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C语言-文件操作

news 来源：原创 2025/6/15 21:55:01

1.为什么使用文件？

如果没有文件，我们写的程序的数据是存储在电脑的内存中，如果程序退出，内存回收，数据就丢失了，等再次运行程序是看不到上次程序的数据的。所以为了将数据进行持久化的保存，我们可以使用文件。

2.什么是文件？

磁盘（硬盘）上的文件是文件

但是在程序设计中，我们一般谈的文件有两种：程序文件、数据文件（功能角度划分）

2.1程序文件

包括源程序文件（后缀.c），目标文件（windows环境后缀为.obj），可执行程序（windows环境后缀为.exe）

2.2数据文件

文件的内容不一定是程序，而是程序运行时读写的数据，比如程序运行中需要从中读取数据的文件，或者输出内容的文件

本章讨论的是数据文件

在以前我们所处理数据的输入输出都是以终端为对象的，即从终端的键盘输入数据，运行结果显示到显示器上。

其实有时候我们会把信息输出到磁盘上，当需要的时候再从磁盘上把数据读取到内存中使用，这里处理的就是磁盘文件。

2.3文件名

一个文件要有一个唯一的文件标识，以便用户识别和引用

文件包含3部分：文件路径+文件名主干+文件后缀

例如：c:\code\test.c

//文件路径\文件名主干.文件后缀

为了方便起见，文件标识常被称为文件名

3.二进制文件和文本文件

根据数据的组织形式，数据文件被称为文本文件或者二进制文件

数据在内存中以二进制的形式存储，如果不加转换的输出的外存的文件中，就是二进制文件

如果要求在外存上以ASCII码的形式存储，则需要在存储前转换。以ASCII字符的形式存储的文件就是文本文件。

一个数据在文件中的存储：

字符一律以ASCII形式存储，数值型数据既可以用ASCII形式存储，也可以使用二进制形式存储。

如有整数10000，如果以ASCII码的形式输出到磁盘，则磁盘中占用5个字节（每个字符一个字节），而二进制形式输出，则在磁盘上只占4个字节。

为了能感受到文件的存储区别，关于int a=10000的存储方式展示两种方式

文本文件：

能看到这是五个字符，分别是1，0，0，0，0这五个字符，我们也能看明白

二进制文件：

首先得使用代码将10000以二进制的形式存入文件中

#include<stdio.h>
int main()
{
	int a = 10000;
	FILE* pf = fopen("test.txt","wb");
	fwrite(&a, 4, 1, pf);
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

运行后我们查看test.txt我们能看到：

我们能看到是4个字符，但二进制的存储以文本展示的话我们是看不懂的

于是我把这个文件放到VS中以二进制的编译器打开，就会得到：

就能清楚地看到二进制的存储

4.文件的打开和关闭

4.1流和标准流

4.1.1流

我们程序的数据需要输出到各种外部设备，也需要从外部设备获取数据，不同的外部设备的输⼊输出操作各不相同，为了方便程序员对各种设备进行方便的操作，我们抽象出了流的概念，我们可以把流想象成流淌着字符的河。

C程序针对文件、画面、键盘等的数据输入输出操作都是通过流操作的。

一般情况下，我们要想向流里面写数据，或者从流中读取数据，都是要打开流，然后操作。

4.1.2标准流

那为什么我们在键盘输入数据，向屏幕上输出数据，并没有打开流呢？

那是因为C语言程序在启动的时候，默认打开了3个流：

-stdin：标准输入流，在大多数的环境中从键盘输入，scanf函数就是从标准输入流中读取到数据。

-stdout：标准输出流，在大多数的环境中输出至显示器界面，printf函数就是将信息输出到标准输出流中。

-stderr：标准错误流，大多数环境中输出到显示器界面

这是默认打开了这三个流，我们使用scanf、printf等函数就可以直接进行输入输出操作的

stdin、stdout、stderr三个流的类型是：FILE* ，通常称为文件指针

C语言中，就是通过FILE*的文件指针来维护流的各种操作的。

4.2文件指针

缓冲文件系统中，关键的概念是文件类型指针，简称为文件指针

每个被使用的文件都在内存中开辟了一个相应的文件信息区，用来存放文件中的信息（如文件名，文件状态等等）。这些信息是保存在一个结构体变量中的，结构体类型是由系统声明的，名为FILE.(所以FILE*本质上是个结构体指针）

