C语言：文件操作（上）

片头

嗨！小伙伴们，今天我们来学习新的知识----文件操作，准备好了吗？我要开始咯!

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。

举一个例子：

但是当我们再次运行程序时，系统并没有保存a的值，而是让我们再次输入，说明内存中的数据不能持久化保存，所以我们需要使用文件来保存数据。

2. 什么是文件？

磁盘上的文件是文件。

但是在程序设计中，我们一般谈的文件有2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。

在以前我们处理数据的输入和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的文件。

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。

文件名包含3部分：文件路径+文件名主干+文件后缀

例如： c:\code\test.txt,文件路径是 c:\code, 文件名主干是test, 文件后缀是.txt

为了方便，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到外存，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。

一个数据在内存中是怎么存储的呢？

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（VS2019测试）

测试代码：

#include<stdio.h>
int main() {int a = 10000;//打开文件，以二进制的形式写到文件中FILE* pf = fopen("text.txt", "wb");fwrite(&a, 4, 1, pf);fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

在VS上打开二进制文件：

vs上打开二进制文件的方法

10000在二进制文件中

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语言针对文件、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，我们想要向流里写数据，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

那为啥我们从键盘输入数据，向屏幕输出数据，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，使用者不用太关心细节。

一般都是通过一个FILE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相关联的文件。

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。

ANSIC规定使用fopen函数来打开文件，fclose函数来关闭文件。

//打开文件
//第一个参数是文件名，第二个参数是打开方式
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，下面是文件的打开模式：

文件使用方式	含义	如果指定文件不存在
“r”（只读）	为了输入数据，打开一个已经存在的文本文件	出错
“w”（只写）	为了输入数据，打开一个文本文件	建立一个新的文件
“a”（追加）	向文本文件尾添加数据	建立一个新的文件
“rb”（只读）	为了输入数据，打开一个二进制文件	出错
“wb”（只写）	为了输出数据，打开一个二进制文件	建立一个新的文件
“ab”（追加）	向一个二进制文件尾添加数据	建立一个新的文件
“r+”（读写）	为了读和写，打开一个文本文件	出错
“w+”（读写）	为了读和写，建立一个新的文件	建立一个新的文件
“a+”（读写）	打开一个文件，在文件尾进行读写	建立一个新的文件
“rb+”（读写）	为了读和写打开一个二进制文件	出错
“wb+”（读写）	为了读和写，新建一个新的二进制文件	建立一个新的文件
“ab+”（读写）	打开一个二进制文件，在文件尾进行读和写	建立一个新的文件

实例代码：

我们先来看看文件使用方式为 “w”（只写）

#include<stdio.h>
int main() {//打开文件，为了只写//如果文件打开失败，会返回NULLFILE* pf = fopen("data.txt", "w");if (pf == NULL) {perror("fopen");return 1;}//写文件//关闭文件fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

运行结果如下：

我们再来看看文件使用方式为 “r”（只读）

代码如下：

#include<stdio.h>
int main() {//打开文件，为了只读//如果文件打开失败，会返回NULLFILE* pf = fopen("data.txt", "r");if (pf == NULL) {perror("fopen");return 1;}//写文件//关闭文件fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

运行结果如下：

这里的“data.txt”为相对路径，系统会根据写代码的位置取查询文件，如果没找到，则打印perror

注意：fopen函数的第一个参数也可以包含绝对路径，比如桌面:C:\\Users\\zpeng\\Desktop\\data .txt

5. 文件的顺序读写

5.1 顺序读写函数介绍

函数名	功能	适用于
fgetc	字符输入函数/读	所有输入流（包括stdin--标准输入流和文件输入流）
fputc	字符输出函数/写	所有输出流（包括stdout--标准输出流和文件输出流）
fgets	文本行输入函数	所有输入流
fputs	文本行输出函数	所有输出流
fscanf	格式化输入函数	所有输入流
fprintf	格式化输出函数	所有输出流
fread	二进制输入	文件输入流
fwrite	二进制输出	文件输出流

我们来演示一下几个顺序读写的函数：

1.先来看看fputc函数

#include<stdio.h>
int main() {//以只写的模式打开文件FILE* pf = fopen("data.txt", "w");if (pf == NULL) {	//如果文件打开失败perror("fopen");return 1;}//写文件fputc('a', pf);//将字符a写入pf流中fputc('b', pf);//将字符b写入pf流中fputc('c', pf);//将字符c写入pf流中fputc('d', pf);//将字符d写入pf流中//关闭文件fclose(pf);pf = NULL;	//置空return 0;
}

