文件的输出与读写 2.0

一、文章内容概述

（一）知识要点

• 文件操作函数概述：介绍了 C 语言中用于文件操作的一系列函数，这些函数是实现文件读写功能的基础工具。
• 文件流概念
  • 定义与分类：FILE* stream这种定义方式包含了各种各样的流。流是一种用于在程序和外部设备（如文件、控制台、网络等）之间进行数据传输的抽象概念。
  • 具体类型
    • 文件流：用于读取与写入在磁盘上的文件。例如，通过文件流可以从硬盘上的文本文件中读取数据，并将其显示在程序中，或者将程序中的数据写入到文件中，以便后续使用或共享。
    • 标准 I/O 流
      • stdin：默认连接到键盘，用于程序输入，通常与scanf_s等函数配合使用，接收用户从键盘输入的数据。
      • stdout：默认连接到控制台或者是屏幕，用于程序输出，常见的使用场景是与printf等函数一起，将程序计算结果或提示信息显示在屏幕上，让用户能够看到程序的运行状态和结果。
      • stderr：默认也连接到控制台或者屏幕，专门用于输出错误信息和警告。这样可以使错误信息和正常的输出信息区分开来，方便用户查看和处理程序中的错误情况。
    • 管道流：用于进程之间的通信（IPC），允许一个进程的输出成为另一个进程的输入。通过管道流，不同的进程可以共享数据，实现进程间的协作和数据交换。
    • 内存流：允许将流与内存缓冲区相关联，使得可以向内存中读写数据，就像操作文件一样。这在一些需要在内存中进行数据处理或缓存的场景中非常有用，可以提高程序的性能和效率。
    • 网络流：基于套接字（Sockets）实现，用于在网络环境中进行数据传输。通过网络流，程序可以与远程服务器或其他计算机进行通信，实现数据的发送和接收。
    • 设备流：与特殊文件或者设备（如打印机）相关联，用于对设备进行操作和数据传输。

（二）重点内容

1. 文件操作函数

（1）基本操作

• fopen_s函数
  • 功能：用于打开一个文件，并返回一个指向该文件的文件指针。
  • 原型

    errno_t fopen_s(FILE **stream, const char *filename, const char *mode);
    

  • 参数
    • stream：指向一个指针的指针，用于接收打开文件后返回的文件指针。
    • filename：指定要打开的文件的名称和路径。可以是相对路径或绝对路径。
    • mode：指定文件的打开模式，如r（只读）、w（只写）、a（追加）等。
  • 返回值
    • 如果打开成功，返回 0；如果打开失败，返回非 0 值，并可以通过errno获取错误信息。
• fclose函数
  • 功能：用于关闭一个已打开的文件，释放与该文件相关的资源。
  • 原型

    int fclose(FILE *stream);
    

  • 参数：一个指向已打开文件的文件指针。
  • 返回值
    • 成功关闭文件时，返回 0；如果关闭文件时发生错误，返回非 0 值。

（2）读写函数

• fgets函数
  • 功能：从指定的文件流中读取最多num - 1个字符，并将其存储到字符数组str中，直到遇到换行符\n或者文件结束符EOF为止。读取完成后，会在字符串末尾自动添加字符串结束符'\0'。
  • 原型

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

  • 参数
    • str：指向用于存储读取数据的字符数组的指针。
    • num：指定要读取的最大字符数，包括字符串结束符'\0'。
    • stream：指向要读取数据的文件流的指针。
• fputs函数
  • 功能：将字符串写入指定的文件流中。
  • 原型

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

  • 参数
    • str：指向要写入文件的字符串的指针。
    • stream：指向要写入数据的文件流的指针。
• fprintf_s函数
  • 功能：按照指定的格式将数据写入文件。
  • 原型

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

  • 参数
    • stream：指向要写入数据的文件流的指针。
    • format：指定数据的输出格式，类似于printf函数中的格式字符串。
    • ...：根据格式字符串指定的格式，依次列出要写入的数据。
• fscanf_s函数
  • 功能：从文件中按照指定的格式读取数据。
  • 原型

