C语言详解 - 文件

1. 需要了解的概念

需要理解的知识点包括：数据流、缓冲区、文件类型、文件存取方式
 

1.1 数据流：

指程序与数据的交互是以流的形式进行的。进行C语言文件的存取时，都会先进行“打开文件”操作，这个操作就是在打开数据流，而“关闭文件”操作就是关闭数据流。

1.2 缓冲区(Buffer)：

指在程序执行时，所提供的额外内存，可用来暂时存放做准备执行的数据。它的设置是为了提高存取效率，因为内存的存取速度比磁盘驱动器快得多。

 C语言中带缓冲区的文件处理：

C语言的文件处理功能依据系统是否设置“缓冲区”分为两种：一种是设置缓冲区，另一种是不设置缓冲区。由于不设置缓冲区的文件处理方式，必须使用较低级的I/O函数(包含在头文件io.h和fcntl.h中)来直接对磁盘存取，这种方式的存取速度慢，并且由于不是C的标准函数，跨平台操作时容易出问题。下面只介绍第一种处理方式，即设置缓冲区的文件处理方式：

当使用标准I/O函数(包含在头文件stdio.h中)时，系统会自动设置缓冲区，并通过数据流来读写文件。当进行文件读取时，不会直接对磁盘进行读取，而是先打开数据流，将磁盘上的文件信息拷贝到缓冲区内，然后程序再从缓冲区中读取所需数据，如下图所示：

事实上，当写入文件时，并不会马上写入磁盘中，而是先写入缓冲区，只有在缓冲区已满或“关闭文件”时，才会将数据写入磁盘，如下图所示。

1.3 文件类型：

分为文本文件和二进制文件两种。

文本文件是以字符编码的方式进行保存的。二进制文件将内存中数据原封不至文件中，适用于非字符为主的数据。如果以记事本打开，只会看到一堆乱码。

其实，除了文本文件外，所有的数据都可以算是二进制文件。二进制文件的优点在于存取速度快，占用空间小，以及可随机存取数据。

1.4 文件存取方式：

包括顺序存取方式和随机存取方式两种。

顺序读取也就是从上往下，一笔一笔读取文件的内容。保存数据时，将数据附加在文件的末尾。这种存取方式常用于文本文件，而被存取的文件则称为顺序文件。

随机存取方式多半以二进制文件为主。它会以一个完整的单位来进行数据的读取和写入，通常以结构为单位。


2. 文本文件操作

C语言中主要通过标准I/O函数来对文本文件进行处理。相关的操作包括打开、读写、关闭与设置缓冲区。
相关的存取函数有：fopen(), fclose(), fgetc(), fputc(), fgets(), fputs(), fprintf(), fscanf()等。

2.1 打开文件

函数原型为：_CRTIMP FILE * __cdecl fopen(const char *, const char *);

第一参数为文件名，第二个参数为打开模式。

打开成功，fopen返回一个结构指针地址，否则返回一个NULL。如果没有指定文件路径，则默认为当前工作目录。如：

FILE  * fp;
fp  =  fopen( " c:\\temp\\test.txt " ,  " r " )  // 由于反斜杠\是控制字符，所以必须再加一个反斜杠

 

使用fopen()函数打开的文件会先将文件复制到缓冲区。注意：所下达的读取或写入动作，都是针对缓冲区进行存取而不是磁盘，只有当使用fclose()函数关闭文件时，缓冲区中的数据才会写入磁盘。

  谈文件打开模式

打开文本文件：

"r"：只能从文件中读数据，该文件必须先存在，否则打开失败
"w"：只能向文件写数据，若指定的文件不存在则创建它，如果存在则先删除它再重建一个新文件
"a"：向文件增加新数据(不删除原有数据)，若文件不存在则打开失败，打开时位置指针移到文件末尾
"r+"：可读/写数据，该文件必须先存在，否则打开失败
"w+"：可读/写数据，用该模式打开新建一个文件，先向该文件写数据，然后可读取该文件中的数据
"a+"：可读/写数据，原来的文件不被删去，位置指针移到文件末尾

打开二进制文件的模式与打开文本文件的含义是一样的，不同的是模式名称里面多一个字母'b’，以表示以二进制形式打开文件。
 

2.2 关闭文件

函数原型为：_CRTIMP int __cdecl fclose(FILE *);

关闭成功返回值0，否则返回非零值。

注：在执行完文件的操作后，要进行“关闭文件”操作。虽然程序在结束前会自动关闭所有的打开文件，但文件打开过多会导致系统运行缓慢，这时就要自行手动关闭不再使用的文件，来提高系统整体的执行效率。