运行结果如下：

不过，这样一个一个字符写入流是不是有点太啰嗦了，我们换一种方法试试~

#include<stdio.h>
int main() {//以只写的模式打开文件FILE* pf = fopen("data.txt", "w");if (pf == NULL) {	//如果文件打开失败perror("fopen");return 1;}//写文件//fputc('a', pf);//将字符a写入pf流中//fputc('b', pf);//将字符b写入pf流中//fputc('c', pf);//将字符c写入pf流中//fputc('d', pf);//将字符d写入pf流中for (int i = 0; i < 26; i++) {fputc('a' + i, pf);  //将26个英文字母全部写入流中，'a'的ASCII码值为97}//关闭文件fclose(pf);pf = NULL;	//置空return 0;
}

运行结果如下：

如果我们想让数据输出到控制台上，该怎么做呢？很简单~就是将fputc函数的第二个参数改成stdout - 标准输出流

代码和运行结果如下：

2. 再来看看fgetc函数

代码如下：

#include<stdio.h>
int main() {//打开文件FILE* pf = fopen("data.txt", "r");if (pf == NULL) {	//如果文件打开失败perror("fopen");return 1;}//读文件int ch = fgetc(pf);//从pf流中读取字符'a'printf("%c\n", ch);ch = fgetc(pf);    //从pf流中读取字符'b'printf("%c\n", ch);ch = fgetc(pf);    //从pf流中读取字符'c'printf("%c\n", ch);ch = fgetc(pf);    //从pf流中读取字符'd'printf("%c\n", ch);//关闭文件fclose(pf);pf = NULL;	//置空return 0;
}

运行结果如下：

OK啦，这就是fgetc函数，恭喜你，又学会了新的函数~

3. 小练习

我们从data1.txt中读取数据，写到data2.txt中

///从data1.txt中读取数据
//写到data2.txt文件中#include<stdio.h>
int main() {FILE* pfread = fopen("data1.txt", "r");if (pfread == NULL) {perror("fopen->data1.txt");return 1;}FILE* pfwrite = fopen("data2.txt", "w");if (pfwrite == NULL) {fclose(pfread);pfread = NULL;perror("fopen->data2.txt");return 1;}//数据的读写（拷贝）int ch = 0;//从pfread里面依次读入数据,放入ch中while ((ch = fgetc(pfread)) != EOF) {//将ch中的数据拷贝到pfwrite中fputc(ch, pfwrite);}//关闭文件fclose(pfread);fclose(pfwrite);pfread = NULL;pfwrite = NULL;return 0;
}

4. 来看看fputs函数

代码如下：

#include<stdio.h>
int main() {//打开文件FILE* pfread = fopen("data.txt", "w");if (pfread == NULL){//如果文件为空perror("fopen->pfread");return 1;}//写文件，写一行fputs("abc\n", pfread);//向流中写入abcfputs("abcdef\n", pfread);//向流中写入abcdeffputs("abcdefghij\n", pfread);//向流中写入abcdefghij//关闭文件fclose(pfread);pfread = NULL;return 0;
}

运行结果如下：

5. 来看看fgets函数

代码如下：

#include<stdio.h>
int main() {//打开文件FILE* pfread = fopen("data.txt", "r");if (pfread == NULL) {perror("fopen->pread");return 1;}//将pread流中的前9个字符全部拷贝到arr中char arr[20] = "XXXXXXXXXXXXXXX";char* S = fgets(arr, 10, pfread);for (int i = 0; i < 20; i++) {printf("%c", arr[i]);}//关闭文件fclose(pfread);pfread = NULL;return 0;
}

运行结果如下：

我们还可以从控制台上输入数据和打印数据

代码如下：

#include<stdio.h>
int main() {//通过只读的模式，打开文件FILE* pfread = fopen("data.txt", "r");if (pfread == NULL) {perror("fopen->pfread");return 1;}char arr[20] = "##################";//从控制台上获取数据(读入数据)fgets(arr, 10, stdin);//到控制台上打印数据(写出数据)fputs(arr, stdout);//关闭文件fclose(pfread);pfread = NULL;return 0;
}

运行结果为：