【C语言学习】文件操作
C语言具有操作文件的能力，比如打开文件、读取和追加数据、插入和删除数据、关闭文件、删除文件等。
与其他编程语言相比，C语言文件操作的接口相当简单和易学。在C语言中，为了统一对各种硬件的操作，简化接口，不同的硬件设备也都被看成一个文件。对这些文件的操作，等同于对磁盘上普通文件的操作。
文件是什么
我们对文件的概念已经非常熟悉了，比如常见的 Word 文档、txt 文件、源文件等。文件是数据源的一种，最主要的作用是保存数据。
在操作系统中，为了统一对各种硬件的操作，简化接口，不同的硬件设备也都被看成一个文件。对这些文件的操作，等同于对磁盘上普通文件的操作。例如：
-
通常把显示器称为标准输出文件，printf 就是向这个文件输出数据；
-
通常把键盘称为标准输入文件，scanf 就是从这个文件读取数据。
常见硬件设备所对应的文件
| 文件 | 硬件设备 |
|---|---|
| stdin | 标准输入文件，一般指键盘；scanf()、getchar() 等函数默认从 stdin 获取输入。 |
| stdout | 标准输出文件，一般指显示器；printf()、putchar() 等函数默认向 stdout 输出数据。 |
| stderr | 标准错误文件，一般指显示器；perror() 等函数默认向 stderr 输出数据（后续会讲到）。 |
| stdprn | 标准打印文件，一般指打印机。 |
这里的键盘、显示器等硬件都是作为文件来处理的！
这里不去探讨硬件设备是如何被映射成文件的，在C语言中硬件设备可以看成文件，有些输入输出函数不需要指明到底读写哪个文件，系统已经为它们设置了默认的文件，当然你也可以更改，例如让 printf 向磁盘上的文件输出数据。
操作文件的正确流程为：打开文件 --> 读写文件 --> 关闭文件。文件在进行读写操作之前要先打开，使用完毕要关闭。
所谓打开文件，就是获取文件的有关信息，例如文件名、文件状态、当前读写位置等，这些信息会被保存到一个 FILE 类型的结构体变量中。关闭文件就是断开与文件之间的联系，释放结构体变量，同时禁止再对该文件进行操作。
在C语言中，文件有多种读写方式，可以一个字符一个字符地读取，也可以读取一整行，还可以读取若干个字节。文件的读写位置也非常灵活，可以从文件开头读取，也可以从中间位置读取。
文件流
所有的文件（保存在磁盘）都要载入内存才能处理，所有的数据必须写入文件（磁盘）才不会丢失。数据在文件和内存之间传递的过程叫做文件流，类似水从一个地方流动到另一个地方。数据从文件复制到内存的过程叫做输入流，从内存保存到文件的过程叫做输出流。
文件是数据源的一种，除了文件，还有数据库、网络、键盘等；数据传递到内存也就是保存到C语言的变量（例如整数、字符串、数组、缓冲区等）。我们把数据在数据源和程序（内存）之间传递的过程叫做数据流(Data Stream)。相应的，数据从数据源到程序（内存）的过程叫做输入流(Input Stream)，从程序（内存）到数据源的过程叫做输出流(Output Stream)。
输入输出（Input output，IO）是指程序（内存）与外部设备（键盘、显示器、磁盘、其他计算机等）进行交互的操作。几乎所有的程序都有输入与输出操作，如从键盘上读取数据，从本地或网络上的文件读取数据或写入数据等。通过输入和输出操作可以从外界接收信息，或者是把信息传递给外界。
我们可以说，打开文件就是打开了一个流。
打开文件
在C语言中，操作文件之前必须先打开文件；所谓“打开文件”，就是让程序和文件建立连接的过程。
打开文件之后，程序可以得到文件的相关信息，例如大小、类型、权限、创建者、更新时间等。在后续读写文件的过程中，程序还可以记录当前读写到了哪个位置，下次可以在此基础上继续操作。
标准输入文件 stdin（表示键盘）、标准输出文件 stdout（表示显示器）、标准错误文件 stderr（表示显示器）是由系统打开的，可直接使用。
使用
FILE *fopen(char *filename, char *mode);
filename为文件名（包括文件路径），mode为打开方式，它们都是字符串。
fopen() 函数的返回值
fopen() 会获取文件信息，包括文件名、文件状态、当前读写位置等，并将这些信息保存到一个 FILE 类型的结构体变量中，然后将该变量的地址返回。
FILE 是
如果希望接收 fopen() 的返回值，就需要定义一个 FILE 类型的指针：
FILE *fp = fopen("demo.txt", "r");
