系统性学习C语言-第二十三讲-文件操作

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，如果要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（从文件功能的角度来分类的）。

2.1 程序文件

程序文件包括源程序文件（后缀为.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。在以前各章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上文件。

2.3 文件名

一个文件要有⼀个唯⼀的文件标识，以便用户识别和运用。

文件名包含 3 部分：文件路径 + 文件名主干 + 文件后缀

例如： c:\code\（文件路径）test（文件名主干）.txt（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和二进制文件。

数据在内存中以二进制的形式存储，如果不加转换的输出到外存的文件中，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。

⼀个数据在文件中是怎么存储的呢？

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。

测试代码：

#include <stdio.h>
int main()
{int a = 10000;FILE* pf = fopen("test.txt", "wb");fwrite(&a, 4, 1, pf);//⼆进制的形式写到⽂件中 fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

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

那为什么我们从键盘输入数据，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数据。

• stdout 标准输出流，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 “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，用来存放文件的相关信息

（如文件的名字，文件状态及文件当前的位置等）。

这些信息是保存在⼀个结构体变量中的。该结构体类型是由系统声明的，取名 FILE. 。

例如，VS2013 编译环境提供的 stdio.h 头文件中有以下的文件类型申明：

struct _iobuf {char *_ptr;int _cnt;char *_base;int _flag;int _file;int _charbuf;int _bufsiz;char *_tmpfname;
};
typedef struct _iobuf FILE;

不同的 C编译器 的 FILE 类型包含的内容不完全相同，但是大同小异。

每当打开⼀个文件的时候，系统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，使用者不必关心细节。

⼀般都是通过⼀个 FILE 的指针来维护这个 FILE 结构的变量，这样使用起来更加方便。

下⾯我们可以创建⼀个 FILE* 的指针变量:

FILE* pf;//⽂件指针变量 

定义 pf 是⼀个指向 FILE 类型数据的指针变量。可以使 pf 指向某个文件的文件信息区（是⼀个结构体变量）。

通过该文件信息区中的信息就能够访问该文件。也就是说，通过文件指针变量能够间接找到与它关联的文件。

比如：

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。

ANSI C 规定使用 fopen 函数来打开文件，fclose 来关闭文件。

//打开⽂件 
FILE * fopen ( const char * filename, const char * mode );
//关闭⽂件 
int fclose ( FILE * stream );

mode 表示文件的打开模式，下面都是文件的打开模式：

实例代码：

/* fopen fclose example */
#include <stdio.h>
int main ()
{FILE * pFile;//打开⽂件 pFile = fopen ("myfile.txt","w");//⽂件操作 if (pFile!=NULL){fputs ("fopen example",pFile);//关闭⽂件 fclose (pFile);}return 0;}

5. 文件的顺序读写

5.1 顺序读写函数介绍

5.1.1 fgetc 字符输入函数

从文件中读取一个字符，若发生错误则返回 EOF 。、

函数举例：

**/* fgetc example: money counter */
#include <stdio.h>
int main ()
{FILE * pFile;int c;int n = 0;pFile=fopen ("myfile.txt","r");if (pFile==NULL) perror ("Error opening file");else{do {c = fgetc (pFile);if (c == '$') n++;} while (c != EOF);fclose (pFile);printf ("The file contains %d dollar sign characters ($).\n",n);}return 0;
}**

函数的运行结果：

5.1.2 fputc 字符输出函数

输出一个字符到文件中。

函数举例：

/* fputc example: alphabet writer */
#include <stdio.h>int main ()
{FILE * pFile;char c;pFile = fopen ("alphabet.txt","w");if (pFile!=NULL) {for (c = 'A' ; c <= 'Z' ; c++)fputc ( c , pFile );fclose (pFile);}return 0;
}

函数运行结果：

5.1.3 fgets 字符行输入函数

从文件中读取一行的字符串，最多将 num - 1 个存储到 str 字符数组中，最后一个存放 \0 。

当读取到这一行结束、或者遇到 \0 时停止读取，将读取到的数据放到字符串数组中。

函数举例：

/* fgets example */
#include <stdio.h>int main()
{FILE * pFile;char mystring [100];pFile = fopen ("myfile.txt" , "r");if (pFile == NULL) perror ("Error opening file");else {if ( fgets (mystring , 100 , pFile) != NULL )puts (mystring);fclose (pFile);}return 0;
}

函数运行结果：

5.1.4 fputs 字符行输出函数

将 str 字符串数组中的内容，输入到文件中，直到遇见 \0 为止。

函数举例：

/* fputs example */
#include <stdio.h>int main ()
{FILE * pFile;char sentence [256];printf ("Enter sentence to append: ");fgets (sentence,256,stdin);pFile = fopen ("mylog.txt","a");fputs (sentence,pFile);fclose (pFile);return 0;
}

函数运行结果：

5.1.5 fscanf 格式化输入函数

我们可以看到参数部分出现了 ... ，代表这可变参数，对于这部分的参数如何运用，我们参考 scanf 与 printf 即可。

比如我们想要读取一个字符串与一个整数，在使用 scanf 时，参数将如下定义。

scanf("%s %d", str, num);

同样的，对于 fscanf 我们只要在可变参数前加上文件指针即可。

FILE* pf;
fscanf(pf, "%s %d", str, &num);

函数举例：

/* fscanf example */
#include <stdio.h>int main ()
{char str [80];float f;FILE * pFile;pFile = fopen ("myfile.txt","w+");fprintf (pFile, "%f %s", 3.1416, "PI");rewind (pFile);fscanf (pFile, "%f", &f);fscanf (pFile, "%s", str);fclose (pFile);printf ("I have read: %f and %s \n",f,str);return 0;
}

