C语言文件操作
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前言
一、为什么使用文件
二、什么是文件
2.1 程序文件
2.2 数据文件
2.3 文件名
三、文件的打开和关闭
3.1 文件指针
3.2文件的打开和关闭
四、文件的顺序读写
五、文件的随机读写
六、文本文件和二进制文件
七、文件读取结束的判定
八、文件缓冲区
总结
前言
文件操作是C语言的一个重要部分，能让我们对数据有更多的存储及操作方式。
一、为什么使用文件
C语言使用文件主要有两个方面的原因：
-
数据的持久存储：程序的运行过程中，需要读取或写入一定量的数据，这些数据可能是用户输入的、程序计算的或来自其他设备的。为了避免每次程序运行时都需要重新获取数据，我们可以将这些数据保存在文件中，程序每次需要时从文件中读取即可。同样，程序运行过程中可能需要将一些数据保存下来，供下次程序运行时使用，这时也需要使用文件进行数据的持久存储。
-
数据的共享：程序运行过程中，可能会涉及到多个程序之间共享数据的情况。例如，多个程序需要访问同一个数据库或文件，这时就需要使用文件来实现数据共享。在这种情况下，文件可以作为一个中间媒介，各个程序通过文件进行数据的传递和共享。
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
三、文件的打开和关闭
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.
例如，VS2013编译环境提供的 stdio.h 头文件中有以下的文件类型申明：
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。
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。
比如：
3.2文件的打开和关闭
C语言中使用标准库函数fopen()和fclose()来打开和关闭文件。
以fopen()函数为例，函数原型为：
FILE *fopen(const char *filename, const char *mode);
该函数的作用是打开一个文件，并返回一个指向FILE类型的指针，供后续对该文件的读写操作使用。其中，filename参数为字符串类型，表示要打开的文件名；mode参数为字符串类型，用于指定文件的打开模式，包括：
下面是一个打开文件并写入数据的例子：
#include
int main() {
FILE *fp;
char str[] = "Hello World!";
fp = fopen("test.txt", "w"); // 打开文件
fputs(str, fp); // 写入数据
fclose(fp); // 关闭文件
return 0;
}
以上代码将字符串"Hello World!"写入到test.txt文件中。在执行fopen()函数时，使用了"w"模式打开文件，表示只写模式，如果文件不存在，则创建文件。fputs()函数用于将字符串写入到文件中，fclose()函数用于关闭文件，释放文件指针。
四、文件的顺序读写
在C语言中，使用标准库函数fopen()和fclose()打开和关闭文件后，可以使用一系列的文件读写函数进行顺序读写操作。
其中，文件读函数包括：
fgetc()：读取一个字符；fgets()：读取一行字符；fread()：读取二进制数据；fscanf()：按格式读取数据。
文件写函数包括：
fputc()：写入一个字符；fputs()：写入一行字符；fwrite()：写入二进制数据；fprintf()：按格式写入数据。
这些函数的使用方式类似于标准输入输出函数，例如printf()和scanf()。下面是一个顺序读取文件并输出的例子：
#include
int main() {
FILE *fp;
char ch;
fp = fopen("test.txt", "r"); // 打开文件
while ((ch = fgetc(fp)) != EOF) { // 逐个读取字符
printf("%c", ch); // 输出字符
}
fclose(fp); // 关闭文件
return 0;
}
以上代码使用fgetc()函数逐个读取文件中的字符，并使用printf()函数输出，直到文件末尾。在读取完文件后，使用fclose()函数关闭文件，释放文件指针。
五、文件的随机读写
除了顺序读写外，C语言还支持随机读写操作，即可以在文件中任意位置进行读写操作。对于随机读写操作，需要使用fseek()和ftell()函数来定位文件指针的位置。
fseek()函数有三个参数：
stream：指向要定位的文件流的指针。offset：要设置的新位置相对于指定起始点的偏移量。whence：设定起始点，可以选择SEEK_SET（文件开头）、SEEK_CUR（当前位置）和SEEK_END（文件结尾）。
ftell()函数返回当前文件指针相对于文件开头的偏移量。
下面是一个随机读写文件的例子：
#include
int main() {
FILE *fp;
char ch;
// 写入数据
fp = fopen("test.txt", "w");
fputs("Hello, world!", fp);
fclose(fp);
// 读取指定位置的数据
fp = fopen("test.txt", "r+");
fseek(fp, 7, SEEK_SET); // 将文件指针移到第7个字符位置
ch = fgetc(fp); // 读取第7个字符
fseek(fp, -1, SEEK_CUR); // 将文件指针退回到上一个位置
fputc(ch + 1, fp); // 将第7个字符改为下一个字符
fclose(fp);
return 0;
}
以上代码首先用fputs()函数将字符串写入文件。然后再以读写方式打开文件，使用fseek()函数将文件指针移动到第7个字符位置，使用fgetc()函数读取该位置字符，并用fseek()函数将文件指针退回到上一个位置，最后使用fputc()函数将改变后的字符写入文件。
六、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。
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;
} 
七、文件读取结束的判定
被错误使用的feof函数
feof函数：
feof函数可以判断文件是否已经到达文件末尾，如果返回值是真（非0），则表示文件已经读取结束。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。
文本文件的例子：
#include
#include
int main()
{
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);
}
printf("\n");
//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);
fp = NULL;
return 0;
} 二进制文件的例子：
#include
int main()
{
double a[5] = { 1.,2.,3.,4.,5. };
FILE* fp = fopen("test.bin", "wb"); // 必须用二进制模式
if (fp == NULL)
{
perror("fopen1");
return 1;
}
fwrite(a, sizeof * a, sizeof a / sizeof a[0], fp); // 写 double 的数组
fclose(fp);
fp = NULL;
double b[5];
fp = fopen("test.bin", "rb");
if (fp == NULL)
{
perror("fopen2");
return 1;
}
size_t ret_code = fread(b, sizeof * b, sizeof a / sizeof a[0], fp); // 读 double 的数组
if (ret_code == sizeof a / sizeof a[0])
{
puts("Array read successfully, contents: ");
for (int n = 0; n < sizeof(a) / sizeof(a[0]); ++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);
fp = NULL;
return 0;
} 八、文件缓冲区
文件缓冲区是指计算机内存中专门用来存放文件数据的缓存区域。当我们需要读取或写入文件时，操作系统会将磁盘上的文件数据读取到缓冲区中，或者将缓冲区中的数据写入到磁盘上的文件中。这样做的好处是可以提高文件读写的效率。因为磁盘访问速度较慢，而内存的访问速度很快。所以将文件数据存放在内存中可以减少磁盘的访问次数，从而提高文件读写的效率。
下面是一个验证文件缓冲区的存在的代码：
#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）
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;
} 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。
总结
以上就是今天要讲的内容，本文详细简单介绍了C语言中的为什么要使用文件，以及如何使用文件等内容，使我们对C语言有更加深入的了解和更加全面的使用方式。