息
		perror("fopen");
		return 1;
	}

	// 文件使用
	// 格式化写入文件

	// 以下代码是将文件的内容打印到结构体中
	fread(&s1, sizeof(struct S), 1, pf);

	//打印结构体s1
	printf("%s %d %lf\n", s1.name, s1.age, s1.money);

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

【输出结果】

六、补充：C语言中的流

6.1 什么是流

• 在C语言中，stdin是标准输入流，它代表标准输入设备，通常指的是键盘。它是一个预定义的FILE指针，用于读取用户输入的数据。可以使用scanf等函数从stdin中读取数据。

• stdout是标准输出流，它代表标准输出设备，通常指的是屏幕。它也是一个预定义的FILE指针，用于向屏幕输出数据。可以使用printf等函数将数据输出到stdout。

• stderr是标准错误流，通常指的是屏幕。它也是一个预定义的FILE指针。

以上三个标准流在C语言中是默认打开的，无需手动打开或关闭。它们是C语言中常用的输入输出方式，使得程序可以与用户进行交互，从键盘读取输入并将结果输出到屏幕。

6.2 对比两组函数

6.2.1 scanf、fscanf、sscanf

• scanf是从键盘上读取格式化数据，它只针对输入流stdin

• fscanf是针对所有的输入流的，就是它既支持输入流stdin（如下），同时也支持文件流（以上例子）
  

• sscanf是从一个字符串里读取格式化的数据

【代码示例】

6.2.2 printf、fprintf、sprintf

• printf是把数据写到（输出）屏幕上，它只针对输出流stdout

• fprintf是针对所有输出流的格式化的输出函数，就是它既支持输入流stdin（如下），同时也支持文件流（讲过）
  

• sprintf是将格式化的数据到字符串里
  

【代码示例】

#include 

typedef struct S
{
	char name[20];
	int age;
}S;

int main()
{
	S s1 = { "张三", 18 };
	char arr[20] = "0";
	sprintf(arr, "%s %d", s1.name, s1.age);
	printf("%s\n", arr);
	return 0;
}

【输出结果】

七、文件的随机读写

7.1 rewind

rewind让文件指针的位置回到文件的起始位置

void rewind ( FILE * stream );

7.2 ftell

ftell返回文件指针相对于起始位置的偏移量

long int ftell ( FILE * stream );

7.3 fseek

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 );

• long int offset相对于起始位置的偏移量
• origin指针的位置，第三个参数一般有三个取值
  

【代码示例】

假设test.txt的内容为abcdef

#include
int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	char ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);//打印a
	
	ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);// 打印b
	
	ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);// 打印c
	
	fseek(pf, -2, SEEK_CUR);
	ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);
	return 0;
}

在上面这段代码中，我们先正常读取了abc，此时pf指向了d，然后使用fessk，将其调整为当前位置向左边走两个字节。就变成了b的位置。再次读取，结果为b

八、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。

【测试代码】

#include
int main()
{
	int a = 10000;
	FILE* pf = fopen("test.txt", "wb");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	fwrite(&a, sizeof(a), 1, pf);
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

九、文件读取结束的判定

9.1 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的时候，判断是读取失败结束，还是遇到文件尾结束 。如果想知道函数的返回值，建议大家可以去查阅函数文档。>查询地址

十、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

比如说：
将数据存储到硬盘，也就是文件中的时候，我们的 数据是先写在缓冲区，当缓冲区满了或者我们主动刷新缓冲区才可以将数据写入硬盘中
而主动刷新缓冲区有两种方式：

1. 使用`fflush刷新缓冲区
2. fclose函数关闭文件的时候，也会刷新缓冲区

【测试代码】

#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;
}

因此得出一个结论：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