不同C语言的编译器中的FILE类型包含的内容也不完全相同，但是大同小异

每当打开一个文件时，系统就会根据文件的情况自动创建一个FILE结构的变量，并填充其中的信息，使用者不必再在意细节。

一般都是通过一个FILE的指针来对FILE指向的结构体变量，这样使用起来也更加方便

创建一个FILE*的指针变量：

FILE * pf ；

定义的pf是一个指向FILE类型数据的指针变量，可以使得pf指向某个文件的文件信息区（一个结构体变量），通过该文件信息区中的信息就能够访问文件。也就是说，通过文件指针变量就能够间接性的找到与它相关的文件。

如图：

4.3文件的打开和关闭

文件在读写之前应该先打开文件，在使用结束之后应该关闭文件

在编写程序的时候，在打开文件的同时，都会返回一个FILE*的指针变量指向该文件，也相当于建立了指针和文件的关系

ANSIC规定使用fopen函数来打开文件，fclose来关闭文件

mode表示文件的打开模式，下面都是文件的打开模式：

"w"：建立一个新文件的同时，如果文件已经存在，那么就会清空文件的内容，然后再进行输入

这是关于读与写本质的演示：

打开文件和关闭文件的代码实例：

int main()
{
	//1.打开文件
	FILE* pf = fopen("test.txt", "w");
	if (pf = NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//2.使用
	//3.关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	//不将pf转化成空指针，pf就会变成野指针
	return 0;
}

FILE* pf = fopen("C:\\Users\\31453\\Desktop\\test.txt", "w");

上面这个是对桌面文件的打开和关闭

tips：

// .表示当前路径
//..表示上一级路径
FILE* pf = fopen(".\..\test.txt", "w");
//这个是对当前路径的上一个路径的test.txt的文件进行只写的使用

5.文件的顺序读写

5.1顺序读写函数介绍

上图是顺序函数的介绍

fgetc-读字符 fputc-写字符

fgets-读字符串 fputs-写字符串

fgetc、fgets、fputc、fputs、fscnaf、fprintf这些函数都是文本信息，而fread、fwrite都是二进制文件，也就是二进制信息。

5.1.1fputc和fgetc函数

-fputc函数：

-介绍：

-应用：

#include<stdio.h>


int main()
{
	FILE* pf = fopen("text.txt", "w");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	fputc('a', pf);
	fputc('b', pf);
	fputc('c', pf);
	fputc('d', pf);
	fputc('e', pf);
	fputc('f', pf);
	fputc('g', pf);
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

上述代码是关于putc写文件，最终结果是：

说明fputc函数每执行完一个指令，光标就会后移一位，然后继续执行指令，所以结果是“abcdefg”

-fgetc函数：

-介绍：

继续使用上次fputc函数创造的test.txt的文件

-应用：

int main()
{
	FILE* pf = fopen("text.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}

	int ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);
	ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);
    ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);
	ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);
	ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);
	ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);

	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

上述代码的结果是：

-从结果我们也可以看出来fgetc函数每执行完一次指令光标就会往后移一位，然后继续执行下一个语句。

-而且如果发生读取错误或者全部都读取完了，函数就会返回EOF

-tips：

函数介绍的图中，有说适用于所有输入流和所有输出流

所以stdin和stdout这两个标准输入流和标准输出流也可以使用

例如：

int main()
{
	int ch = fgetc(stdin);
	fputc(ch, stdout);
	return 0;
}

运行结果：

（键盘（标准输入流）输入什么就输出什么到屏幕（标准输出流）上）

5.1.2fgets和fputs函数

-fputs

int main()
{
	FILE* pf = fopen("text.txt", "w");
	if (pf==NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	fputs("I am richer\n",pf);
	fputs("are you OK?\n", pf);
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

