C语言--文件操作教案

目录

教学目标

教学重点与难点

大纲： 

一、为什么使用文件？

二、文件的基本概念

三、二进制文件与文本文件

四、文件的打开与关闭

fopen()

fclose()

五、顺序读写操作

文本文件操作

二进制文件操作

六、随机读写操作

fseek()：定位文件指针

ftell()：获取当前位置偏移量

rewind()：重置文件指针到文件开头

七、文件读取结束的判定

八、文件缓冲区

九、总结

十、练习设计

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教学目标

1. 理解文件存储的必要性及基本概念

2. 掌握文件的打开、关闭和基本操作流程

3. 熟练使用顺序读写与随机读写函数

4. 理解文本文件与二进制文件的存储差异

5. 掌握文件结束判定的正确方法

6. 理解缓冲机制对文件操作的影响

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教学重点与难点

重点

• 文件打开模式（"r"/"w"/"a"等）的选择与使用

• 顺序读写函数（fgetc/fputc、fgets/fputs、fread/fwrite）

• 随机读写中的定位函数（fseek、ftell、rewind）

• 文件结束判定的正确方法

难点

• feof()的误用（常见错误点）

• 二进制文件与文本文件的存储差异

• 文件缓冲区对数据写入的影响

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大纲： 

一、为什么使用文件？

讲解

• 内存存储的局限性：程序运行时数据存储在内存中，程序退出后数据丢失。

• 文件存储的优势：数据持久化，支持跨程序、跨设备的数据共享。

• 应用场景：用户信息保存、日志记录、配置文件等。

互动提问

• "如果一个计算器程序需要保存历史计算记录，如何实现？"

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二、文件的基本概念

1. 文件分类

   • 程序文件：.c（源代码）、.obj（目标文件）、.exe（可执行文件）

   • 数据文件：.txt（文本）、.bin（二进制）、.log（日志文件）

2. 文件路径

   • 完整路径：如 C:\code\test.txt

   • 相对路径：相对于当前工作目录的路径（如 ../data/data.txt）

示例

// 打开当前目录下的data.txt文件
FILE *fp = fopen("data.txt", "r");

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三、二进制文件与文本文件

对比

特性	文本文件	二进制文件
存储方式	ASCII字符序列	原始二进制数据
空间效率	较低（如整数10000占5字节）	更高效（如整数占4字节）
处理速度	较慢（需字符处理）	更快（直接读写内存）
典型用途	文本数据（日志、配置）	图像、音频、结构化数据

代码示例

// 写入文本文件
FILE *text_fp = fopen("text.txt", "w");
fprintf(text_fp, "10000"); // 写入5个字符

// 写入二进制文件
FILE *bin_fp = fopen("data.bin", "wb");
int num = 10000;
fwrite(&num, sizeof(int), 1, bin_fp); // 写入4字节

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四、文件的打开与关闭

fopen()

FILE *fopen(const char *filename, const char *mode);

模式参数：

• "r"：只读； "w"：只写（覆盖）； "a"：追加

• "rb"/"wb"：二进制模式

• 返回值：成功返回文件指针，失败返回NULL。

fclose()

int fclose(FILE *stream);

• 关闭文件并释放资源，返回0表示成功。

代码示例

FILE *fp = fopen("data.txt", "w");
if (fp == NULL) {
    perror("Failed to open file");
    exit(EXIT_FAILURE);
}
fclose(fp);

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五、顺序读写操作

文本文件操作

函数	功能	参数示例
fgetc()	读取单个字符	char ch = fgetc(fp);
fputc()	写入单个字符	fputc('A', fp);
fgets()	读取一行文本	fgets(buffer, 100, fp);
fputs()	写入字符串	fputs("Hello", fp);

二进制文件操作

函数	功能	参数示例
fread()	读取二进制数据	fread(buffer, size, count, fp);
fwrite()	写入二进制数据	fwrite(data, sizeof(int), 1, fp);

练习

• 编写程序将文本文件复制为二进制文件。

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六、随机读写操作

fseek()：定位文件指针

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

• SEEK_SET：从文件开头开始

• SEEK_CUR：从当前位置开始

ftell()：获取当前位置偏移量

long ftell(FILE *stream);  

