C语言文件操作【超详细&&实例】

语言文件操作

1.为什么使用文件

我们前面学习结构体时，写了通讯录的程序，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。

我们在想既然是通讯录就应该把信息记录下来，只有我们自己选择删除数据的时候，数据才不复存在。 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。

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；本章讨论的是数据文件

在以前各章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，运行结果显示到显示器上；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

2.3 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

3. 文件的打开和关闭

打开文件------>读文件/写文件------>关闭文件

3.1 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，文件状态以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，取名为FILE，每一个文件在内存中都会对应一个文件信息区，两者相互形成映射

struct _iobuf {
	char *_ptr;
	int   _cnt;
	char *_base;
	int   _flag;
	int   _file;
	int   _charbuf;
	int   _bufsiz;
	char *_tmpfname;
};
typedef struct _iobuf FILE;

将struct _iobuf重命名为FILE

因此在使用时FILE即代表struct _iobuf这个结构体类型

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。

指针：

3.2 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 );

【理解】：打开一个文件名为filename，形成文件信息区FILE结构体，并用指针指向该块文件信息区，然后再返回这块空间的地址，如果打开FILE失败，那么将返回一个空指针(因此仍然需要判断)

filename：文件名

char * mode ：文件的打开方式（注意是双引号）

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
“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	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

关闭文件

//关闭文件
int fclose ( FILE * stream );

FILE * stream：表示指向打开文件信息区FILE的指针

实现如下：

#include 
//读文件
int main()
{	
    //打开文件
    //打开的是相对路径:在该程序工程的文件夹下创建
    FILE *pf1 = fopen("test.txt", "w");
    //绝对路径
    //FILE *pf2 = fopen("H:\\program\\test.txt", "w");
    if (pf1 == NULL)
    {
        perror("fopen");
        return 1;
    }
    //写文件

    //关闭文件
    fclose(pf1);
    pf1 = NULL;

    return 0;
}

4. 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

4.1 fputs文本行写入（输出到文件里）

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

str：这是一个数组，包含了要写入的以空字符终止的字符序列。

stream：这是指向 FILE 对象的指针，该 FILE 对象标识了要被写入字符串的流。

#include 
int main()
{
    FILE *pf = fopen("test.txt", "w");
    if (pf == NULL)
    {
        perror("fopen");
        return 1;
    }
    //写文件
    fputs("k", pf);
    fputs("e", pf);
    fputs("v", pf);
    fputs("i", pf);
    fputs("n", pf);
    //一行一行的写
    fputs("hello\n",pf);
    //关闭文件
    fclose(pf);
    pf = NULL;

    return 0;
}

4.2 fgets文本行读取

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

str：指针指向存放字符的位置（读入的字符就存放在这里）

num：要复制到 str 中的最大字符数（包括终止空字符’\0’）（因此实际读取/复制的字符数是num-1个）

stream：指向标识输入流的 FILE 对象的指针

函数作用：从流中读取字符并将其作为 C 字符串存储到 str 中，直到读取 num-1个字符或到达换行符或文件结尾，以先发生者为准

【理解】：因为fgets函数只能读取一行，因此它的结束标志是读到num-1个字符或者遇到换行符就停止读取

#include 
int main()
{
    FILE *pf = fopen("test.txt", "r");
    if (pf == NULL)
    {
        perror("fopen");
        return 1;
    }
    //读文本行
    char ch[20];
    fgets(ch, 5, pf);
    printf("%s", ch);
    //关闭文件
    fclose(pf);
    pf = NULL;

    return 0;
}

运行结果如下：

显然，这个要从pf指向的 FILE 对象中复制5个字符，除去终止空字符，这里实际只复制了4个过来

4.3 fputc字符写入 （输出到文件里）

int fputc ( int char, FILE * stream );

char：这是要被写入的字符。该字符以其对应的 int 值进行传递

stream：这是指向 FILE 对象的指针，该 FILE 对象标识了要被写入字符的流

#include 
int main()
{
    FILE *pf = fopen("test.txt", "w");
    if (pf == NULL)
    {
        perror("fopen");
        return 1;
    }
    //写文件
    for (int i = 0; i < 26; i++)
    {
        fputc('a' + i, pf);
    }
    //关闭文件
    fclose(pf);
    pf = NULL;
    return 0;
}

