C语言学习笔记——文件

1 文件的概念

在磁盘中，用于保存数据的工具就是文件
比如，下图的 test.txt 就是一个文件，保存了 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 这样的数据

2 程序文件和数据文件

从程序设计的角度上来说，文件主要分为程序文件和数据文件
程序文件：用于保存程序代码的文件，比如.c后缀的源文件，.h后缀的头文件
数据文件：用于保存其它数据的文件，比如上文提到的 test.txt 文件

3 二进制文件和文本文件

在C语言编程中，对文件进行操作时，主要有二进制文件和文本文件两个对象，它们都属于数据文件
文本文件：数据在保存到文件时，会先将该数据按字节为单位转换为字符，再以ASCII码的形式保存
二进制文件：数据在保存到文件时，会直接以二进制序列的形式保存

举例：1000在文本文件和二进制文件中的不同保存形式

4 流

4.1 流的概念

由于计算机在运行时，会与各种各样的外部设备交流，所以这会使得程序员需要掌握这些设备的输入输出方式，对程序员的要求大大提高，为避免这种现象的发生，提出了流的概念，流向程序员提供了一种便捷的输入输出方式，程序员只需要通过流，就可以直接与外部设备进行交互，不需要关心具体输入输出的细节

4.2 标准流

标准流主要有3个，分别是 stdin，stdout，stderr
stdin：标准输入流，用来从键盘上读取数据，scanf 所使用的流就是它
stdout：标准输出流，用来向屏幕输出数据，printf 所使用的流就是它
stderr：标准错误流，用来在屏幕上显示错误信息
C语言的程序启动时，默认就开启了这三个流

5 文件信息区和文件指针

打开文件时，会在内存中生成一个文件信息区，文件信息区本质是一个结构体（名为FILE），保存了文件的各种信息
用户可以通过指向文件信息区的文件指针来访问对应的文件，文件指针的类型为FILE*

6 处理文件的库函数

6.1 fopen

fopen 的函数声明如下：

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

功能
打开一个文件

参数
filename 指要打开的文件的名称
mode 指文件的打开方式

返回值
若文件打开成功，则会返回指向该文件文件信息区的文件指针
若文件打开失败，则会返回空指针

文件的打开方式

值	功能	文件不存在时
“r”	指定本次打开要进行 读文件 操作，对象为文本文件	出错
“w”	指定本次打开要进行 写文件 操作并清空文件数据，对象为文本文件	创建新文件
“a”	在文件末尾添加新内容，对象为文本文件	创建新文件
“rb”	指定本次打开要进行 读文件 操作，对象为二进制文件	出错
“wb”	指定本次打开要进行 读文件 操作，对象为二进制文件	创建新文件
“ab”	在文件末尾添加新内容，对象为二进制文件	创建新文件
“r+”	指定本次打开要进行 读文件和写文件 操作，对象为文本文件	出错
“w+”	指定本次打开要进行 读文件和写文件 操作，对象为文本文件	创建新文件
“a+”	在文件末尾添加新内容，对象为文本文件	创建新文件
“rb+”	指定本次打开要进行 读文件和写文件 操作，对象为二进制文件	出错
“wb+”	指定本次打开要进行 读文件和写文件 操作，对象为二进制文件	创建新文件
“ab+”	在文件末尾添加新内容，对象为二进制文件	创建新文件

举例：以读的形式，打开一个名为 “test.txt” 的文本文件

#include <stdio.h>
int main()
{FILE* pf = fopen("test.txt", "r"); //以读的方式打开文件if (pf == NULL) //防止使用空指针assert(pf);fclose(pf); //关闭文件pf = NULL;return 0;
}

6.2 fclose

int fclose ( FILE * stream );

功能
用于关闭打开的文件

参数
stream 为指向要关闭文件的文件指针

6.3 fgetc

int fgetc ( FILE * stream );