表示以“只读”方式打开当前目录下的 demo.txt 文件，并使 fp 指向该文件，这样就可以通过 fp 来操作 demo.txt 了。fp 通常被称为文件指针。
再来看一个例子：
FILE *fp = fopen("D:\\demo.txt","rb+");
表示以二进制方式打开 D 盘下的 demo.txt 文件，允许读和写。
判断文件是否打开成功
打开文件出错时，fopen() 将返回一个空指针，也就是 NULL，我们可以利用这一点来判断文件是否打开成功：
FILE *fp;
if( (fp=fopen("D:\\demo.txt","rb")) == NULL ){
printf("Fail to open file!\n");
exit(0); //退出程序（结束程序）
}
我们通过判断 fopen() 的返回值是否和 NULL 相等来判断是否打开失败：如果 fopen() 的返回值为 NULL，那么 fp 的值也为 NULL，此时 if 的判断条件成立，表示文件打开失败。
以上代码是文件操作的规范写法，读者在打开文件时一定要判断文件是否打开成功，因为一旦打开失败，后续操作就都没法进行了，往往以“结束程序”告终。
fopen() 函数的打开方式
不同的操作需要不同的文件权限。例如，只想读取文件中的数据的话，“只读”权限就够了；既想读取又想写入数据的话，“读写”权限就是必须的了。
另外，文件也有不同的类型，按照数据的存储方式可以分为二进制文件和文本文件，它们的操作细节是不同的。
在调用 fopen() 函数时，这些信息都必须提供，称为“文件打开方式”。最基本的文件打开方式有以下几种：
| 控制读写权限的字符串（必须指明） | |
|---|---|
| 打开方式 | 说明 |
| “r” | 以“只读”方式打开文件。只允许读取，不允许写入。文件必须存在，否则打开失败。 |
| “w” | 以“写入”方式打开文件。如果文件不存在，那么创建一个新文件；如果文件存在，那么清空文件内容（相当于删除原文件，再创建一个新文件）。 |
| “a” | 以“追加”方式打开文件。如果文件不存在，那么创建一个新文件；如果文件存在，那么将写入的数据追加到文件的末尾（文件原有的内容保留）。 |
| “r+” | 以“读写”方式打开文件。既可以读取也可以写入，也就是随意更新文件。文件必须存在，否则打开失败。 |
| “w+” | 以“写入/更新”方式打开文件，相当于w和r+叠加的效果。既可以读取也可以写入，也就是随意更新文件。如果文件不存在，那么创建一个新文件；如果文件存在，那么清空文件内容（相当于删除原文件，再创建一个新文件）。 |
| “a+” | 以“追加/更新”方式打开文件，相当于a和r+叠加的效果。既可以读取也可以写入，也就是随意更新文件。如果文件不存在，那么创建一个新文件；如果文件存在，那么将写入的数据追加到文件的末尾（文件原有的内容保留）。 |
| 控制读写方式的字符串（可以不写） | |
| 打开方式 | 说明 |
| “t” | 文本文件。如果不写，默认为"t"。 |
| “b” | 二进制文件。 |
调用 fopen() 函数时必须指明读写权限，但是可以不指明读写方式（此时默认为"t"）。
读写权限和读写方式可以组合使用，但是必须将读写方式放在读写权限的中间或者尾部（换句话说，不能将读写方式放在读写权限的开头）。例如：
-
将读写方式放在读写权限的末尾：“rb”、“wt”、“ab”、“r+b”、“w+t”、“a+t”
-
将读写方式放在读写权限的中间：“rb+”、“wt+”、“ab+”
整体来说，文件打开方式由 r、w、a、t、b、+ 六个字符拼成，各字符的含义是：
-
r(read)：读
-
w(write)：写
-
a(append)：追加
-
t(text)：文本文件
-
b(binary)：二进制文件
-
+：读和写
关闭文件
文件一旦使用完毕，应该用 fclose() 函数把文件关闭，以释放相关资源，避免数据丢失。fclose() 的用法为：
int fclose(FILE *fp);
fp 为文件指针：
fclose(fp);
文件正常关闭时，fclose() 的返回值为0，如果返回非零值则表示有错误发生。
实例演示
最后通过一段完整的代码来演示 fopen 函数的用法，这个例子会一行一行地读取文本文件的所有内容：
#include
int main(){
puts("HelloWorld");
return 0;
}
*/
以字符形式读写文件