• 返回从文件开头到当前位置的字节数，可用于计算文件大小或标记位置。

rewind()：重置文件指针到文件开头

void rewind(FILE *stream);  

• 示例：修改文件中间数据

  // 在二进制文件的第10个字节处写入字符'X'  
  FILE *fp = fopen("data.bin", "rb+");  // 需要读写权限  
  if (fp == NULL) {  
      perror("Failed to open file");  
      exit(EXIT_FAILURE);  
  }  
  // 移动到第10个字节的位置  
  fseek(fp, 10, SEEK_SET);  
  fputc('X', fp);  // 写入单个字符  
  fclose(fp);  
  

  互动提问

• "如何快速获取文件的总大小？"

  fseek(fp, 0, SEEK_END);  
  long size = ftell(fp);  
  rewind(fp);  
  

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七、文件读取结束的判定

常见误区：不要依赖feof()

• 错误示例：

  while (!feof(fp)) {  
      c = fgetc(fp);  
      // 处理字符  
  }  
  

  问题：当读取到文件末尾时，feof()会返回true，但此时已经读取了无效的EOF，导致循环多执行一次。

• 正确方法

• 文本文件：

  • fgetc()返回EOF时结束：

    while ((c = fgetc(fp)) != EOF) {  
        // 处理字符  
    }  
    

  • fgets()返回NULL时结束：

    while (fgets(buffer, 100, fp) != NULL) {  
        // 处理行  
    }  
    

• 二进制文件：

  • fread()返回值小于预期读取的字节数时结束：

    size_t elements_read = fread(buffer, sizeof(int), 10, fp);  
    while (elements_read == 10) {  
        // 处理数据  
        elements_read = fread(buffer, sizeof(int), 10, fp);  
    }  
    

• 练习

• 编写一个程序，统计文本文件中的单词数量。

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八、文件缓冲区

缓冲机制的作用

• 写操作：数据先写入内存缓冲区，减少磁盘IO次数，提高效率。

• 读操作：数据从磁盘一次性读入缓冲区，减少频繁访问磁盘的开销。

• 关键函数

• fflush()：强制刷新缓冲区

  int fflush(FILE *stream);  
  

  • 用例：在程序崩溃前确保关键数据写入文件。

• 关闭文件时自动刷新缓冲区：

  fclose(fp); // 自动调用fflush(fp)  
  

• 示例：缓冲区的影响

  FILE *fp = fopen("log.txt", "a");  
  fprintf(fp, "Start processing...\n");  // 数据暂存在缓冲区  
  // 程序突然崩溃，此时数据可能未写入文件！  
  fflush(fp); // 显式刷新，确保数据落地  
  

  互动讨论

• "为什么在多线程程序中需要谨慎使用fflush()？"
  （提示：缓冲区竞争可能导致数据不一致）

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九、总结

• 核心流程：
  打开文件（fopen）→ 读写操作 → 关闭文件（fclose）

• 关键选择：

  • 根据数据类型选择文本或二进制模式

  • 根据需求选择顺序或随机访问

• 注意事项：

  • 始终检查fopen()返回的文件指针是否为NULL

  • 避免依赖feof()，改用读取函数的返回值

  • 重要操作后调用fflush()确保数据持久化

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十、练习设计

基础练习

• 文本文件复制：编写程序将input.txt内容复制到output.txt。

• 二进制文件大小统计：编写程序输出文件的字节数。

• 进阶练习

• 日志文件处理：从日志文件中统计特定错误代码出现的次数。

• 二进制数据修改：在二进制文件中查找并替换特定整数值。

• 综合项目

• 学生信息管理系统：

  • 使用文本文件存储学生姓名、成绩。

  • 实现添加、查询、删除学生信息功能。

  • 用二进制文件优化存储效率。

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  附录：常见错误与调试技巧

• 文件路径错误：确保路径正确（绝对/相对路径）。

• 模式不匹配：如用"r"模式打开不存在的文件会失败。

• 缓冲区溢出：fgets()的第二个参数要足够大。

• 权限问题：检查文件是否可读写（如Windows的只读属性）。