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

  • 参数
    • stream：指向要读取数据的文件流的指针。
    • format：指定数据的输入格式，类似于scanf函数中的格式字符串。
    • ...：指向用于存储读取数据的变量的地址。
• fread函数
  • 功能：从指定的文件流中读取数据，并将数据存储到指定的内存位置。
  • 原型

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

  • 参数
    • ptr：指向用于存储读取数据的内存块的指针。该内存块的大小至少应该为size * nmemb字节，以确保能够容纳读取的数据。
    • size：每个数据项的大小（以字节为单位）。例如，如果要读取整数，size可以设置为sizeof(int)。
    • nmemb：要读取的数据项的数量。函数将尝试读取nmemb个大小为size字节的数据项。
    • stream：指向要从中读取数据的文件流。
  • 返回值
    • 返回实际成功读取的数据项的数量。如果发生错误或到达文件末尾，返回值可能小于nmemb。
• fwrite函数
  • 功能：将数据写入指定的文件流中。
  • 原型

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

  • 参数
    • ptr：指向要写入的数据的指针。该指针指向的数据块将被写入到文件流中。
    • size：每个数据项的大小（以字节为单位）。例如，如果要写入整数，size通常设置为sizeof(int)；若写入字符，size则为sizeof(char)。
    • nmemb：要写入的数据项的数量。函数会尝试将nmemb个大小为size字节的数据项写入文件流。
    • stream：指向FILE对象的指针，表示数据要写入的目标文件流。
  • 返回值
    • 返回实际成功写入的数据项的数量。如果发生错误，返回值可能小于nmemb。

（3）文件指针操作

• fseek函数
  • 功能：用于移动文件指针的位置，从而实现对文件的随机访问。
  • 原型

    int fseek(FILE *stream, long int offset, int whence);
    

  • 参数
    • stream：指向要操作的文件流。
    • offset：指定要移动的字节数。可以是正数、负数或 0。
    • whence
      • SEEK_SET：从文件开头开始计算偏移量。
      • SEEK_CUR：从当前文件指针的位置开始计算偏移量。
      • SEEK_END：从文件末尾开始计算偏移量。
  • 返回值
    • 如果移动成功，返回 0；如果移动失败，返回非 0 值。
• ftell函数
  • 功能：获取文件指针的当前位置，即相对于文件开头的偏移量（以字节为单位）。
  • 原型

    long int ftell(FILE *stream);
    

  • 参数：一个指向已打开文件的文件指针。
  • 返回值
    • 如果获取成功，返回当前文件指针的偏移量；如果获取失败，返回-1L。

2. 错误处理

• 错误函数
  • ferror函数
    • 功能：检查文件操作是否发生错误。
    • 原型

      int ferror(FILE *stream);
      

    • 参数：一个指向已打开文件的文件指针。
    • 返回值
      • 如果在文件操作过程中发生错误，返回非 0 值；如果没有发生错误，返回 0。
  • feof函数
    • 功能：检查文件是否到达末尾。
    • 原型

      int feof(FILE *stream);
      

    • 参数：一个指向已打开文件的文件指针。
    • 返回值
      • 如果文件指针已经到达文件末尾，返回非 0 值；如果文件指针没有到达文件末尾，返回 0。
  • clearerr函数
    • 功能：清除文件流的错误标志。
    • 原型

      void clearerr(FILE *stream);
      