4.4 fgetc字符串读取

int fgetc ( FILE * stream );

stream：这是指向FILE对象的指针，该FILE对象标识了要在上面执行操作的流；注意返回值是int

如果调用流时位于文件末尾，则该函数将返回 EOF 并为流 （feof） 设置文件尾指示符。

实例：

#include 
int main()
{
    //打开文件
    FILE *pf = fopen("test.txt", "r");    //r代表读文件
    if (pf == NULL)
    {
        perror("fopen");
        return 1;
    }
   /*  //写文件
    for (int i = 0; i < 26; i++)
    {
        fputc('a' + i, pf);
    } */
    //读文件
    int ch = fgetc(pf);
    printf("%c\n", ch);

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

    ch = fgetc(pf);
    printf("%c\n", ch);
    //关闭文件
    fclose(pf);
    pf = NULL;
    return 0;
}

【注意】：在输入时文件的打开方式应该改为"r"，而不是"w"（写入时的操作）

若想将这26个字母全部读入，我们可以通过循环来实现：

//读文件
    int ch;
    for (int i = 0; i < 26; i++)
    {
        ch = fgetc(pf);
        printf("%c ", ch);
    }

运行结果如下：

我们发现，每当输出一个字符之后，会自动指向下一个字符，然后再进行输出

文件末尾

我们现在已经知道，调用流时位于文件末尾，则该函数将返回 EOF

所以在我们不知道这个文件含有多个字符时候，可以通过判断fgetc函数的返回值来进行输出

int ch = 0;
    while ((ch = fgetc(pf)) != EOF)
    {
        printf("%c ", ch);
    }

运行结果如下：

4.5 fprintf格式化写入（输出到文件里）

int fprintf ( FILE * stream, const char * format, ... );

stream：这是指向 FILE 对象的指针，该 FILE 对象标识了要被写入字符的流

而对于const char * format, …是和printf函数用法相同

实例：

#include 
struct S
{
    char name[20];
    int age;
    float score;
};

int main()
{
    struct S s = {"kevin", 19, 100};
    FILE *pf = fopen("test.txt", "w");
    if (pf == NULL)
    {
        perror("fopen");
        return 1;
    }
    //写文件
    fprintf(pf, "%s %d %.1f", s.name, s.age, s.score);

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

运行结果如下：

4.6 fscanf格式化读取

int fscanf ( FILE * stream, const char * format, ... );

stream：这是指向 FILE 对象的指针，该 FILE 对象标识了要被写入字符的流

而对于const char * format, …是和scanf函数用法相同

//在文件中按格式读取内容，保存到对应地址处，即可被打印出来
fscanf(pf, "%s %d %f", s.name, &(s.age), &(s.score));   //s.name是数组名，不用取地址
printf("%s %d %.1f", s.name, s.age, s.score);

补充

对于任何一个C程序，只要运行起来，就默认打开三个流：

stdin   -标准输入流  -键盘
stdout  -标准输出流  -屏幕
stderr  -标准错误流  -屏幕

它们的类型都是FILE*

#include
int main(){
    int ch = fgetc(stdin);    //从键盘上输入
    fputc(ch, stdout);        //从屏幕上输出
    return 0;
}

因此：

scanf( )=fscanf(stdin, )     
printf( )=fprintf(stdout, )

所以有键盘和屏幕就可以进行我们熟知的输入和输出操作，本质上我们即可把文件和外部设备理解成一种，只是文件储存在硬盘里罢了

4.7 fwrite二进制写入（到文件中）

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

通过二进制的方式写入到文件中，我们是看不懂写入的内容的，因此我们同样需要用二进制的方式来读出内容

ptr：这是指向要被写入的元素数组的指针

size：这是要被写入的每个元素的大小，以字节为单位。

count：这是元素的个数，每个元素的大小为 size 字节。

stream：这是指向 FILE 对象的指针，该 FILE 对象指定了一个输出流。

4.8fread二进制读取

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

【理解】：有二进制的写入，就有二进制的读取，使用方式同fwrite

其它：sprintf和sscanf

//sprintf
int sprintf ( char * str, const char * format, ... );
//sscanf
int sscanf ( const char * s, const char * format, ...);

#include
struct S
{
    char name[10];
    int age;
    float score;
};

int main(){
    char buf[100] = {0};
    struct S s = {"ranbowen", 19, 95.5f};
    struct S tmp = {0};
    //能够把这个结构体的数据，转换成字符串
    //"ranbowen 20 95.5"
    sprintf(buf, "%s %d %f", s.name, s.age, s.score);
    //以字符串的形式打印
    printf("%s\n", buf);