例1. 打开文件并进行判断和关闭文件

FILE  * fp;
fp  =  fopen( " c:\\temp\\test.txt " ,  " r " );

if (fp  ==  NULL)
    printf( " fail to open the file! \n " );
else
{
    printf( " The file is open! \n " );
    fclose(fp);
}

 

2.3 字符存取函数

函数原型为：

_CRTIMP int __cdecl fputc(int, FILE *);
_CRTIMP int __cdecl fgetc(FILE *);

字符读取函数fgetc()可从文件数据流中一次读取一个字符，然后读取光标移动到下一个字符，并逐步将文件的内容读出。

如果字符读取成功，则返回所读取的字符，否则返回EOF(end of file)。EOF是表示数据结尾的常量，真值为-1。另外，要判断文件是否读取完毕，可利用feof()进行检查。未完返回0，已完返回非零值。

feof()函数原型为：_CRTIMP int __cdecl feof(FILE *);

例2. fgetc()函数的使用

版本1：利用feof()函数检查文件是否读取完毕

#include  < stdio.h >

main()
{
    FILE  * fp;
    fp  =  fopen( " c:\\temp\\test.txt " ,  " r " );
     if (fp  !=  NULL)
    {
         while ( ! feof(fp))
            printf( " %c " , fgetc(fp));
    }
     else
        printf( " fail to open! \n " );
    fclose(fp);

     return   0 ;
}

版本2：利用文件结束标志EOF(即-1)

#include  < stdio.h >

main()
{
     char  ch;
    FILE  * fp;
    fp  =  fopen( " c:\\temp\\test.txt " ,  " r " );
     if (fp  !=  NULL)
    {
        ch  =  fgetc(fp);
         while (ch  !=  EOF)
        {
            putchar(ch);
            ch  =  fgetc(fp);
        }

    }
     else
        printf( " fail to open! \n " );
    fclose(fp);

     return   0 ;
}

版本3 - 重构版本2

#include  < stdio.h >

main()
{
     char  ch;
    FILE  * fp;
     if ((fp  =  fopen( " test.txt " ,  " r " ))  !=  NULL)
         while ((ch  =  fgetc(fp))  !=  EOF)
            putchar(ch);
     else
        printf( " fail to open! \n " );
    fclose(fp);

     return   0 ;
}

版本4 - 重构版本3 （不正确的重构）

#include  < stdio.h >

main()
{
    FILE  * fp;
     if ((fp  =  fopen( " test.txt " ,  " r " ))  !=  NULL)
         while (fgetc(fp)  !=  EOF)
            putchar(fgetc(fp));
     else
        printf( " fail to open! \n " );
    fclose(fp);

     return   0 ;
}

若要将字符逐一写入文件，用fputc()函数。示例为：

例3. fputc()函数的使用

#include  < stdio.h >
#include  < conio.h >

main()
{
     char  filename[ 20 ], ch;
    FILE  * fp;
    printf( " Enter a filename:  " );
    scanf( " %s " , filename);
    printf( " Enter some characters to output to file:  " );
     if ((fp  =  fopen(filename,  " w " ))  ==  NULL)
        printf( " fail to open! \n " );
     else
    {
         while ((ch  =  getche())  !=   ' \015 ' )
            fputc(ch, fp);
    }
    fclose(fp);

     return   0 ;
}

 

2.4 字符串存取函数

函数原型为：

_CRTIMP int __cdecl fputs(const char *, FILE *);
_CRTIMP char * __cdecl fgets(char *, int, FILE *);

fgets函数的作用是从指定文件读入一个字符串，如：fgets(str, n, fp);

参数n为要求得到的字符个数，但只从fp指向的文件输入n-1个字符，然后在最后加一个'\0'字符，因此得到的字符串共有n个字符，把它们放在字符数组str中。如果在读完n-1个字符之前遇到换行符或EOF，读入结束。

fputs函数的作用是向指定文件输出一个字符串，如：fputs("Hey", fp);

把字符串"Hey"输出到fp指向的文件。fputs函数的第一个参数可以是字符串常量、字符数组名或字符型指针。若输出成功，则返回0，否则返回EOF。

实例略

 

2.5 格式化存取函数

函数原型为：

_CRTIMP int __cdecl fprintf(FILE *, const char *, ...);
_CRTIMP int __cdecl fscanf(FILE *, const char *, ...);