在C语言中，读写文件比较灵活，既可以每次读写一个字符，也可以读写一个字符串，甚至是任意字节的数据（数据块）。本节介绍以字符形式读写文件。
以字符形式读写文件时，每次可以从文件中读取一个字符，或者向文件中写入一个字符。主要使用两个函数，分别是 fgetc() 和 fputc()。
字符读取函数 fgetc
fgetc 是 file get char 的缩写，意思是从指定的文件中读取一个字符。fgetc() 的用法为：
int fgetc (FILE *fp);
fp 为文件指针。fgetc() 读取成功时返回读取到的字符，读取到文件末尾或读取失败时返回EOF。
EOF 是 end of file 的缩写，表示文件末尾，是在 stdio.h 中定义的宏，它的值是一个负数，往往是 -1。fgetc() 的返回值类型之所以为 int，就是为了容纳这个负数（char不能是负数）。
EOF 不绝对是 -1，也可以是其他负数，这要看编译器的实现。
fgetc() 的用法举例：
char ch;
FILE *fp = fopen("D:\\demo.txt", "r+");
ch = fgetc(fp);
表示从D:\\demo.txt文件中读取一个字符，并保存到变量 ch 中。
在文件内部有一个位置指针，用来指向当前读写到的位置，也就是读写到第几个字节。在文件打开时，该指针总是指向文件的第一个字节。使用 fgetc() 函数后，该指针会向后移动一个字节，所以可以连续多次使用 fgetc() 读取多个字符。
注意：这个文件内部的位置指针与C语言中的指针不是一回事。位置指针仅仅是一个标志，表示文件读写到的位置，也就是读写到第几个字节，它不表示地址。文件每读写一次，位置指针就会移动一次，它不需要你在程序中定义和赋值，而是由系统自动设置，对用户是隐藏的。
在屏幕上显示 D:\demo.txt 文件的内容：
#include在D盘下创建 demo.txt 文件，输入任意内容并保存，运行程序，就会看到刚才输入的内容全部都显示在屏幕上。
该程序的功能是从文件中逐个读取字符，在屏幕上显示，直到读取完毕。
程序第 13 行是关键，while 循环的条件为(ch=fgetc(fp)) != EOF。fget() 每次从位置指针所在的位置读取一个字符，并保存到变量 ch，位置指针向后移动一个字节。当文件指针移动到文件末尾时，fget() 就无法读取字符了，于是返回 EOF，表示文件读取结束了。
对 EOF 的说明
EOF 本来表示文件末尾，意味着读取结束，但是很多函数在读取出错时也返回 EOF，那么当返回 EOF 时，到底是文件读取完毕了还是读取出错了？可以借助 stdio.h 中的两个函数来判断，分别是 feof() 和 ferror()。
feof() 函数用来判断文件内部指针是否指向了文件末尾，它的原型是：
int feof ( FILE * fp );
当指向文件末尾时返回非零值，否则返回零值。
ferror() 函数用来判断文件操作是否出错，它的原型是：
int ferror ( FILE *fp );
出错时返回非零值，否则返回零值。
文件出错是非常少见的情况，上面的示例基本能够保证将文件内的数据读取完毕。如果追求完美，也可以加上判断并给出提示：
#include这样，不管是出错还是正常读取，都能够做到心中有数。
字符写入函数 fputc
fputc 是 file output char 的所以，意思是向指定的文件中写入一个字符。fputc() 的用法为：
int fputc ( int ch, FILE *fp );
ch 为要写入的字符，fp 为文件指针。fputc() 写入成功时返回写入的字符，失败时返回 EOF，返回值类型为 int 也是为了容纳这个负数：
fputc('a', fp);
或者：
char ch = 'a';
fputc(ch, fp);
表示把字符 ‘a’ 写入fp所指向的文件中。
两点说明
-
被写入的文件可以用写、读写、追加方式打开，用写或读写方式打开一个已存在的文件时将清除原有的文件内容，并将写入的字符放在文件开头。如需保留原有文件内容，并把写入的字符放在文件末尾，就必须以追加方式打开文件。不管以何种方式打开，被写入的文件若不存在时则创建该文件。
-
每写入一个字符，文件内部位置指针向后移动一个字节。
从键盘输入一行字符，写入文件：
#include运行程序，输入一行字符并按回车键结束，打开D盘下的 demo.txt 文件，就可以看到刚才输入的内容。
程序每次从键盘读取一个字符并写入文件，直到按下回车键，while 条件不成立，结束读取。
