C语言文件操作

1. 文件的概念

• 文件的作用：

  文件是用来存储数据的，在之前写的代码中，只要我们对出程序，之前的数据就不复存在了，如果想要将数据保存到电脑上，就需要使用文件。

• 文件的分类：程序文件、数据文件（从文件功能的角度来分类）

  • 程序文件：

    程序文件包括源程序文件（.c），目标文件（Windows下为.obj），可执行程序（Windows下为.exe）

  • 数据文件：

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

  • 文件标识：

    一个文件一定要有一个唯一的文件标识，以便识别和使用，文件标识分为三个部分：文件路径+文件名主干+文件后缀，例如：C:\code\test.c，为了方便起见，文件标识常被称为文件名。

2. 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。

如果要求外层加上ASCII码的形式存储，则需要在存储前进行转换。以ASCII字符的形式存储的文件就是文本文件。

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

如果有一个整数10000，如果以ASCII码的形式输出到磁盘，则磁盘中占用5个字节（每一个字符一个字节），而二进制形式输出，则在磁盘上只占4个字节。

3. 文件的打开和关闭

3.1 流和标准流

3.1.1 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，不同大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错做，我们抽象出了流的概念。可以把流理解为一条流淌着字符的河流。

C程序针对文件、画面、键盘等的数据输入输出都是对流进行操作的。

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。

3.1.2 标准流

我们发现，我们之前的程序中，向键盘输入数据，向屏幕上输出数据，并没有打开流。

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，大多数情况的环境中从键盘输入。
• stdout - 标准输出流，大多数情况的环境中输出至显示屏。
• stderr - 标准错误流，大多数情况的环境中输出至显示屏。

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

stdin、stdout、stderr这三个文件的类型是：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。

3.2 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，取名为FILE。

下面是VS2013编译环境中提供的stdio.h头文件中的文件类型声明。

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（VS2022环境下的FILE类型和上面的似乎就不太一样）。

每当打开一个文件的时候，系统回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。

创建FILE*指针变量：

FILE* fp;

pf是一个指向FILE类型数据的指针变量。可以使某个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。

3.3 文件的打开和关闭

文件在读写之前应该要先打开文件，在使用结束后应该关闭文件。

在编写程序的时候，在打开文件的同时，都会返回应该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。

FILE * fopen ( const char * filename, const char * mode );int fclose ( FILE * stream );

• filename：需要打开的文件名。
• stream：需要关闭的文件的文件指针。
• mode：文件的打开模式，如下表。

文件使用方式	含义	如果指定文件不存在
“r”（只读）	打开一个已经存在的文本文件，只进行读取数据	出错
“w”（只写）	打开一个文本文件，如果文件存在，清空文件中原来的内容，只进行写入数据	建立新的文件
“a”（追加）	打开一个文本文件，向文本文件末尾添加数据	建立新的文件
“rb”（只读）	打开一个二进制文件，只进行读取数据	出错
“wb”（只写）	打开一个二进制文件，如果文件存在，清空文件中原来的内容，只进行写入数据	建立新的文件
“ab”（追加）	打开一个文本文件，向文本文件末尾添加数据	建立新的文件
“r+”（读写）	打开一个文本文件，进行读写操作	出错
“w+”（读写）	打开一个文本文件，如果文件存在，清空文件中原来的内容，进行读写操作	建立新的文件
“a+”（读写）	打开一个文本文件，在文件末尾进行读写操作	建立新的文件
“rb+”（读写）	打开一个二进制文件，进行读写操作	出错
“wb+”（读写）	打开一个二进制文件，如果文件存在，清空文件中原来的内容，进行读写操作	建立新的文件
“ab+”（读写）	打开一个二进制文件，在文件末尾进行读写操作	建立新的文件

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

4. 文件的顺序读写

4.1 顺序读写函数

函数名	功能	适用于
fgetc	字符输入函数	所有输入流
fputc	字符输出函数	所有输出流
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	二进制输入函数	文件
fwrite	二进制输出函数	文件

上面的适用于所有输入流一般指适用于标准输出流和其他输出流（如文件输入流），所有输出流一般指的是标准输出流和其他输出流（如文件输出流）

4.2 对比两组函数

4.2.1 scanf/fscanf/sscanf

int scanf ( const char * format, ... );
int fscanf ( FILE * stream, const char * format, ... );
int sscanf ( const char * s, const char * format, ...);

• scanf：这个函数我们前面使用的很多，作用就是从标准输入流获取（一般是键盘）数据。
• fscanf：从我们指定的流中获取数据，比如从某文件中获取数据，第一个参数传递文件指针即可，其他参数与scanf基本一致。
• sscanf：从s字符串中获取数据，第一个参数传递字符串指针，其他参数与scanf基本一致。

上面三个函数的返回值：读取数据成功时，返回读取成功的总项数，读取数据失败时，返回EOF。

4.2.2 printf/fprintf/sprintf

int printf ( const char * format, ... );
int fprintf ( FILE * stream, const char * format, ... );
int sprintf ( char * str, const char * format, ... );

• printf：这个函数在前面使用过很多次，作用就是将指定内容输出到标准输出流中（一般是屏幕）。
• fprintf：将数据输出到指定的流中，比如输出到某文件，第一个参数传递文件指针即可，其他参数与printf基本一致。
• sprintf：将数据输出到指定字符串中（写入到字符串中），第一个参数传递指定的字符串指针，其他参数与printf基本一致。

上面三个函数的返回值：输出成功时，则返回输出的总字符数，输出失败时，则返回一个负数。

5. 文件的随机读写

5.1 fseek

重新设置文件位置指示器。

文件位置指示器类似于我们的鼠标光标，当打开文件时，文件位置指示器位于文件的开头。

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

• stream：文件指针
• offset：偏移量，决定将文件指示器移动至相对于origin位置多少偏移量的位置，正数在表向右移，负数代表向左移。
• origin：移动文件指针的相对位置。
  • SEEK_SET：文件开头位置。
  • SEEK_CUR：文件指示器的当前位置。
  • SEEK_END：文件结尾位置。

注：库实现可以不真正支持 SEEK_END （因此，使用它的代码没有真正的标准可移植性）。

#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;
}

5.2 ftell

long int ftell ( FILE * stream );

stream：文件指针。

返回文件指针相对于起始位置的偏移量。

#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;
}

6.3 rewind

void rewind ( FILE * stream );

让文件指针的位置回到文件的起始位置。

#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;
}

6. 文件读取结束的判定

6.1 被错误使用的feof

int feof ( FILE * stream );

检查文件结束指示符。

当一个文件位置指示器读取数据尝试读取到文件末尾或之后时，文件结束指示符会被设置。

当结束指示符被设置时，feof将返回非零值，否则返回0；

当未到文件末尾时，读取就已经结束，这种情况文件结束指示符不会被设置，feof将返回0。

所以我们不能用feof判断读取是否结束。

6.2 判断读取结束

1. 文本文件读取是否结束可以判断读取函数的返回值是否为EOF（如fgetc）或NULL（如fgets）。
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，如使用fread判断返回值是否小于实际要读的个数。

7. 文件缓冲区

ANSIC标准采用缓冲文件系统处理数据文件，所谓文件缓冲系统就是指系统自动在内存中为程序中每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，则从磁盘文件读取数据输入到内存缓冲区（充满缓冲区），然后再冲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。