运行结果：

而关于函数的返回值：

-fgets:

-介绍：

（注意，是数组）

-应用：

int main()
{
	FILE* pf = fopen("text.txt", "r");
	if (pf==NULL)
	{
	perror("fopen");
	return 1;
	}
	char arr[20] = "xxxxxxxxxxxxxxx";
	fgets(arr, 5, pf);
	printf("%s\n", arr);

	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

其中text.txt文件中内容是：

结果是：

说是五个字符，其实是四个字符，因为结尾还有\0

-解释：(Cplusplus中的翻译后的解释）

注意，换行或者文件结束也会直接停止

如果返回失败，就会返回空指针

两者关于标准流的运用：

int main()
{
	char arr[20] = { 0 };
	fgets(arr, 10, stdin);
	fputs(arr,stdout);
	return 0;
}

运行结果：

5.1.3fscanf和fprintf函数

-fprintf函数

-介绍：

-tips：

形式参数最后面的....表示是可变参数列表（意思函数在定义时可以接受不定数量的参数）

可以看出两者之间的差别就只是一个文件指针的区别，所以跟printf的运用也差不多

-应用：

int main()
{

	char arr[20] = "zhangsan";
	int age = 20;
	float s = 98.9f;
	FILE* pf = fopen("text.txt", "w");
	if (pf==NULL)
	{
	perror("fopen");
	return 1;
	}
	
	fprintf(pf, "%s %d %.1f", arr, age, s);

	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

运行结果：

-fscnaf函数：

-介绍：

两者之间的差距也只是文件指针的差异

-应用：

int main()
{

	char arr[20] = "zhangsan";
	int age = 20;
	float s = 98.9f;
	FILE* pf = fopen("text.txt", "r");
	if (pf==NULL)
	{
	perror("fopen");
	return 1;
	}
	//从文件中读取信息
	fscanf(pf, "%s %d %f", arr, &age, &s);
	//打印到屏幕上
	printf("%s %d %.1f", arr, age, s);


	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

fscanf函数是从test,txt函数读取信息，存入各个变量中，printf函数是将这些信息打印到屏幕中

而且fscnaf和fprintf函数的功能包括scnaf和printf的功能

5.1.4对比一组函数

scanf/printf -针对标准输入流/标准输出流的格式化输入/输出函数

fscanf/fprintf -针对所有输入流/所有输出流的格式化输入/输出函数

sprintf -其实是将格式化的数据写到字符串中

就是将格式化的数据转换成字符串

例子：

struct S
{
	char arr[50];
	int age;
	float ch;
};
int main()
{
	char arr1[100] = { 0 };
	struct S s = { "lisi",20,98.8f };
	sprintf(arr1, "%s %d %f", s.arr, s.age, s.ch);
	printf("%s\n", arr1);
	return 0;
}

结果：

（注意）这是一串字符串,过程是将结构体s中成员的数据转换成字符串然后放入arr数组中

sscanf -是从字符串中提取格式化的数据

就是将字符串转换成格式化的数据

应用：

struct S
{
	char arr[50];
	int age;
	float ch;
};
int main()
{
	char arr1[100] = { 0 };
	struct S s = { "lisi",20,98.8f };
	//将成员数据转换成字符串放在arr1中
	sprintf(arr1, "%s %d %f", s.arr, s.age, s.ch);
	//printf("%s\n", arr1);

	struct S tmp = { 0 };
	//从arr1中取出各个成员格式化的数据，然后放在tmp结构体中
	sscanf(arr1, "%s %d %f", tmp.arr, &(tmp.age), &(tmp.ch));
	printf("%s %d %.1f\n", tmp.arr, tmp.age, tmp.ch);
	return 0;
}

