【C语言探索之旅】 第二部分第七课：文件读写
内容简介
1、课程大纲
2、第二部分第七课： 文件读写
3、第二部分第八课预告： 动态分配
课程大纲
我们的课程分为四大部分，每一个部分结束后都会有练习题，并会公布答案。还会带大家用C语言编写三个游戏。
C语言编程基础知识
什么是编程？
工欲善其事，必先利其器
你的第一个程序
变量的世界
运算那点事
条件表达式
循环语句
实战：第一个C语言小游戏
函数
练习题
习作：完善第一个C语言小游戏
C语言高级技术
模块化编程
进击的指针，C语言王牌
数组
字符串
预处理
创建你自己的变量类型
文件读写
动态分配
实战：“悬挂小人”游戏
练习题
习作：用自己的语言解释指针
用基于C语言的SDL库开发2D游戏
安装SDL
创建窗口和画布
显示图像
事件处理
实战：“超级玛丽推箱子”游戏
掌握时间的使用
用SDL_ttf编辑文字
用FMOD控制声音
实战：可视化的声音谱线
练习题
数据结构
链表
堆，栈和队列
哈希表
练习题
第二部分第七课：文件读写
我们学过了这么多变量的知识，就知道变量实在是很强大的，可以帮助我们实现很多事情。
变量固然强大，还是有缺陷的，最大的缺陷就是：不能永久保存。
因为C语言的变量储存在内存中，在你的程序退出时就被清除了，下次程序启动时就不能找回那个值了。
“蓦然回首，那人不在灯火阑珊处。”
“今天的你我
怎样重复昨天的故事。
这一张旧船票
能否登上你的破船？”
不能够啊，涛声不能依旧啊。
如果这样的话：我们如何在C语言编写的游戏中保存游戏的最高分呢？怎么用C语言写一个退出时依然保存文本的文本编辑器呢？
幸好，C语言中我们可以读写文件。这些文件会储存在我们电脑的硬盘上，就不会在程序退出或电脑关闭时被清除了。
为了实现文件读写，我们就要用到迄今为止我们所学过的知识：指针，结构体，字符串，等等。也算是一个复习吧。
文件的打开和关闭
为了读写文件，我们需要用到定义在stdio.h这个标准库头文件中的一些函数，结构，等。
是的，就是我们所熟知的stdio.h，我们的printf和scanf函数也是定义在这个头文件里。
下面按顺序列出我们打开一个文件，进行读或写操作所必须遵循的一个流程：
调用“文件打开”函数fopen（f是file，英语“文件”的首字母；open是英语“打开”的意思），返回一个指向该文件的指针。
检测文件打开是否成功，通过第1步中fopen的返回值（文件指针）来判断。如果指针为NULL，则表示打开失败，我们需要停止操作，并且返回一个错误。
如果文件打开成功（指针不为NULL），那么我们就可以接着用stdio.h中的函数来读写文件了。
一旦我们完成了读写操作，我们就要关闭文件，用fclose（close是英语“关闭”的意思）函数。
首先我们来学习如何使用fopen和fclose函数，之后我们再学习如何读写文件。
fopen：打开文件
函数fopen的原型是这样的：
FILE* fopen(const char* fileName, const char* openMode);
不难看出，这个函数接收两个参数：
fileName：文件名。是一个字符串类型，而且是const，意味着不能改变其值。
openMode：打开方式。表明我们打开文件之后要干什么的一个指标。只读、只写、读写。
这个函数的返回值，是 FILE *，也就是一个FILE（file是英语“文件”的意思）指针。FILE定义在stdio.h中。有兴趣的读者可以自己去找一下FILE的定义，我们给出FILE的一般定义：
typedef struct {
|
可以看到FILE是一个结构体，里面有7个变量。当然此处我们不必深究FILE的定义，我们只要会使用FILE就好了，而且不同操作系统对于FILE的定义不尽相同。
细心的读者也许会问：“之前不是说结构体的名称最好是首字母大写么，为什么FILE这个结构体每一个字母都是大写呢？怎么和常量的命名方式一样呢？”
好 问题。其实我们之前建议的命名方式（对于结构体，首字母大写，例如：StructName）只是一个“规范”（虽然大多数程序员都喜欢遵循），并不是一个 强制要求。这只能说明编写stdio.h的前辈并不一定遵循这个“规范”而已。当然，这对我们并没什么影响。所以小编你就是讲废话咯，好吧，好吧...