功能
用来从文件中获取一个字符

参数
stream 为指向要读取文件的文件指针

返回值
若读取成功，返回读取到的字符
若读取失败或者遇到文件末尾，返回EOF

举例：从文件中读取一个字符并输出

#include <stdio.h>
#include <assert.h>
int main()
{FILE* pf = fopen("test.txt", "r");if (pf == NULL)assert(pf);printf("%c", (char)fgetc(pf));fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

6.4 fputc

int fputc ( int character, FILE * stream );

功能
用来向文件中写入字符

参数
character 为要写入的字符
stream 为指向要操作的文件的文件指针

返回值
若操作成功，则返回写入的字符
若操作失败，则返回EOF

举例：写一个字符到文件内

#include <stdio.h>
#include <assert.h>
int main()
{FILE* pf = fopen("test.txt", "w");if (pf == NULL)assert(pf);fputc('a', pf);fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

6.5 fgets

char * fgets ( char * str, int num, FILE * stream );

功能
用来从文件中读出 num-1 个字符，放入 str 指向的字符串内，最后自动补 ‘\0’

参数
str 为指向存放字符的字符串的指针
num 为要读的字符数量，实际读取数量为 num-1
stream 为指向要读的文件的文件指针

返回值
若操作成功，则返回存放读取字符的字符串首地址
若操作失败，则返回空指针

举例：读取文件中的 4 个字符到字符串内

#include <stdio.h>
#include <assert.h>
int main()
{FILE* pf = fopen("test.txt", "r");if (pf == NULL)assert(pf);char str[5] = " ";fgets(str, 5, pf);fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

6.6 fputs

int fputs ( const char * str, FILE * stream );

功能
将字符串的内容写到文件中

参数
str 为指向字符串的指针
stream 为指向要写的文件的指针

返回值
操作成功时，返回非负值
操作失败时，返回EOF

举例：读取一个字符串到文件内

#include <stdio.h>
#include <assert.h>
int main()
{FILE* pf = fopen("test.txt", "w");if (pf == NULL)assert(pf);char str[20] = "hello world";fputs(str, pf);fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

6.7 fscanf

int fscanf ( FILE * stream, const char * format, parameterList );

功能
根据给出的格式，从文件中读取内容到后方的变量中

参数
stream 为指向要读的文件的文件指针
format 为需要用户指定的格式，比如%d，%s等
paramterList 为要存放数据的变量，可以有1个或多个

返回值
返回成功读取的数据的量
如果在读取的中途出错或遇到文件尾，会设置 ferror 或 feof 指示器
如果一个数据都没有读取成功，返回EOF

举例：读取文件中的数据到变量中

#include <stdio.h>
#include <assert.h>
int main()
{FILE* pf = fopen("test.txt", "w");if (pf == NULL)assert(pf);char str[20] = " ";fscanf(pf, "%s", str);fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

6.8 fprintf

int fprintf ( FILE * stream, const char * format, parameterList);

功能
根据给出的格式，将对应变量中的值写入文件中

参数
stream 为指向要写的文件的指针
format 为需要用户指定的格式，比如%d，%s等
paramterList 为要读取的变量，可以有1个或多个

返回值
操作成功，则返回成功写入的字符的数量
操作失败，返回负数

举例：写入数据到文件中

#include <stdio.h>
#include <assert.h>
int main()
{FILE* pf = fopen("test.txt", "w");if (pf == NULL)assert(pf);char str[20] = "hello world";printf("%d", fprintf(pf, "%s", str));fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

6.9 fread

size_t fread ( void * ptr, size_t size, size_t count, FILE * stream );

功能
从文件中读取 count 个 size 大小的数据到 ptr 指向的空间内，但是是以二进制的形式进行读取

参数
ptr 为指向最终存放数据的空间的指针
size 是读取的每个元素的大小，单位为字节
count 是读取的元素个数
stream 是指向要读取的文件的文件指针

返回值
返回成功读取的元素的个数

举例：从文件中读取5个4字节的数据至数组中

#include <stdio.h>
#include <assert.h>
int main()
{FILE* pf = fopen("test.txt", "rb");if (pf == NULL)assert(pf);int arr[5] = { 0 };fread(arr, sizeof(int), 5, pf);fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