    • 参数：一个指向已打开文件的文件指针。

3. 示例代码

• 整体示例结构
  • 文章通过多个示例代码详细展示了文件操作的各种功能，包括不同的文件模式、读写操作、文件指针移动和错误处理等。
• 具体示例代码
  • scanf_s的返回值示例

    int main(void) {
        int number;
        int result;
    
        puts("Enter an integer:");
    
        result = scanf_s("%d", &number);
    
        if (result == 1) {
            printf("You entered thr integer: %d", number);
        } else if (result == EOF) {
            // End of file -1
            // 专门用来指示文件读取或输入操作已经到达了数据源的末尾
            printf("An error occurred or end of file was reached.\n");
            return 1;                    // 直接退出函数
        } else {
            printf("Invalid input for integer.\n");
            return 1;
        }
    
        return 0;
    }
    

  • 文件流操作示例

    #include 
    #include 
    #include 
    #include 
    
    int main(void) {
        FILE *fileStream = NULL;
        char buffer[1023] = { 0 };
    
        // fopen_s()
    
        // 打开文件，设定文件路径要读取的文件，设定文件的操作模式
        errno_t err = fopen_s(&fileStream, "C:\\Users\\yangy\\Desktop\\Hello!.txt", "r");
    
        // 这里对返回值进行处理，!= 0说明读取失败或者是读取的流是一个NULL
        if (err!= 0 || fileStream == NULL) {
            // 这是专门用来错误处理的函数，正确地反馈错误
            perror("Error opening file");
            return EXIT_FAILURE;
        }
    
        // 需要对fopen进行处理，可能会出现文件路径不对，文件不存在，文件出现了异常，文件没有权限访问
    
        // 令fgets!= NULL即可一直读取下去
        while (fgets(buffer, sizeof(buffer), fileStream)!= NULL) {
            printf("%s", buffer);
        }
    
        // 之前用的字符串buffer此时里面是有东西的，之后我们不再使用了，就得确保他是空的，不然是一件非常不文明的事情
        memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
    
        // 如果需要读取两次的话，第一次读的文件末尾是没有换行符的，需要手动加
        printf("\n");
    
        // 这个函数不管多长都能直接定位到文件开头
        fseek(fileStream, 0, SEEK_SET);
    
        // 也可以一个字符的读，一个字一个字往出蹦，不需要缓冲区但是比较慢
        int ch = 0;
    
        while ((ch = fgetc(fileStream))!= EOF) {
            putchar(ch);
        }
    
        // 最后一定要关闭文件流，关闭也可能出现问题，需要对fclose进行处理
        if (fclose(fileStream)!= 0) {
            perror("Error closing file");
            return EXIT_FAILURE;
        }
    
        return 0;
    }
    

  • fseek功能描述示例

    // 示例1：移动到文件开头
    FILE *fp = fopen("data.txt", "r");
    if (fp == NULL) {
        perror("文件打开失败");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    // 将指针移动到文件开头（等价于rewind(fp)）
    fseek(fp, 0, SEEK_SET);
    
    // 示例2：跳过前N字节
    // 跳过前100字节（从开头向后移动）
    fseek(fp, 100, SEEK_SET);
    // 读取后续内容
    char buffer[1024];
    fread(buffer, sizeof(char), 1024, fp);
    
    // 示例3：从当前位置移动
    // 假设当前指针在位置200
    // 向后移动50字节（正偏移）
    fseek(fp, 50, SEEK_CUR);    // 新位置 = 250
    // 向前移动30字节（负偏移）
    fseek(fp, -30, SEEK_CUR);    // 新位置 = 220
    
    // 示例4：移动到文件末尾
    // 移动到文件末尾
    fseek(fp, 0, SEEK_END);    // 用于追加数据或计算文件大小
    // 在末尾追加数据
    fputs("追加的内容", fp);
    
    // 示例5：读取倒数第N字节
    // 读取文件的最后10字节
    fseek(fp, -10, SEEK_END);    // 从末尾向前移动10字节
    char last10[11];
    fread(last10, sizeof(char), 10, fp);
    last10[10] = '\0';    // 添加字符串结束符
    printf("最后10字节: %s\n", last10);
    
    // 示例6：修改文件中间内容
    FILE *fp = fopen("data.bin", "r+"); // 读写模式
    if (fp == NULL)
        exit(EXIT_FAILURE);
    
    fseek(fp, 49, SEEK_SET);    // 移动到第50字节（索引从0开始）
    fputc('X', fp);    // 修改该字节
    fclose(fp);
    