以下列出几种可供使用的打开方式：
r：只读。r是英语“read”（读）的首字母，这个模式下，我们只能读文件，而不能对文件写入。文件必须已经存在。
w：只写。w是英语“write”（写）的首字母，这个模式下，只能写入，不能读出文件的内容。如果文件不存在，将会被创建。
a：追加。a是英语“append”（追加）的首字母，这个模式下，从文件的末尾开始写入。如果文件不存在，将会被创建。
r+：读和写。这个模式下，可以读和写文件，但文件也必须已经存在。
w+：读，预先会删除文件内容。这个模式下，文件的内容首先会被清空。
a+：读写追加。这个模式下，读写文件都是从文件末尾开始。如果文件不存在，会被创建。
一般来说，“r”，“w”和“r+”用得比较多，“w+”模式要慎用，因为它会首先清空文件内容。当你需要往文件中添加内容时，“a”模式会很有用。
下面的例子程序就以“r+”（读写）的模式打开文件：
int main(int argc, char *argv[])
{
FILE* file = NULL;
file = fopen("test.txt", "r+");
return 0;
}
于是，file成为了指向test.txt文件的一个指针。
你会问：“我们的test.txt文件位于哪里呢？”
text.txt文件和可执行文件位于同一目录下。
文件一定要是.txt结尾的吗？
不是，完全是你决定文件的后缀名。你大可以创建一个文件叫做xxx.level，用于记录游戏的关卡信息。
文件一定要和可执行文件在同一个文件夹下么？
也不是。理论上可以位于当前系统的任意文件夹里，只要在fopen函数的文件名参数里制定文件的路径就好了，例如：
file = fopen("folder/test.txt", "w");
这样，文件test.txt就是位于当前目录的文件夹folder里。这里的 folder/test.txt 称为“相对路径”。
我们也可以这样：
file = fopen("/home/user/folder/test.txt", "w");
这里的/home/user/folder/test.txt 称为“绝对路径”。
测试打开文件
在调用fopen函数尝试打开文件后，我们需要检测fopen的返回值，以判断打开是否成功。检测方法也很简单：如果fopen的返回值为NULL，那么打开失败；如果不是NULL，那么表示打开成功。示例如下：
int main(int argc, char *argv[])
{
FILE* file = NULL;
file = fopen("test.txt", "r+");
if (file != NULL)
{
// 读写文件
}
else
{
// 显示一个错误提示信息
printf("无法打开 test.txt 文件\n");
}
return 0;
}
记得每次使用fopen函数时都要对返回值作判断，因为如果文件不存在或者正被其他程序占用，那可能会使当前程序运行失败。
fclose：关闭文件
如果我们成功地打开了一个文件，那么我们就可以对文件进行读写了（读写的操作我们下一节再详述）。
如果我们对文件的操作已经结束，那么我们应该关闭这个文件，这样做是为了释放占用的文件指针。我们需要调用fclose函数来实现文件的关闭，这个函数可以释放内存，也就是从内存中删除你的文件（指针）。
函数原型：
int fclose(FILE* pointerOnFile);
这个函数只有一个参数：指向文件的指针
函数的返回值（int）有两种情况：
0: 当关闭操作成功时
EOF（一般是-1）：如果关闭失败。
示例如下：
int main(int argc, char *argv[])
{
FILE* file = NULL;
file = fopen("test.txt", "r+");
if (file != NULL)
{
// 读写文件
// ...