    //能否将buf中的字符串，还原成一个结构体数据呢？
    sscanf(buf,"%s %d %f", tmp.name, &(tmp.age), &(tmp.score));
    //以结构体的方式打印
    printf("%s %d %f", tmp.name, tmp.age, tmp.score);
    return 0;
}

运行结果如下：

总结

scanf:按照一定的格式从键盘输入数据
printf:按照一定的格式把数据打印（输出）到屏幕上
适用于标准输入/输出流的格式化的输入/输出语句

fscanf：按照一定的格式从输入流（文件/stdin）输入数据
fprintf：按照一定的格式向输出流（文件/stdout）输出数据
//适用于所有的输入/输出流的格式化输入/输出语句

sscanf：从字符串中按照一定的格式读取出格式化的数据
sprintf：把格式化的数据按照一定的格式转换成字符串

5.文件的随机读写

5.1fseek

作用：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 );

stream： 这是指向 FILE 对象的指针，该 FILE 对象标识了流

offset：这是相对origin 的偏移量，以字节为单位

origin：这是表示开始添加偏移 offset 的位置。它一般指定为下列常量之一：

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-tgNRj3Bx-1668739565526)(E:/Typora图片/image-20221022111241088.png)]

注意，这里的fseek没有fgetc的功能，它的作用是定位指针位置

例如，对于文件中有abcdefg

#include 
int main()
{
    FILE *pf = fopen("test.txt", "r"); // abcdefg
    if (pf == NULL)
    {
        perror("fopen()");
        return 1;
    }
    //读文件(按顺序读)
    int ch = fgetc(pf);
    printf("%c\n", ch);

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

    //随机读取：读d，相对于a偏移3
    fseek(pf, 3, SEEK_SET);
    ch = fgetc(pf);
    printf("%c\n", ch);
    return 0;
}

5.2ftell

作用：返回文件指针相对于起始位置的偏移量

long int ftell ( FILE * stream );

stream：这是指向 FILE 对象的指针，该 FILE 对象标识了流。

5.3rewind

作用：让文件指针的位置回到文件的起始位置

void rewind ( FILE * stream );

stream：这是指向 FILE 对象的指针，该 FILE 对象标识了流。

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（例如我们常用的记事本，就是用文本文件的方式打开）

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（整型）

测试代码：

#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;
}

10000这个数据以二进制的形式写入文件里，打开结果如下：

我们在vscode中打开该二进制文件（二进制编辑器）结果如下：

【理解】：

00000000 00000000 00100111 00010000        //10000
00  00   00  00      2   7    1   0        //按16进制翻译该二进制文件

7.文件读取结束的判断

7.1被错误使用的feof

EOF:end of file

作用：当它的返回值为1，表面是读取到文件末尾而结束的，而返回值为0代表文件读取失败而结束

int feof(FILE *stream)

【牢记】：在文件读取过程中，不能用feof函数的返回值（1/0）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如果读取正常，会返回读取到字符的ASCII码值，如果读取失败，返回EOF
fgets如果读取正常，会返回存放读取到的数据的起始地址，如果读取失败，返回NULL
fscanf如果读取正常，返回的是格式串中指定的数据的个数，如果读取失败，返回小于格式串中指定数据的个数

因此我们可以使用：

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。

【理解】：当判断文件是否读取结束用fgetc、fgets、fscanf的返回值来判断；而确定当文件已经读取结束后，来寻找文件读取结束的原因：是因为遇到读取失败的错误还是文件是真的读取结束了

#include 
#include 

int main(void)
{
    int ch; // 注意： int，非char，要求处理EOF
    FILE *fp = fopen("test.txt", "r");
    if (fp==NULL)
    {
        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 ((ch = fgetc(fp)) != EOF) // 标准C I/O读取文件循环
    {
        putchar(ch);
    }
    //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);
}

二进制文件的例子：

#include 
enum    //枚举
{
    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) {
    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);
}

8.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。

实例：缓冲区是存在的

#include 
#include 
//vscode  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)
    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;
}

第一步：写入到缓冲区，让程序睡眠十秒（方便观察），打开后没有数据

第二步：刷新缓冲区，打开时发现数据已经被写入了

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。