C语言--文件操作（2）

前言

        在上篇我们学习了文件操作的相关函数，今天我们就来探索二进制文件和文件缓冲区的知识。

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1. 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）。
  

#include 
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;
}

        当我们运行这段代码后，用文本方式打开"test.txt"文档时显示的是乱码，如果以二进制的方式打开就可以正常显示了

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2. 文件读取结束的判定

2.1 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。
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：

• fgetc 判断是否为 EOF .
• 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：

• fread判断返回值是否小于实际要读的个数。

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正确的使用：
文本文件的例子：

#include 
#include 
int main(void)
{
	int c; // 注意：int，非char，要求处理EOF
	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);
}

注意：1.ferror--文件在读取结束后，用来判断文件是否在读取过程中发生错误而结束。

            2.feof--件在读取结束后，用来判断文件是否在读取过程中遇到文件结束标志而结束。

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二进制文件列子：

#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);
}

        当代码走到（if (ret_code == SIZE)）这里时，判断在进行读取操作时，是否成功读取到这么多字节的数据，如果是则打印出来，不是则交给feof和ferror判断，到底出现了什么错误导致读取结束。

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3. 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。

        为什么不见数据直接放到硬盘，而是通过缓冲区呢？当我们使用fputc，fwrite这些函数时，是要调用系统接口的，如果频繁的调用，会降低操作系统效率，因为系统不止服务这一个程序，如果把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。这样就可以大大的提高操作系统的效率。

证明缓冲区的存在：

#include 
#include 
//VS2022 WIN11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;
}

睡眠10秒-已经写数据了，打开test.txt文件，发现文件没有内容

再睡眠10秒-此时，再次打开test.txt文件，文件有内容了

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。