fclose(file); // 关闭我们之前打开的文件
}
return 0;
}
读写文件的不同方法
现在，我们既然已经知道怎么打开和关闭文件了，接下来我们就学习如何对文件进行读出和写入吧。
我们首先学习如何 写入 文件（相比读出要简单一些），之后我们再看如何从文件读出。
对文件写入
用于写入文件的函数有好几个，我们可以根据情况选择最适合的函数来使用。
我们来学习三个用于写入的函数：
fputc：在文件中写入一个字符（一次只写一个）
fputs：在文件中写入一个字符串
fprintf：在文件中写入一个格式化过的字符串，用法与printf是几乎相同的，只是多了一个文件指针
fputc
此函数用于在文件中一次写入一个字符。
函数原型：
int fputc(int character, FILE* pointerOnFile);
这个函数包含两个参数：
character：int型变量，表示要写入的字符。我们也可以直接写'A'这样的形式，之前ASCII那节知识点没有忘吧。
pointerOnFile：指向文件的指针。
函数返回int值。如果写入失败，则为EOF；否则，会是另一个值。
示例：
int main(int argc, char *argv[])
{
FILE* file = NULL;
file = fopen("test.txt", "w");
if (file != NULL)
{
fputc('A', file); // 写入字符 A
fclose(file);
}
return 0;
}
上面的程序用于向test.txt文件写入字符'A'。
fputs
这个函数和fputc类似，区别是fputc每次是写入一个字符，而fputs每次写入一个字符串。
函数原型：
int fputs(const char* string, FILE* pointerOnFile);
类似地，这个函数也接受两个参数：
string：要写入的字符串。
pointerOnFile：指向文件的指针。
如果出错，函数返回EOF；否则，返回异于EOF的值。
示例：
int main(int argc, char *argv[])
{
FILE* file = NULL;
file = fopen("test.txt", "w");
if (file != NULL)
{
fputs("你好朋友\n最近怎么样？", file);
fclose(file);
}
return 0;
}
fprintf
这个函数很有用，因为它不仅可以向文件写入字符串，而且这个字符串是可以自己格式化的。用法其实和printf函数类似，就是多了一个文件指针。
函数原型：
int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...)
示例：
int main(int argc, char *argv[])
{
FILE* file = NULL;
int age = 0;
file = fopen("test.txt", "w");
if (file != NULL)
{
// 询问用户的年龄
printf("您几岁了 ? ");
scanf("%d", &age);
// 写入文件
fprintf(file, "使用者年龄是 %d 岁\n", age);
fclose(file);
}
return 0;
}
从文件中读出
我们可以用与写入文件时类似名字的函数，只是略微修改了一些，也有三个：
fgetc：读出一个字符
fgets：读出一个字符串
fscanf：与scanf的用法类似，只是多了一个文件指针。scanf是从用户输入读取，而fscanf是从文件读取。
这次介绍这三个函数我们会简略一些，因为如果大家掌握好了前面那三个写入的函数，那这三个读出的函数是类似的。只是操作相反了。
fgetc
首先给出函数原型：
int fgetc(FILE* pointerOnFile);
函数返回值是读到的字符。如果不能读到字符，那会返回EOF。
但是如何知道我们从文件的哪个位置读取呢？是第三个字符处，还是第十个字符处呢？
其实，在我们读取文件时，有一个“游标”，会跟随移动。这当然是虚拟的游标，你不会在屏幕上看到它。你可以想象这个游标和你用记事本编辑文件时的闪动的光标类似。这个游标指示你当前在文件中的位置。
之后的小节，我们会学习如何移动这个游标，使其位于文件中特定的位置。可以使开头，也可以是第10个字符处。
fgetc函数每读入一个字符，这个游标就移动一个字符长度。我们就可以用一个循环来读出文件所有的字符。例如：
int main(int argc, char *argv[])
{
FILE* file = NULL;