以字符串形式读写文件
fgetc() 和 fputc() 函数每次只能读写一个字符，速度较慢；实际开发中往往是每次读写一个字符串或者一个数据块，这样能明显提高效率。
读字符串函数 fgets
fgets() 函数用来从指定的文件中读取一个字符串，并保存到字符数组中，它的用法为：
char *fgets ( char *str, int n, FILE *fp );
str 为要保存到的字符数组，n 为要读取的字符数目，fp 为文件指针。
返回值：读取成功时返回字符数组首地址，也即 str；读取失败时返回 NULL；如果开始读取时文件内部指针已经指向了文件末尾，那么将读取不到任何字符，也返回 NULL。
注意，读取到的字符串会在末尾自动添加 ‘\0’，n 个字符也包括 ‘\0’。也就是说，实际只读取到了 n-1 个字符，如果希望读取 100 个字符，n 的值应该为 101：
#define N 101
char str[N];
FILE *fp = fopen("D:\\demo.txt", "r");
fgets(str, N, fp);
表示从 D:\demo.txt 中读取 100 个字符，并保存到字符数组 str 中。
需要重点说明的是，在读取到 n-1 个字符之前如果出现了换行，或者读到了文件末尾，则读取结束。这就意味着，不管 n 的值多大，fgets() 最多只能读取一行数据，不能跨行。在C语言中，没有按行读取文件的函数，可以借助 fgets()，将 n 的值设置地足够大，每次就可以读取到一行数据。
一行一行地读取文件：
#include fgets() 遇到换行时，会将换行符一并读取到当前字符串。该示例的输出结果之所以和 demo.txt 保持一致，该换行的地方换行，就是因为 fgets() 能够读取到换行符。而 gets() 不一样，它会忽略换行符。
写字符串函数 fputs
fputs() 函数用来向指定的文件写入一个字符串，它的用法为：
int fputs( char *str, FILE *fp );
str 为要写入的字符串，fp 为文件指针。写入成功返回非负数，失败返回 EOF：
char *str = "http://c.biancheng.net";
FILE *fp = fopen("D:\\demo.txt", "at+");
fputs(str, fp);
表示把把字符串 str 写入到 D:\demo.txt 文件中。
向上例中建立的 d:\demo.txt 文件中追加一个字符串：
#include以数据块形式读写文件
fgets() 有局限性，每次最多只能从文件中读取一行内容，因为 fgets() 遇到换行符就结束读取。如果希望读取多行内容，需要使用 fread() 函数；相应地写入函数为 fwrite()。
对于 Windows 系统，使用 fread() 和 fwrite() 时应该以二进制的形式打开文件。
fread() 函数用来从指定文件中读取块数据。所谓块数据，也就是若干个字节的数据，可以是一个字符，可以是一个字符串，可以是多行数据，并没有什么限制。fread() 的原型为：
size_t fread ( void *ptr, size_t size, size_t count, FILE *fp );
fwrite() 函数用来向文件中写入块数据，它的原型为：
size_t fwrite ( void * ptr, size_t size, size_t count, FILE *fp );
对参数的说明：
-
ptr 为内存区块的指针，它可以是数组、变量、结构体等。fread() 中的 ptr 用来存放读取到的数据，fwrite() 中的 ptr 用来存放要写入的数据。
-
size：表示每个数据块的字节数。
-
count：表示要读写的数据块的块数。
-
fp：表示文件指针。
-
理论上，每次读写 size*count 个字节的数据。
size_t 是在 stdio.h 和 stdlib.h 头文件中使用 typedef 定义的数据类型，表示无符号整数，也即非负数，常用来表示数量。
返回值：返回成功读写的块数，也即 count。如果返回值小于 count：
-
对于 fwrite() 来说，肯定发生了写入错误，可以用 ferror() 函数检测。
-
对于 fread() 来说，可能读到了文件末尾，可能发生了错误，可以用 ferror() 或 feof() 检测。
从键盘输入一个数组，将数组写入文件再读取出来：