5.1.5fwrite和fread函数

-fwrite:

-介绍：

-应用：

#include<stdio.h>

struct S
{
	char name[20];
	int age;
	float score;
};

int main()
{
	struct S s = { "lisi",30,81.7f };

	//打开文件
	FILE* pf = fopen("test.txt", "wb");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}

	//使用文件
	fwrite(&s, sizeof(struct S), 1, pf);
	//这是将结构体s中的1个sizeof(struct S)大小的变量
	// 以二进制的形式存入pf对应的文件中

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

则test.txt中的存放显示为：

由于是二进制存放，所以文本类展示的话我们是看不懂的

-fread

-介绍：

看得出来，形式参数方面跟fwrite基本一致

-应用：

struct S
{
	char name[20];
	int age;
	float score;
};

int main()
{
	struct S s = { 0 };

	//打开文件
	FILE* pf = fopen("test.txt", "rb");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}

	//使用文件
	fread(&s, sizeof(struct S), 1, pf);
	//通过fwrite存放lisi数据到文件中后，我们想将二进制的数据再放回结构体s中
	//fread则可以进行这种方式
	//fread是将pf指向文件中1个大小为sizeof(struct S)字节的数据放到结构体s中

	printf("%s %d %f", s.name, s.age, s.score);

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

结果：

浮点数的数据不准确的原因之前也提过，浮点数在内存中并不是精确存放

6.文件的随机读写

6.1 fseek

根据文件指针的位置和偏移量来定位文件指针（文件内容的光标）

-应用：

int main()
{
	//打开文件
	FILE* pf = fopen("test1.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//使用
	int ch = 0;
	ch = fgetc(pf);//a
	printf("%c\n", ch);
	

	fseek(pf, 2, SEEK_SET);
	//光标移动到距离文件起始位置偏移量为2的位置
	ch = fgetc(pf);//c
	printf("%c\n", ch);
	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

结果：

关于fseek函数第三个参数有这三种选择

翻译意思分别是：

文件的开始；文件指针当前的位置；文件结尾

6.2 ftell

返回文件指针相对于文件起始位置的偏移量

int main()
{
	FILE* pf = fopen("add.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror(fopen);
		return 1;
	}
	int ch = 0;
	ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);//a
	ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);//b

	//定位
	fseek(pf, -2, SEEK_END);
	ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);//e

	//输出文件指针相较于文件的起始位置的偏移量
	printf("%d\n", ftell(pf));

	fclose(pf);
	pf == NULL;
	return 0;
}

运算结果：

上述代码是关于ftell函数的运用

6.3 rewind

让文件指针的位置回到文件起始位置

int main()
{
	FILE* pf = fopen("add.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror(fopen);
		return 1;
	}
	int ch = 0;
	ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);//a
	ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);//b

	//定位
	fseek(pf, -2, SEEK_END);
	ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);//e

	//输出文件指针相较于文件的起始位置的偏移量
	printf("%d\n", ftell(pf));

	//文件指针回到文件起始位置
	rewind(pf);
	ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);
	fclose(pf);
	pf == NULL;
	return 0;
}