int currentCharacter = 0;
file = fopen("test.txt", "r");
if (file != NULL)
{
// 循环读取，每次一个字符
do
{
currentCharacter = fgetc(file); // 读取一个字符
printf("%c", currentCharacter); // 显示读取到的字符
} while (currentCharacter != EOF); // 我们继续，直到fgetc返回EOF（表示文件结束）为止
fclose(file);
}
return 0;
}
fgets
此函数每次读出一个字符串，这样可以不必每次读一个字符，有时候效率太低。这个函数每次最多读取一行，因为它遇到第一个'\n'（换行符）会结束读取。所以如果我们想要读取多行，需要用循环。
《插入一点回车符和换行符的知识：
关于“回车”（carriage return）和“换行”（line feed）这两个概念的来历和区别。
在计算机还没有出现之前，有一种叫做电传打字机（Teletype Model 33）的玩意，每秒钟可以打10个字符。但是它有一个问题，就是打完一行换行的时候，要用去0.2秒，正好可以打两个字符。要是在这0.2秒里面，又有新的字符传过来，那么这个字符将丢失。
于是，研制人员想了个办法解决这个问题，就是在每行后面加两个表示结束的字符。一个叫做“回车”，告诉打字机把打印头定位在左边界；另一个叫做“换行”，告诉打字机把纸向下移一行。
这就是“换行”和“回车”的来历，从它们的英语名字上也可以看出一二。
后来，计算机发明了，这两个概念也就被般到了计算机上。那时，存储器很贵，一些科学家认为在每行结尾加两个字符太浪费了，加一个就可以。于是，就出现了分歧。
Unix/Linux 系统里，每行结尾只有“<换行>”，即“\n”；Windows系统里面，每行结尾是“<换行><回车>”，即“ \n\r”；Mac系统里，每行结尾是“<回车>”。一个直接后果是，Unix/Linux/Mac系统下的文件在Windows里打开的 话，所有文字会变成一行；而Windows里的文件在Unix/Linux/Mac下打开的话，在每行的结尾可能会多出一个^M符号。
Linux中遇到换行符会进行回车+换行的操作，回车符反而只会作为控制字符显示，不发生回车的操作。而windows中要回车符+换行符才会回车+换行，缺少一个控制符或者顺序不对都不能正确的另起一行。》
函数原型：
char* fgets(char* string, int characterNumberToRead, FILE* pointerOnFile);
示例：
#define MAX_SIZE 1000 // 数组的最大尺寸 1000
int main(int argc, char *argv[])
{
FILE* file = NULL;
char string[MAX_SIZE] = ""; // 尺寸为MAX_SIZE的数组，初始为空
file = fopen("test.txt", "r");
if (file != NULL)
{
fgets(string, MAX_SIZE, file); // 我们读取最多MAX_SIZE个字符的字符串，将其存储在string中
printf("%s\n", string); // 显示字符串
fclose(file);
}
return 0;
}
这里，我们的MAX_SIZE足够大（1000），保证可以容纳下一行的字符数。所以遇到'\n'我们就停止读取，因此以上代码的作用就是读取文件中的一行字符，并将其输出。
那我们如何能够读取整个文件的内容呢？很简单，加一个循环。
如下：
#define MAX_SIZE 1000 // 数组的最大尺寸 1000
int main(int argc, char *argv[])
{
FILE* file = NULL;
char string[MAX_SIZE] = ""; // 尺寸为MAX_SIZE的数组，初始为空
file = fopen("test.txt", "r");
if (file != NULL)
{
while (fgets(string, MAX_SIZE, file) != NULL) // 我们一行一行的读取文件内容，只要不遇到文件结尾
printf("%s\n", string); // 显示字符串
fclose(file);
}
return 0;
}
fscanf
此函数的原理和scanf是一样的。负责从文件中读取规定样式的内容。
函数原型：
int fscanf(FILE *stream, const char *format, ...)
