【零天赋C语言】——详解C语言文件操作

一、文件的介绍

1.1 为什么使用文件

• 在学了结构体之后，运用所学的知识写了通讯录的程序， 当通讯录运行起来时，可以对通讯录进行操作，此时数据是储存在内的，但是当程序退出时，通讯录中的数据就不存在了。这明显不是我们所要的通讯录。
• 所以我们想能不能把通讯录的信息给永久的存储下来，只有在删除的时候才会消失，这时我们可以使用文件将通讯录中的数据同步到本地磁盘上，做到了数据的持久化。

1.2 什么是文件

• 磁盘上的文件是文件
• 但是在程序设计中，我们一般说的文件有两种：程序文件、数据文件（从文件的功能角度来分类的）。

1.2.1 程序文件

• 包括源程序文件（后缀为.C），目标文件（Windows环境下后缀为.obj），可执行程序（Windows环境下后缀为.exe）。

1.2.2 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入内容的文件。

1.3 文件名

• 一个文件要有一个唯一的的文件标识，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： c:\code\test.txt

二、文件的打开和关闭

2.1 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，文件的状态及文件当前的位置）。这些信息是保存在一个结构体变量中的。该结构类型是有系统声明的，取名FILE。

例如，在VS2013编译环境下提供的stdio.h头文件中有以下的文件声明：

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，使用者不必关系细节。

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。

例：

•  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：

2.2 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);

文件使用方式	含义	如果指定文件不存在
"r" （只读）	为了输出数据，打开一个已经存在的的文本文件	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，建立一个新的文件	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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 例：

#include
int main()
{
	//打开文件
	FILE* pf = fopen("test.txt", "w");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//文件操作

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

三、文件的顺序读取

3.1 输入输出函数

•  字符输入输出函数 ——fgetc / fputc

#include
int main()
{
	//打开文件
	FILE* pf = fopen("test1.txt", "w");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}

	fputc('a', pf);
	fputc('b', pf);
	fputc('c', pf);
	fputc('d', pf);
	fputc('e', pf);
	fputc('f', pf);

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

 

#include
int main()
{
	FILE* pf = fopen("test1.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}

	int ch = 0;
	ch = fgetc(pf);
	printf("%c", ch);
	ch = fgetc(pf);
	printf("%c", ch);
	ch = fgetc(pf);
	printf("%c", ch);
	ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);

	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

 

 

•  文本行输入输出函数—— fegts / fputs

#include
int main()
{
	//打开文件
	FILE* pf = fopen("test2.txt", "w");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}

	fputs("zhouge", pf);

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

#include
int main()
{
	//打开文件
	FILE* pf = fopen("test2.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	char s1[20] = { 0 };
	fgets(s1, 8, pf);
	printf("%s\n", s1);
	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

 

• 格式化输入输出函数——fscanf / fprintf

#include
struct S
{
	char name[20];
	int age;
	double b;
};
int main()
{
	struct S s = { "zhangsan", 20, 10.9};
	FILE* pf = fopen("test4.txt", "w");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	fprintf(pf, "%s %d %lf\n", s.name, s.age, s.b);
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

struct S
{
	char name[20];
	int age;
	double b;
};
int main()
{
	struct S s = { 0 };
	FILE* pf = fopen("test4.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	fscanf(pf, "%s %d %lf\n", s.name, &(s.age), &(s.b));
	printf("%s %d %lf\n", s.name, s.age, s.b);
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

 

•  二进制输入输出

struct S
{
	char name[20];
	int age;
	double b;
};
int main()
{
	struct S s = { "zhangsan", 20, 20.9 };
	FILE* pf = fopen("test4.txt", "wb");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	fwrite(&s, sizeof(struct S), 1, pf);

	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

 

struct S
{
	char name[20];
	int age;
	double b;
};
int main()
{
	struct S s = { 0 };
	FILE* pf = fopen("test4.txt", "rb");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	fread(&s, sizeof(struct S), 1, pf);
	printf("%s %d %lf\n", s.name, s.age, s.b);
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

 

 3.2 对比一组函数

1. printf / fprintf / sprintf 
2. scanf / fscanf / sscanf

首先来了解sscanf函数和sprintf函数：

• sscanf函数是把一个字符串转换成格式化的数据
• sprintf函数是把一个格式化的数据转换成字符串

struct S
{
	char name[20];
	int age;
	double b;
};
int main()
{
	struct S s = { "zhangsan", 20, 19.9 };
	struct S a = { 0 };
	char buf[256] = { 0 };

	sprintf(buf, "%s %d %lf", s.name, s.age, s.b);
	printf("%s\n", buf);

	//从buf字符串中提取结构体数据
	sscanf(buf, "%s %d %lf", a.name, &(a.age), &(a.b));
	printf("%s %d %lf\n", a.name, a.age, a.b);
	return 0;
}

总结：

• scanf——格式化的输入函数
• printf——格式化的输出函数
• fscanf——针对所有输入流的格式化的输入函数
• fprintf——针对所有输出流的格式化的输出函数
• sscanf——把一个字符串转换成格式化的数据
• sprintf——把一个格式化的数据转换成字符串

四、文件的随机读取

4.1 fseek 

根据文件指针的位置和偏移量来定位文件指针

SEEK_SET——文件起始位置

SEEK_END——文件末尾位置

SEEK_CUR——文件指针当前位置

例：

#include
int main()
{
	FILE* pf = fopen("test5.txt", "w");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	fputs("This is an apple.", pf);
	fseek(pf, 9, SEEK_SET);
	fputs(" sam", pf);
	fclose(pf);
	return 0;
}

 

 4.2 ftell

返回文件指针相对于起始位置的偏移量

 

 例：

#include
int main()
{
	FILE* pf = fopen("test5.txt", "w");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	fputs("zhangsan", pf);
	long n = ftell(pf);
	printf("%d\n", n);
	fseek(pf, -3, SEEK_CUR);
	n = ftell(pf);
	printf("%d\n", n);
	fclose(pf);
	return 0;
}

 

4.3  rewind

让文件指针的位置回到文件的起始位置

 例：

#include
int main()
{
	FILE* pf = fopen("test5.txt", "w");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	fputs("zhangsan", pf);
	long n = ftell(pf);
	printf("%d\n", n);
	rewind(pf);
	n = ftell(pf);
	printf("%d\n", n);
	fclose(pf);
	return 0;
}

 五、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字符的形式储的文件就是文本文件。

一个数据在内存中是怎么储存的呢？

 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。

例如：

#include 
int main()
{
	int a = 10000;
	FILE* pf = fopen("test6.txt", "wb");
	fwrite(&a, 4, 1, pf);//二进制的形式写到文件中
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

 

 六、文件读取结束的判定

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。

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：

1. fgetc 判断是否为 EOF .
2. 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：

1. fread判断返回值是否小于实际要读的个数。

七、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。

 例如：

 

#include 
#include 

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;
}

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。