函数运行结果：

5.1.6 fprintf 格式化输出函数

对于同样也由于可变参数的 fprintf ，我们只需参考 printf 函数的使用即可。

函数举例：

/* fprintf example */
#include <stdio.h>int main ()
{FILE * pFile;int n;char name [100];pFile = fopen ("myfile.txt","w");for (n=0 ; n<3 ; n++){puts ("please, enter a name: ");gets (name);fprintf (pFile, "Name %d [%-10.10s]\n",n+1,name);}fclose (pFile);return 0;
}

函数运行结果：

5.1.7 fread 二进制输入函数

以二进制方式读取 count 个 size 字节大小的元素，存放到 ptr 数组中。

函数举例：

/* fread example: read an entire file */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>int main () {FILE * pFile;long lSize;char * buffer;size_t result;pFile = fopen ( "myfile.bin" , "rb" );if (pFile==NULL) {fputs ("File error",stderr); exit (1);}// obtain file size:fseek (pFile , 0 , SEEK_END);lSize = ftell (pFile);rewind (pFile);// allocate memory to contain the whole file:buffer = (char*) malloc (sizeof(char)*lSize);if (buffer == NULL) {fputs ("Memory error",stderr); exit (2);}// copy the file into the buffer:result = fread (buffer,1,lSize,pFile);if (result != lSize) {fputs ("Reading error",stderr); exit (3);}/* the whole file is now loaded in the memory buffer. */// terminatefclose (pFile);free (buffer);return 0;
}

函数运行结果：

## 5.1.8 fwrite 二进制输出函数

以二进制方式写入ptr 数组中的 count 个 size 字节大小的元素，存放到文件中。

函数举例：

/* fwrite example : write buffer */
#include <stdio.h>int main ()
{FILE * pFile;char buffer[] = { 'x' , 'y' , 'z' };pFile = fopen ("myfile.bin", "wb");fwrite (buffer , sizeof(char), sizeof(buffer), pFile);fclose (pFile);return 0;
}

函数运行结果：

5.2 对比两组函数：

1. scanf / fscanf / sscanf

2. printf / fprintf / sprintf

其实在这两组函数中，我们没有介绍过的函数只有 sscanf ，sprintf ，下面我们进行讲解。

从 s 字符串中读取数据，放到可变参数中，如果我们想要读取一个整数，如下所示。

sscanf(s, "%d", &num);

函数举例：

/* sscanf example */
#include <stdio.h>int main ()
{char sentence []="Rudolph is 12 years old";char str [20];int i;sscanf (sentence,"%s %*s %d",str,&i);printf ("%s -> %d\n",str,i);return 0;}

函数运行结果：

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）。

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

offset ：距离 origin 位置的字节数。

origin ：可以看到其的取值又三种 SEEK_SET （文件的开始位置）， SEEK_CUR （文件指针现在的位置）， SEEK_END （文件末尾）

函数举例：

/* fseek example */
#include <stdio.h>
int main ()
{FILE * pFile;pFile = fopen ( "example.txt" , "wb" );fputs ( "This is an apple." , pFile );fseek ( pFile , 9 , SEEK_SET );fputs ( " sam" , pFile );fclose ( pFile );return 0;
}

函数运行结果：

6.2 ftell

返回文件指针相对于起始位置的偏移量。

long int ftell ( FILE * stream );

函数举例：

/* ftell example : getting size of a file */
#include <stdio.h>int main ()
{FILE * pFile;long size;pFile = fopen ("myfile.txt","rb");if (pFile==NULL) perror ("Error opening file");else{fseek (pFile, 0, SEEK_END);   // non-portablesize=ftell (pFile);fclose (pFile);printf ("Size of myfile.txt: %ld bytes.\n",size);}return 0;
}

函数运行结果：

6.3 rewind

让文件指针的位置回到文件的起始位置

void rewind ( FILE * stream );

函数举例：

/* rewind example */
#include <stdio.h>
int main ()
{int n;FILE * pFile;char buffer [27];pFile = fopen ("myfile.txt","w+");for ( n='A' ; n<='Z' ; n++)fputc ( n, pFile);rewind (pFile);fread (buffer,1,26,pFile);fclose (pFile);buffer[26]='\0';printf(buffer);return 0;
}

函数运行结果：

7. 文件读取结束的判定

7.1 被错误使用的 feof

牢记：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的是否结束。

feof 的作用是：当⽂件读取结束的时候，判断读取结束的原因是否是：遇到文件尾结束。

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：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>int main(void)
{int c; // 注意：int，⾮char，要求处理EOF FILE* fp = fopen("test.txt", "r");if(!fp) {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读取⽂件循环 { putchar(c);}//判断是什么原因结束的 if (ferror(fp))puts("I/O error when reading");else if (feof(fp))puts("End of file reached successfully");fclose(fp);
}

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 handlingif (feof(fp))printf("Error reading test.bin: unexpected end of file\n");else if (ferror(fp)) {perror("Error reading test.bin");}}fclose(fp);
}

8. 文件缓冲区

ANSI C 标准采用“缓冲文件系统”处理数据文件的，所谓缓冲文件系统：

是指系统自动地在内存中为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会先送到内存中的缓冲区，

装满缓冲区后才⼀起送到磁盘上。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;
}

这里可以得出⼀个结论：

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操作结束的时候关闭文件。

如果不做，可能导致读写文件的问题。