示例：
int main(int argc, char *argv[])
{
FILE* file = NULL;
int score[3] = {0}; // 包含3个最佳得分的数组
file = fopen("test.txt", "r");
if (file != NULL)
{
fscanf(file, "%d %d %d", &score[0], &score[1], &score[2]);
printf("最佳得分是 : %d, %d 和 %d\n", score[0], score[1], score[2]);
fclose(file);
}
return 0;
}
运行输出：
最佳得分是：23, 45, 67
在文件中移动
前面我们提到一个虚拟的“游标”，现在我们仔细地来学习一下。
每 当我们打开一个文件的时候，实际上都存在一个游标，标识你当前在文件中所处的位置。你可以类比我们的文本编辑器，每次你在文本编辑器（例如 记事本）里面输入文字的时候，不是有一个游标（光标）可以到处移动么？它指示了你在文件中的位置，也就是你下一次输入会从哪里开始。
总结来说，游标系统使得我们可以在文件中指定位置进行读写操作。
我们介绍三个与文件中游标移动有关的函数：
ftell：告知目前在文件中哪个位置
fseek：移动文件中的游标到指定位置
rewind：将游标重置到文件的开始位置（这和用fseek函数来使游标回到文件开始位置是一个效果）
ftell：指示目前在文件中的游标位置
这个函数使用起来非常简单，它返回一个long型的整数值，标明目前游标所在位置：
long ftell(FILE* pointerOnFile);
其中，pointerOnFile这个指针就是文件指针，指向当前文件。
fseek：使游标移动到指定位置
函数原型为：
int fseek(FILE* pointerOnFile, long move, int origin);
此函数能使游标在文件（pointerOnFile指针所指）中从位置（origin所指）开始移动一定距离（move所指）。
move参数：可以是一个正整数，表明向前移动；0（不移动）；或者负整数，表明回退。
origin参数：它的取值可以是以下三个值（define所定义的常量）中的任意：
SEEK_SET ：文件开始处
SEEK_CUR ：游标当前所在位置
SEEK_END ：文件末尾
来看几个具体使用实例吧：
fseek(file, 5, SEEK_SET);
这行代码将游标放置到距离文件开始处5个位置的地方。
fseek(file, -3, SEEK_CUR);
这行代码将游标放置到距离当前位置往后3个位置的地方
fseek(file, 0, SEEK_END);
这行代码将游标放置到文件末尾。
rewind：使游标回到文件开始位置
这个函数的作用就相当于使用fseek来使游标回到0的位置
void rewind(FILE* pointerOnFile);
相信使用难不倒大家吧，看函数原型就一目了然了。和fseek(file, 0, SEEK_SET); 是一个效果。
文件的重命名和删除
我们来学习两个简单的函数，以结束我们这次的课程：
rename函数：重命名一个文件（rename是英语“重命名”的意思）
remove函数：删除一个文件（remove是英语“移除”的意思）
这两个函数的特殊之处就在于，不同于之前的一些文件操作函数，它们不需要文件指针作为参数，只需要传给这两个函数文件的名字就够了。
rename：重命名文件
函数原型：
int rename(const char* oldName, const char* newName);
oldName就是文件的“旧名字”，而newName是文件的“新名字”。
如果函数执行成功，则返回0；否则，返回非零的int型值。
以下是一个使用的例子：
int main(int argc, char *argv[])
{
rename("test.txt", "renamed_test.txt");
return 0;
}
很简单吧。
remove：删除一个文件
函数原型：
int remove(const char* fileToRemove);
fileToRemove就是要删除的文件名
注意：remove函数要慎用，因为它不会提示你是否确认删除文件。文件是直接从硬盘被永久删除了，也不会先移动至垃圾箱。想要再找回被删除的文件就只能借助一些特殊的软件了，但是恢复过程可能没那么容易，也不一定能够成功。
实例：
int main(int argc, char *argv[])
{
remove("test.txt");
return 0;
}
第二部分第八课预告：
今天的课就到这里，一起加油吧。
下一次我们学习： 动态分配