运算结果：

可以看出指针又回到原点。

7.文件读取结束的判定

7.1被错误使用的feof

在文件读取过程中，不能用feof函数的返回值直接来判断文件是否结束

feof的作用：当文件读取过程结束的时候，判断是读取结束的原因是否是：遇到文件尾结束。

7.1.1判断文件是否结束

1.文本文件读取是否结束，判断返回值是否为EOF（fgetc)，或者NULL（fgets）

例如：

-fgetc判断是否为EOF

-fgets判断返回值是否为NULL

2.二进制文件的读取结束判断，判断返回值是否小于实际要读的个数

例如：

-fread判断返回值是否小于实际要读的个数

文本文件的例子：

int main(void)
{
	int c;//int 非char,要求处理EOF
	FILE* fp = fopen("test.txt", "r");
	if (fp == NULL)
	{
		perror("File opening failed");
		return EXIT_FAILURE;
	}
	//fgetc当读取失败的时候或者遇到文件结束的时候，都会返回EOF
	while ((c = fgetc(fp)) != EOF)//标准C I/O读取文件
	{
		putchar(c);
	}
	//判断是什么原因结束的
	if (ferror(fp))
		puts("I/O error when reading");//判断文件是否遇到错误结束或者是正常结束
	else if(feof(fp))
		puts("End of file reached successfully");//判断文件是否是正常结束
	fclose(fp);
	fp == NULL;

}

二进制文件的例子：

#include <stdio.h>

enum { SIZE = 5 };
int main(void)
{
	double a[SIZE] = { 1.,2.,3.,4.,5. };
	FILE* fp = fopen("test.bin", "wb"); // 必须⽤⼆进制模式 
	fwrite(a, sizeof *a, SIZE, fp); // 写 double 的数组 
	fclose(fp);

	double b[SIZE];
	fp = fopen("test.bin", "rb");
	size_t ret_code = fread(b, sizeof * b, SIZE, fp); // 读 double 的数组 
	if (ret_code == SIZE) {
		puts("Array read successfully, contents: ");
		for (int n = 0; n < SIZE; ++n)
			printf("%f ", b[n]);
		putchar('\n');
	}
	else { // error handling
		if (feof(fp))
			printf("Error reading test.bin: unexpected end of file\n");
		else if (ferror(fp)) {
			perror("Error reading test.bin");
		}
	}

	fclose(fp);
}

应用例子：拷贝文件

将test1.txt的内容拷贝到test2.txt中

int main()
{
	FILE* pfread = fopen("test1.txt", "r");
	if (pfread == NULL)
	{
		perror(pfread);
		return 1;
	}
	FILE* pf = fopen("test2.txt", "w");
	if (pf == NULL)
	{
		fclose(pfread);
		perror(pf);
		return 1;
	}
	int ch = 0;
	while ((ch = fgetc(pfread)) != EOF)
	{
		fputc(ch, pf);
	}
	fclose(pfread);
	pfread == NULL;
	fclose(pf);
	pf == NULL;
	return 0;
}

8.文件缓冲区

ANSIC标准采用“缓冲文件系统”处理的数据文件的，所谓缓冲文件系统是指系统自动地在内存中卫程序中每一个正在使用的文件开辟一块”文件缓冲区“。从内存向磁盘输出数据的时候会先送到内存的缓冲区，装满缓冲区后才会一起送到磁盘中。如果从磁盘向计算机读入数据，则从磁盘文件中读取数据输入到内存缓冲区（充满缓冲区），然后再从缓冲区逐个地将数据送到程序数据区（程序变量等）。缓冲区的大小根据C编译系统决定的。

#include <stdio.h>
#include <windows.h>
//VS2022 WIN11环境测试 
int main()
{
 FILE*pf = fopen("test.txt", "w");
 fputs("abcdef", pf);//先将代码放在输出缓冲区 
 printf("睡眠10秒-已经写数据了，打开test.txt⽂件，发现⽂件没有内容\n");
 Sleep(10000);
 printf("刷新缓冲区\n");
 fflush(pf);//刷新缓冲区时，才将输出缓冲区的数据写到⽂件（磁盘） 
 //注：fflush 在⾼版本的VS上不能使⽤了 
 printf("再睡眠10秒-此时，再次打开test.txt⽂件，⽂件有内容了\n");
 Sleep(10000);
 fclose(pf);
 //注：fclose在关闭⽂件的时候，也会刷新缓冲区 
 pf = NULL;
 return 0;
}

由此可以得出结论：

因为有缓冲区的存在，C语言在操作文件的时候，需要做刷新缓冲区或者在文件结束的时候关闭文件才行。如果不做的话，可能会导致数据丢失的问题。