它们与printf和scanf函数相仿，都是格式化读写函数。不同的是：fprintf和fscanf函数的读写对象不是终端(标准输入输出)，而是磁盘文件。printf函数是将内容输出到终端(屏幕)，因此，fprintf就是将内容输出到磁盘文件了。

实例4. fprintf和fscanf函数的使用

#include  < stdio.h >

void  main()
{
    FILE  * fp;

     int  num  =   10 ;
     char  name[ 10 ]  =   " Leeming " ;
     char  gender  =   ' M ' ;

     if ((fp  =  fopen( " info.txt " ,  " w+ " ))  ==  NULL)
        printf( " can't open the file! \n " );
     else
        fprintf(fp,  " %d, %s, %c " , num, name, gender);  // 将数据格式化输出到文件info.txt中

    fscanf(fp,  " %d, %s, %c " ,  & num, name,  & gender);  // 从文件info.txt中格式化读取数据
    printf( " %d, %s, %c \n " , num, name, gender);  // 格式化输出到屏幕

    fclose(fp);
}

2.6 指针重返函数

函数原型为：

_CRTIMP void __cdecl rewind(FILE *);;

rewind函数的作用是使位置指针重返回文件的开头，属于文件的定位。

 

3. 二进制文件操作

3.1 数据块存取函数

函数原型：

_CRTIMP size_t __cdecl fread(void *, size_t, size_t, FILE *);
_CRTIMP size_t __cdecl fwrite(const void *, size_t, size_t, FILE *);

当要求一次存取一组数据（如，一个数组、一个结构体变量的值），fread和fwrite函数可以解决该类问题。它们的调用形式一般为：

fread(buffer, size, count, fp);
fwrite(buffer, size, count, fp);

buffer：对于fread来说，指的是读入数据的存放地址；对于fwrite来说，是要输出数据的地址。
size：读写数据时，每笔数据的大小
count：读写数据的笔数
fp：文件指针

实例5. fread和fwrite函数的使用

#include  < stdio.h >
#define  SIZE 3

typedef  enum  { MM, GG } Gender;

typedef  struct
{
     char  name[ 10 ];
     int   age;
    Gender gender;
} Person;

void  write2file(Person emp[SIZE])
{
    FILE  * fp;
     if ((fp  =  fopen( " emp.txt " ,  " wb " ))  ==  NULL)
    {
        printf( " cannot open file! \n " );
         return ;
    }

     for ( int  i = 0 ; i < SIZE; i ++ )
         if (fwrite( & emp[i],  sizeof (Person),  1 , fp)  !=   1 )
            printf( " file write error! \n " );
    fclose(fp);
}

void  read_from_file(FILE  * fp)
{
    Person emp_out[SIZE];

     if ((fp  =  fopen( " emp.txt " ,  " rb " ))  ==  NULL)
    {
        printf( " cannot open file! \n " );
         return ;
    }

    printf( " \n%d employee's information read: \n " , SIZE);

     for ( int  i = 0 ; i < SIZE; i ++ )
    {
         if (fread( & emp_out[i],  sizeof (Person),  1 , fp)  !=   1 )
             if (feof(fp))
            {
                fclose(fp);
                 return ;
            }
            printf( " %-5s %4d %5d \n " , emp_out[i].name, emp_out[i].age, emp_out[i].gender);
    }
    fclose(fp);
}

void  main()
{
    FILE  * fp  =  NULL;
    Person employee[SIZE];

    printf( " Enter %d employee's information: \n " , SIZE);
     for ( int  i = 0 ; i < SIZE; i ++ )
        scanf( " %s %d %d " , employee[i].name,  & employee[i].age,  & employee[i].gender);

    write2file(employee);

    read_from_file(fp);
}

3.2 随机存取函数fseek()

函数原型：

_CRTIMP int __cdecl fseek(FILE *, long, int);

对流式文件可以进行顺序读写，也可以进行随机读写。关键在于控制文件的位置指针，如果位置指针是按字节位置顺序移动的，就是顺序读写。如果能将位置指针按需要移动到任意位置，就可以实现随机读写。所谓随机读写，是指读完上一个字符(字节)后，并不一定要读写其后续的字符(字节)，而可以读写文件中任意位置上所需要的字符(字节)。该函数的调用形式为：

fseek(fp, offset, start);

start：起始点。用0、1、2代替。0代表文件开始，名字为SEEK_SET，1代表当前位置，名字为SEEK_CUR，2代表文件末尾，名字为SEEK_END。

fseek()函数一般用于二进制文件，因为文本文件要发生字符转换，计算位置时往往会发生混乱。

调用实例如：

fseek(fp, i*sizeof(Person), 0);