C进阶---文件操作

我们在日常使用电脑保存文件时，其目的就是为了便于以后查看、修改、更新等操作；保存在文件中可以使数据持久化，所以今天我们家里学习文件的相关操作。

一、文件

1.1什么是文件

磁盘上的文件是文件。

在程序设计中，文件一般分为两种（从文件功能的角度分类）

（1）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）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。

在以前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。

1.2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

为了方便起见，文件标识常被称为文件名。

二、文件的打开和关闭

首先我们要知道文件的操作

打开文件
文件操作（读/写）
关闭文件

2.1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。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。

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找到与它关联的文件。

2.2文件的打开（fopen）

文件在读写之前应该先打开文件

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

//打开文件
FILE * fopen ( const char * filename, const char * mode );

打开方式：

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）	为了输出数据，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，建议一个新的文件	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

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
	FILE* pf = fopen("t1.txt", "r");//这里使用的是相对路径
	//文件操作
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}

    //关闭文件
	free(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

运行结果如下，发生错误。

我们可以看到，如果指定文件不存在，将会发生错误

我们换成只写（"w"）的方式再试一下

我们可以看到，如果指定文件不存在，将会建立新的文件

那么追加（"a"）又是什么情况

我们可以看到，如果指定文件不存在，将会建立新的文件

2.3文件的关闭（fclose）

在使用结束之后应该关闭文件！！！

ANSIC 规定使用fclose来关闭文件

//关闭文件
int fclose ( FILE * stream );

三、文件的顺序读写

这里我们要再次知晓，输入就是读取，输出就是写入

打个比方：

当我们听课的时候，就是信息输入也就是读

当我们做笔记的时候，就是信息输出也就是写

3.1顺序读写函数的介绍

功能	函数名	适用于
字符输入函数	fgetc	所有输入流
字符输出函数	fputc	所有输出流
文本行输入函数	fgets	所有输入流
文本行输出函数	fputs	所有输出流
格式化输入函数	fscanf	所有输入流
格式化输出函数	fprintf	所有输出流
二进制输入	fread	文件
二进制输出	fwrite	文件

(1)fputc 写文件

fput的功能就是将内容输出（写）到文件中

//fputc 写文件
int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.txt", "w");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//写文件
	//把26个字母写到文件中
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 26; i++)
	{
		fputc('a'+i, pf);
	}

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

(2)fgetc读文件

fgetc函数的功能就是从文件中读出数据

//fgetc 读文件
int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//读文件
	//把26个字母显示到屏幕上
	int i = 0;
	int ch = 0;
	for (i = 0; i < 26; i++)
	{
		ch = fgetc(pf);
		printf("%c ", ch);
	}

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

运行结果

(3)fputs文本输入

fputs函数的功能是将一个字符串写入文件中

//fputs 写一行数据
int main()
{
	FILE* pf = fopen("t1.txt", "w");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//写一行数组 hello world
	fputs("hello world\n", pf);

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

运行结果

(4)fgets文本输出

fgets函数的功能就是将文件内容读取出来

//fgets - 读一行数据
int main()
{
	FILE* pf = fopen("t1.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//读
	char arr[20];
	fgets(arr, 5, pf);
	printf("%s\n", arr);

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

运行结果

3.2格式化的读写（fprintf、fscanf）

(1)fprintf

其实fprintf用法就是比printf多了一个文件指针

//fprintf
struct S
{
	int n;
	float f;
	char arr[20];
};

int main()
{
	struct S s = { 100, 3.14f, "zhangsan" };
	//打开文件
	FILE* pf = fopen("t1.txt", "w");
	if (NULL == pf)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//写文件
	fprintf(pf, "%d %f %s\n", s.n, s.f, s.arr);

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

运行结果

(2)fscanf

其实fscanf用法就是比scanf多了一个文件指针

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

举个例子：

//fscanf
struct S
{
	int n;
	float f;
	char arr[20];
};

int main()
{
	struct S s = {0};
	//打开文件
	FILE* pf = fopen("t1.txt", "r");
	if (NULL == pf)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//读文件
	fscanf(pf, "%d %f %s", &(s.n), &(s.f), s.arr);

	printf("%d %f %s\n", s.n, s.f, s.arr);

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

运行结果

(3)sprintf和sscanf

sprintf的功能就是把一个格式化的数据转换成字符串

int sprintf ( char * str, const char * format, ... );

sscanf的功能就是将一个字符串转换成对应的格式化数据

int sscanf ( const char * s, const char * format, ...);