#include打开 D:\demo.txt，发现文件内容根本无法阅读。这是因为我们使用"rb+"方式打开文件，数组会原封不动地以二进制形式写入文件，一般无法阅读。
数据写入完毕后，位置指针在文件的末尾，要想读取数据，必须将文件指针移动到文件开头，这就是rewind(fp);的作用。
文件的后缀不一定是 .txt，它可以是任意的，你可以自己命名，例如 demo.ddd、demo.doc、demo.diy 等。
文件后缀只是某种工具打开文件时解析方式的依据，对于C语言的读写操作来说，文件后缀不会产生影响。
键盘输入两个学生数据，写入一个文件中，再读出这两个学生的数据显示在屏幕上：
#include格式化读写文件
fscanf() 和 fprintf() 函数与前面使用的 scanf() 和 printf() 功能相似，都是格式化读写函数，两者的区别在于 fscanf() 和 fprintf() 的读写对象不是键盘和显示器，而是磁盘文件。
这两个函数的原型为：
int fscanf ( FILE *fp, char * format, ... );
int fprintf ( FILE *fp, char * format, ... );
fp 为文件指针，format 为格式控制字符串，… 表示参数列表。与 scanf() 和 printf() 相比，它们仅仅多了一个 fp 参数：
FILE *fp;
int i, j;
char *str, ch;
fscanf(fp, "%d %s", &i, str);
fprintf(fp,"%d %c", j, ch);
fprintf() 返回成功写入的字符的个数，失败则返回负数。fscanf() 返回参数列表中被成功赋值的参数个数。
用 fscanf 和 fprintf 函数来完成对学生信息的读写：
#include打开 D:\demo.txt，发现文件的内容是可以阅读的，格式非常清晰。用 fprintf() 和 fscanf() 函数读写配置文件、日志文件会非常方便，不但程序能够识别，用户也可以看懂，可以手动修改。
如果将 fp 设置为 stdin，那么 fscanf() 函数将会从键盘读取数据，与 scanf 的作用相同；设置为 stdout，那么 fprintf() 函数将会向显示器输出内容，与 printf 的作用相同：
#include随机读写文件
前面介绍的文件读写函数都是顺序读写，即读写文件只能从头开始，依次读写各个数据。但在实际开发中经常需要读写文件的中间部分，要解决这个问题，就得先移动文件内部的位置指针，再进行读写。这种读写方式称为随机读写，也就是说从文件的任意位置开始读写。
实现随机读写的关键是要按要求移动位置指针，这称为文件的定位。
文件定位函数rewind和fseek
移动文件内部位置指针的函数主要有两个，即 rewind() 和 fseek()。
rewind() 用来将位置指针移动到文件开头，前面已经多次使用过，它的原型为：
void rewind ( FILE *fp );
fseek() 用来将位置指针移动到任意位置，它的原型为：
int fseek ( FILE *fp, long offset, int origin );
参数说明：
-
fp 为文件指针，也就是被移动的文件。
-
offset 为偏移量，也就是要移动的字节数。之所以为 long 类型，是希望移动的范围更大，能处理的文件更大。offset 为正时，向后移动；offset 为负时，向前移动。
-
origin 为起始位置，也就是从何处开始计算偏移量。C语言规定的起始位置有三种，分别为文件开头、当前位置和文件末尾，每个位置都用对应的常量来表示：
| 起始点 | 常量名 | 常量值 |
|---|---|---|
| 文件开头 | SEEK_SET | 0 |
| 当前位置 | SEEK_CUR | 1 |
| 文件末尾 | SEEK_END | 2 |
例如，把位置指针移动到离文件开头100个字节处：
fseek(fp, 100, 0);
值得说明的是，fseek() 一般用于二进制文件，在文本文件中由于要进行转换，计算的位置有时会出错。
文件的随机读写
在移动位置指针之后，就可以用前面介绍的任何一种读写函数进行读写了。由于是二进制文件，因此常用 fread() 和 fwrite() 读写。
从键盘输入三组学生信息，保存到文件中，然后读取第二个学生的信息：
#include随机读写实际上是可以自定义开始读写的位置，并不是真正意义上的"随机"。