C语言有关文件的操作

打开文件与关闭文件

在编写代码时，我有一个习惯是“保证一一对应”。
写下代码fopen()之后，还没有写对文件进行增删查改等操作的代码，先立刻写上fclose()，避免忘记关闭FILE* fd的情况。

不关闭fd，在fopen()次数较少的情况下，系统不会出现错误，但是当打开的fd多了，会造成段错误。这类问题需要反复调用fopen()才会出现错误，如果测试次数不多的话容易忽略该问题，因此建议fopen()与fclose()配套使用，避免此类问题。

在fopen()打开文件后，还需要需要判断文件指针是否为NULL，这一步是必要的，否则接下来的fclose(NULL)会造成段错误。

文件的打开模式与随机访问

文件的随机访问依赖于两个函数：fseek()与ftell()。fseek()函数将文件看作数组，可以移动至任意字节处。

文件的打开方式限制了fseek()的功能。假设有文件test.bin，文件的原始内容如下，文件大小为5字节：

设计如下程序：

#include 
#include 
#include 

int main()
{   
    // 打开文件
    // 文件原始内容为0x11 0x22 0x33 0x44 0x55，共5字节
    FILE* fd = fopen("/home/qnh/Desktop/film/test.bin", "ab");
    if(NULL == fd)
    {
        printf("FILE[%s] \n LINE[%d] \n FUN[%s]: Open file failed ! \n", __FILE__, __LINE__, __FUNCTION__);
        return 0;
    }

    // 读取文件内容并显示
    fseek(fd, 3, SEEK_SET);
    int offset = ftell(fd);
    printf("offset_after_fseek: %d \n", offset);
    int ch = getc(fd);
    printf("ch: %02x \n", ch);

    offset = ftell(fd);
    printf("offset_after_getc: %d \n", offset);

    // puts()方法向文件中写入数据
    putc(0xAA, fd);
    offset = ftell(fd);
    printf("offset_after_puts: %d \n", offset);

    // fwrite()方法向文件中写入数据
    fseek(fd, 3, SEEK_SET);
    unsigned char data[2] = {0xBB, 0xCC};
    fwrite(data, 1, 2, fd);
    offset = ftell(fd);
    printf("offset_after_fwrite: %d \n", offset);

    fclose(fd);
}

举例来说，以"ab"模式打开文件，并使用fseek()移动文件指针。先进行读操作，此时使用ftell()输出文件的当前位置，可以发现，文件指针是移动至offset的的，但是使用getc()函数，无法读取到文件在该偏移量的内容，读取到的内容是0xFF，这是合理的，因为"ab"模式是写模式，并没有读取文件内容的权限，如果使用"ab+"模式打开文件，就可以读取文件内容了。

再测试一下写操作，可以发现，写入的0xAA以及0xBB、0xCC被追加到了文件的末尾，而不是offset处，并且此时ftell()显示文件指针移动到了文件的末尾。说明"a模式"下写入数据的情况，与fseek()函数移动的文件指针无关，数据只能追加到文件的末尾。见参考链接【1】。

文件结束符EOF

见参考链接【2】

EOF 是 End Of File 的缩写。在C语言中，它是在标准库中定义的一个宏，在数值上为int类型的-1（0xFFFFFFFF）。
在《C primer plus》的13.2.4 文件结尾章节，有如下描述：

如果getc()函数在读取一个字符时发现是文件结尾，它将返回一个特殊值EOF。所以C程序只有在读到超过文件末尾时才会发现文件的结尾。

这句话书里写的比较混乱，我第一次读产生了歧义。
首先，书中的文件结尾和文件末尾是两个不同的概念，我的理解是，文件末尾是文件的最后一个字节，而文件结尾是一个“哨兵”字符，指向文件末尾的后一个字节，也就是SEEK_END。
其次，不要认为EOF是附加在文件结尾处的字符，实际上文件的结尾并不存在一个EOF字符，EOF表示一种状态。getc()函数读到超过文件末尾时，会发现文件已经结束了，此时getc()返回EOF。

书的13.5.1 fseek()和ftell()的工作原理一章，表13.3将SEEK_END和文件末尾混为一谈，与13.2.4 文件结尾的超过文件末尾时才会发现文件的结尾产生了矛盾。
鉴于书中这几个章节的混乱，我建议抛弃文件末尾的概念，只留“文件结尾 = SEEK_END”这个概念，概念解释图如下：

当getc()读完整个文件，此时满足(ch == EOF)时，文件指针指向了SEEK_END处，此时想要读取文件的最后一个字节，需要从SEEK_END处回退一个字节。

fseek(fd, -1, SEEK_END);

当文件指针指向SEEK_END时，ftell()表示文件开始处到SEEK_END的字节数，也可以认为是从文件开始处移动到SEEK_END所需要的次数，也可以认为是文件的大小。

获取文件内容

在工程中经常需要逐字节获取文件内容。

如果使用while()循环+判断EOF的方法，getchar、getc、fgets的返回值需要使用int类型变量接收，如果使用char类型变量接收，可能会导致错误。

int main()
{   
    FILE* fd = fopen("/home/qnh/Desktop/film/test.bin", "rb+");
    if(NULL == fd)
    {
        printf("FILE[%s] \n LINE[%d] \n FUN[%s]: Open file failed ! \n", __FILE__, __LINE__, __FUNCTION__);
        return 0;
    }

    int ch = getc(fd);
    while(EOF != ch)
    {
        printf("%02x ", ch);
        ch = getc(fd);
    }

    fclose(fd);
}

使用char类型变量可能产生错误的原因在于，假设getc()读取到的字节为0xFF，则getc()返回值为0x000000FF，赋值给char类型的ch后，ch的值为0xFF，那么(EOF == ch)条件将会成立，而此时文件尚未读到结尾，while()循环会提前退出。见参考链接【3】。

或者先获取文件的大小，再使用for()循环读取文件，这种方法就不需要使用EOF了。
获取文件大小后，循环的次数就确定了，可以使用for()循环获取文件内容，此时可以使用char类型变量接收。
需要注意文件指针的位置，我常用的做法是在使用ftell()前，先将文件指针移动至SEEK_END处，使用ftell()后，再将文件指针移动至SEEK_SET处，从头开始遍历文件。

int main()
{   
    FILE* fd = fopen("/home/qnh/Desktop/film/test.bin", "rb+");
    if(NULL == fd)
    {
        printf("FILE[%s] \n LINE[%d] \n FUN[%s]: Open file failed ! \n", __FILE__, __LINE__, __FUNCTION__);
        return 0;
    }

    fseek(fd, 0, SEEK_END);
    int size = ftell(fd); // 获取文件大小
    fseek(fd, 0, SEEK_SET);
    for(int i = 0; i < size; i++)
    {
        printf("%02x ", getc(fd));
    }

    fclose(fd);
}

参考连接

【1】https://blog.csdn.net/veghlreywg/article/details/103348856
【2】https://blog.csdn.net/chenaibo/article/details/6062773
【3】https://blog.csdn.net/fengyuruhui/article/details/1682495