    // 示例7：动态计算文件大小
    FILE *fp = fopen("data.bin", "rb");
    if (fp == NULL)
        exit(EXIT_FAILURE);
    
    fseek(fp, 0, SEEK_END);    // 移动到文件末尾
    long file_size = ftell(fp);    // 获取文件大小（字节数）
    rewind(fp);    // 回到开头
    
    printf("文件大小: %ld字节\n", file_size);
    
    // 示例8：复杂偏移组合
    // 假设文件指针初始位置为100
    fseek(fp, 100, SEEK_SET);
    
    // 从当前位置向前移动50字节
    fseek(fp, 50, SEEK_CUR);    // 新位置 = 150
    // 从文件末尾向前移动200字节
    fseek(fp, -200, SEEK_END);    // 适用于大文件末尾操作
    

  • fwrite和fread示例

    // 示例1：写入整数数组到二进制文件
    #include 
    
    #define ARRAY_SIZE 5
    
    int main() {
        FILE *file = fopen("data.bin", "wb");
        if (file == NULL) {
            perror("无法打开文件");
            return 1;
        }
    
        int numbers[ARRAY_SIZE] = {1, 2, 3, 4, 5};
        size_t items_written = fwrite(numbers, sizeof(int), ARRAY_SIZE, file);
    
        if (items_written < ARRAY_SIZE) {
            if (ferror(file)) {
                perror("写入文件时发生错误");
            }
        } else {
            printf("成功写入 %zu个整数到文件。\n", items", items_written);
        }
    
        fclose(file);
        return 0;
    }
    
    // 示例2：写入字符串到文件
    int main() {
        FILE *file = fopen("text.txt", "w");
        if (file == NULL) {
            perror("无法打开文件");
            return 1;
        }
    
        char str[] = "Hello, World!";
        size_t items_written = fwrite(str, sizeof(char), sizeof(str), file);
    
        if (items_written < sizeof(str)) {
            if (ferror(file)) {
                perror("写入文件时发生错误");
            }
        } else {
            printf("成功写入字符串到文件。\n");
        }
    
        fclose(file);
        return 0;
    }
    

  • 复制文件示例

    #include 
    #include 
    #include 
    
    int main(void) {
        FILE *source_file = NULL;
        FILE *target_file = NULL;
        char source_path[] = "C:\\Users\\yangy\\Desktop\\abc.log";
        char target_path[] = "C:\\Users\\yangy\\Desktop\\log.txt";
    
        errno_t sourerr = fopen_s(&source_file, source_path, "rb");
        if (sourerr!= 0 || source_file == NULL) {
            perror("Error to open source file");
            return EXIT_FAILURE;
        }
    
        errno_t tarerror = fopen_s(&target_file, target_path, "wb");
        if (tarerror!= 0 || target_file == NULL) {
            perror("Error to open target file");
            return EXIT_FAILURE;
        }
    
        size_t byte_read = 0;
        char buffer[256] = { 0 };
    
        while ((byte_read = fread(buffer, 1, sizeof(buffer), source_file)) > 0) {
            fwrite(buffer, 1, byte_read, target_file);
        }
    
        _fcloseall();
    
        printf("succussfully");
        return 0;
    }
    

  • 其他相关示例
    • 保存游戏设置

      #include 
      #include 
      #include 
      
      typedef enum {
          ESAY,
          MIDDLE,
          HARD
      } Difficulty;
      
      typedef struct {
          float volumn;
          int resolution_x;
          int resolution_y;
          Difficulty Difficulty;
      } Settings;
      
      // 读取设置
      void load_game_settings(const Settings *settings, const char *filename);
      // 保存设置
      void save_game_settings(const Settings *settings, const char *filename);
      
      int main(void) {
          Settings settings = { 0.75, 1920, 1080, MIDDLE };
      
          save_game_settings(&settings, "C:\\Users\\yangy\\Desktop\\log.txt");
      
