【文件操作——详细讲解】

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（从⽂件功能的⻆度来分类
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，以便⽤⼾识别和引⽤。
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
为了⽅便起⻅，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）。

在这里插入图片描述

**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;
}

**在VS上打开二进制文件：**💻
在这里插入图片描述

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同流操作的。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。
• stdout - 标准输出流，⼤多数的环境中输出⾄显⽰器界⾯。
• 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：**💻

在这里插入图片描述

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。

//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：

在这里插入图片描述

**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🕵️

在这里插入图片描述

上⾯说的适⽤于所有输⼊流⼀般指适⽤于标准输⼊流和其他输⼊流（如⽂件输⼊流）；所有输出流⼀般指适⽤于标准输出流和其他输出流（如⽂件输出流）.

5.2 对比一组函数：🤯

scanf/fscanf/sscanf

printf/fprintf/sprintf

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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。
在这里插入图片描述

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

例⼦：

/* 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;
}

6.2 ftell🕵️

在这里插入图片描述

返回⽂件指针相对于起始位置的偏移量

long int ftell ( FILE * stream );

**例⼦：**✍️

/* 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-portable
 size=ftell (pFile);
 fclose (pFile);
 printf ("Size of myfile.txt: %ld bytes.\n",size);
 }
 return 0;
}

6.3 rewind🕵️

在这里插入图片描述

让⽂件指针的位置回到⽂件的起始位置

void rewind ( FILE * stream );

**例⼦：**🦍

/* 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;
}

7. 文件读取结束的判定💻

7.1 被错误使的用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，判断是读取结束的原因是否是：遇到⽂件尾结束。

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 .
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。

在这里插入图片描述

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 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);
}

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.

在这里插入图片描述

 #include <stdio.h>
 #include <windows.h>
//VS2019 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;
}