6.10 fwrite

size_t fwrite ( const void * ptr, size_t size, size_t count, FILE * stream );

功能
从 ptr 指向的空间内读取 count 个 size 大小的数据并以二进制的形式写到文件内，

参数
ptr 为指向要读取的空间的指针
size 每个元素的大小
count 为元素的个数
stream 为指向要写入数据的文件的指针

返回值
返回成功写入的元素的个数

举例：向文件中写入5个4字节的数据

#include <stdio.h>
#include <assert.h>
int main()
{FILE* pf = fopen("test.txt", "wb");if (pf == NULL)assert(pf);int arr[5] = { 1,2,3,4,5 };fwrite(arr, sizeof(int), 5, pf);fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

6.11 fseek

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

功能
通过文件指针的位置，偏移量来移动文件指针

参数
stream 是指向文件的文件指针
offset 是偏移量，用来计算新的文件指针位置
origin 是文件指针的位置，有以下三个取值

取值	含义
SEEK_SET	文件的起始位置
SEEK_CUR	当前文件指针的位置
SEEK_END	文件的末尾

返回值
操作成功，返回0
操作失败，返回非0

举例：读取下面这个文件的d字符

#include <stdio.h>
#include <assert.h>
int main()
{FILE* pf = fopen("test.txt", "r");if (pf == NULL)assert(pf);fseek(pf, 3, SEEK_CUR);printf("%c", fgetc(pf));fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

图解：

注意事项
若 origin 取值为 SEEK_END ，则偏移量需要给入负数，才能读取前面的值

6.12 ftell

long int ftell ( FILE * stream );

功能
返回当前文件指针相对于起始位置的偏移量

参数
stream 为指向文件的文件指针

返回值
成功返回当前文件指针的位置
错误返回 -1L

举例：计算下面文件的文件尾相对于起始位置的偏移量

#include <stdio.h>
#include <assert.h>
int main()
{FILE* pf = fopen("test.txt", "r");if (pf == NULL)assert(pf);while (fgetc(pf) != EOF); //使文件指针遍历到结尾printf("%d", ftell(pf));fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

图解：

6.13 rewind

void rewind ( FILE * stream );

功能
将文件指针重置到文件的开始位置

参数
stream 为指向文件的文件指针

返回值
无

举例：输出两次下列文件的内容

#include <stdio.h>
#include <assert.h>
int main()
{FILE* pf = fopen("test.txt", "r");if (pf == NULL)assert(pf);char ch = 0;while ((ch = fgetc(pf)) != EOF){printf("%c ", ch);}printf("\n", ch);rewind(pf); //重置文件指针的位置while ((ch = fgetc(pf)) != EOF){printf("%c ", ch);}fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

6.14 feof 和 ferror

int feof ( FILE * stream );

功能
判断文件的读取是否因为遇到了文件尾而结束

参数
stream 为指向文件的文件指针

返回值
是遇到了文件尾而结束，则返回非0
不是则返回0

int ferror ( FILE * stream );

功能
判断文件的读取是否因为遇到了错误而结束

参数
stream 为指向文件的文件指针

返回值
是遇到了错误而结束则返回非0
不是则返回0

我们可以通过使用 feof 和 ferror 来让文件的读取更加安全

#include <stdio.h>
#include <assert.h>
int main()
{FILE* pf = fopen("test.txt", "r");if (pf == NULL)assert(pf);char ch = 0;while ((ch = fgetc(pf)) != EOF){printf("%c ", ch);}if (feof(pf)){printf("遇到文件尾结束");}else if (ferror(pf)){perror("fault");}fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

7 文件缓冲区

计算机在从文件内读取数据或向文件内写入数据时，会先将数据存入输入/输出缓冲区，待输入/输出缓冲区被填满时，才会将数据读入计算机或输入到文件内，如果没有缓冲区的话，那么就会出现输入/输出一次数据，操作系统就要介入进行处理的情况，操作系统不断被打断，无法服务于其它的进程，会使得操作系统的效率降低