举个例子：

struct S
{
	int n;
	float f;
	char arr[20];
};
int main()
{
	//序列化和反序列化的时候

	struct S s = { 200, 3.5f, "wangwu" };
	//把一个结构体转换成字符串
	char arr[200] = { 0 };
	sprintf(arr, "%d %f %s\n", s.n, s.f, s.arr);
	printf("字符串的数据：%s\n", arr);

	//把一个字符串转换成对应的格式化数据
	struct S tmp = { 0 };
	sscanf(arr, "%d %f %s", &(tmp.n), &(tmp.f), tmp.arr);
	printf("格式化的数据：%d %f %s\n", tmp.n, tmp.f, tmp.arr);

	return 0;
}

运行结果

(4)fread和fwrite

fwrite

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

fwrite函数的功能就是将ptr位置的，每个元素大小为size的，count个元素，以二进制的形式输出到stream位置。（写入文件中）

举个例子：

struct S
{
	int n;
	float f;
	char arr[20];
};
int main()
{
	struct S s = { "zhangsan", 20, 95.5f };
	FILE*pf = fopen("t3.txt", "wb");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//写文件
	fwrite(&s, sizeof(struct S), 1, pf);

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

运行结果，乱码

fread

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

fread函数的功能就是从stream位置，以二进制的形式读取count个每个元素大小为size的数据，到ptr位置。（从文件中读出数据）

举个例子：

struct S
{
	char name[20];
	int age;
	float score;
};

int main()
{
	struct S s = {0};
	FILE* pf = fopen("t3.txt ","rb");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//读文件
	fread(&s, sizeof(struct S), 2, pf);
	printf("%s %d %f\n", s.name, s.age, s.score);

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

运行结果

总结：

C程序读写文件的时候默认打开3个流

终端设备-屏幕：标准输出流 stdout

键盘：标准输入流 stdin

屏幕：标准错误流 stderr

scanf针对标准输入流
printf针对标准输出流
fscanf针对所有输入流
fprintf针对所有输出流

四、文件的随机读写

4.1fseek

根据文件指针的位置和偏移量来定位文件指针

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

举个例子：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>


int main()
{
	FILE* pf = fopen("t1.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//读文件
	int ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);//a
	ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);//b
	ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);//c
	ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);//d

	//fseek(pf, -3, SEEK_CUR);
	fseek(pf, 0, SEEK_SET);
	ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);//读到的是a

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

运行结果，最后一个参数的位置决定了读到什么

4.2ftell

返回文件指针相对于起始位置的偏移量

long int ftell ( FILE * stream );

举个例子：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>


int main()
{
	FILE* pFile;
	long size;
	pFile = fopen("t1.txt", "rb");
	if (pFile == NULL) 
		perror("Error opening file");
	else
	{
		fseek(pFile, 0, SEEK_END); // non-portable
		size = ftell(pFile);
		fclose(pFile);
		pFile = NULL;
		printf("Size of t1.txt: %ld bytes.\n", size);
	}
	return 0;
}

运行结果

我们改变指针位置再看

4.3rewind

让文件指针的位置回到文件的起始位置

void rewind ( FILE * stream )；

举个例子：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>


int main()
{
	FILE* pf = fopen("t1.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//读文件
	int ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);//a
	ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);//b
	ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);//c
	ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);//d

	rewind(pf);//回到起始位置

	printf("%d\n", ftell(pf));//那么这里就是0

	ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);//a

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

我们可以看到rewind让指针回到起始位置

五、文本文件和二进制文件

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。

代码如下：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#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;
}

要想如上图一样直接在vs中查看，先将文件复制到vs中然后改变打开方式

不同的存储形式值不一样

在内存中（16进制形式）

六、文件读取结束的判定

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。

int feof ( FILE * stream );

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。
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。

fgetc返回值分析

读取失败返回EOF

1、遇到文件末尾，返回EOF，同时设置一个状态，遇到文件末尾了，使用feof来检测这个状态

2、遇到错误，返回EOF，同时设置一个状态，遇到错误，使用ferror来检测这个状态

文本文件例子：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
	int c; // 注意：int，非char，要求处理EOF
	FILE* fp = fopen("t1.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);
	}

	if (ferror(fp))
		puts("I/O error when reading");
	else if (feof(fp))
		puts("End of file reached successfully");
	fclose(fp);
    fp = NULL;
}

运行结果

二进制文件的例子：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
#include <stdlib.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);
	fp = NULL;

	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);
	fp = NULL;
}

运行结果：

注意：

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

七、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。

举个例子：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <windows.h>


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;
}

运行结果