          Settings load_setting = { 0 };
      
          load_game_settings(&load_setting, "C:\\Users\\yangy\\Desktop\\log.txt");
      
          printf("volunm : %f\nresolution_x : %d\nresolution_y : %d\ndifficulty : %d", load_setting.volumn, load_setting.resolution_x, load_setting.resolution_y, load_setting.Difficulty);
      
          return 0;
      }
      
      void save_game_settings(const Settings *settings, const char *filename) {
          FILE *file_stream = NULL;
      
          errno_t err = fopen_s(&file_stream, filename, "wb");
          if (err!= 0 || file_stream == NULL) {
              char config_msg[256] = { 0 };
      
              strerror_s(config_msg, sizeof(config_msg), errno);
      
              fprintf(stderr, "Error to open the file: %s", config_msg);
      
              exit(EXIT_FAILURE);
          }
      
          // 总共有四个参数，分别是指向缓冲区的指针，所读取数据的大小，每次读取的数目
          fwrite(settings, sizeof(Settings), 1, file_stream);
      
          fclose(file_stream);
      }
      
      void load_game_settings(const Settings *settings, const char *filename) {
          FILE *file_stream = NULL;
      
          errno_t err = fopen_s(&file_stream, filename, "rb");
          if (err!= 0 || file_stream == NULL) {
              char config_msg[256] = { 0 };
      
              strerror_s(config_msg, sizeof(config_msg), errno);
      
              fprintf(stderr, "Error to open the file: %s", config_msg);
      
              exit(EXIT_FAILURE);
          }
      
          // 总共有四个参数，分别是指向缓冲区的指针，所读取数据的大小，每次读取的数目
          fread(settings, sizeof(Settings), 1, file_stream);
      
          fclose(file_stream);
      }
      

二、相关函数和注意事项

（一）fopen_s的不同模式

1. 基础模式

模式	描述	文件存在	文件不存在	文件指针位置	操作权限
r	只读	打开文件	报错	开头	只能读
w	只写	清空	创建文件	开头	只能写
a	追加	打开文件	创建文件	末尾	只能写

2. 组合模式（读写模式）

模式	描述	文件存在	文件不存在	文件指针位置	操作权限
r+	读写（更新模式）	打开文件	报错	开头	可读可写
w+	读写（清空并创建）	清空	创建文件	开头	可读可写
a+	读写（追加模式）	打开文件	创建文件	末尾	可读可写
注

• a+模式下，写入总是追加到末尾，但读取可以定位到任意位置（需先调用fseek调整指针）。
• r+和w+的主要区别：r+不删除原内容，w+会清空原内容。

3. 二进制模式

在模式后添加b（如rb，wb+），用于处理二进制文件。

• 文本模式 vs 二进制模式
  • 文本模式：自动处理换行符（如 Windows 将\r\n转为\n）。
  • 二进制模式：直接操作原始字节（无转换）。

（二）scanf的格式控制符处理

1. 使用%s读取字符串时

当使用%s格式化控制符时，scanf不会读取空格、制表符（\t）和换行符（\n），它会将这些字符视为字符串的分隔符。一旦遇到这些空白字符，scanf就会停止读取，并在字符串末尾自动添加字符串结束符'\0'。

2. 使用%c读取字符时

当使用%c格式化控制符时，scanf会读取包括空格、制表符和换行符在内的任意字符。也就是说，空格对于%c来说就是一个普通的字符。

3. 使用其他格式控制符（如%d、%f等）读取数值时

对于读取整数（%d）、浮点数（%f）等数值类型的格式控制符，scanf会自动跳过前导的空白字符（空格、制表符、换行符），直到遇到有效的数字字符才开始读取。

（三）文本文件和二进制文件的区别

• 文本文件
  • 在文本文件中，某些系统的换行符可能会被转换，导致fseek偏移量与实际字节数不一致。
• 二进制文件
  • 直接操作原始字节，不会进行换行符的转换。

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