【C语言】与文件有关的操作

news2024/11/21 2:38:42

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  • 1. 前言
  • 2. 什么是文件？
    • 2.1 程序文件
    • 2.2 数据文件
    • 2.3 文件名
  • 3. 二进制文件和文本文件？
  • 4. 文件的打开和关闭
    • 4.1 流和标准流
      • 4.1.1 流
      • 4.1.2 标准流
    • 4.2 文件指针
    • 4.3 文件的打开和关闭
  • 5. 文件的顺序读写
    • 5.1 顺序读写函数介绍
    • 5.2 对比一组函数
  • 6. 文件的随机读写
    • 6.1 `fseek`
    • 6.2 `ftell`
    • 6.3 `rewind`
  • 7. 文件读取结束的判定
    • 7.1 被错误使用的 `feof`
  • 8. 文件缓冲区

1. 前言

数据如果存在内存中，当程序退出、断电，数据就丢失了。
而数据存在硬盘中，其实就是存储在文件中，数据就不会因为断电、程序退出就丢失了。
而想要数据持久化，就需要存在文件中。
那怎么操作文件呢？

2. 什么是文件？

磁盘（硬盘）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（从文件功能的角度来分类的）。

2.1 程序文件

程序文件也就是程序在编译过程中产生的文件。
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）。
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2.2 数据文件

通过程序文件来处理数据文件。
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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。

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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： D:\code\test.txt
前面的D:\code\就是路径，test是文件名，.txt是文件后缀
为了方便便起见，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。
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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。

⼀个数据在文件中是怎么存储的呢？
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。

举个例子：有整数10000
以ASCII形式存储，就是存为一个1字符和4个0字符。
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二进制形式存储
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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;
}

我们执行代码后想在vs上打开，把它添加到现有项中，但是发现打开不了。
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此时右击点击打开方式，然后选择二进制编辑器，就可以了
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就是10000的二进制存储。

这里存储为二进制文件或者文本文件并没有要求，看个人选择。

4. 文件的打开和关闭

想要对文件进行操作，就离不开打开文件和关闭文件。

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。
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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：

  1. stdin 标准输入流，在大多数的环境中从键盘输入。
  2. stdout 标准输出流，大多数的环境中输出至显示器界面。
  3. 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。
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。

FILE* pf;

定义pf是一指向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。
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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。
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mode表示文件的打开模式，下面都是文件的打开模式：

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//打开⽂件
FILE * fopen ( const char * filename, const char * mode );
//关闭⽂件
int fclose ( FILE * stream );

举个例子

#include <stdio.h>
int main()
{
    FILE* pf = fopen("test.txt", "w");
	int a = 10;
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//写文件

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

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成功了，在这个目录下面就能找到。
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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）。
fgetc：一次只能读取一个字符。
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如果读取失败就返回EOF。

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fputc：一次只能写一个字符。
举个例子：向test.txt里面写26个字母。

{
	FILE* pf = fopen("test.txt", "w");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//写文件
	char ch = 0;
	for (ch = 'a'; ch <= 'z'; ch++)
	{
		fputc(ch, pf);
	}

	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

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这里可以来试一下文件的拷贝：
将data1文件的内容拷贝到data2中。

int main()
{
	FILE* pfread = fopen("data1.txt", "r");
	if (pfread == NULL)
	{
		perror("fopen-1");
		return 1;
	}
	
	FILE * pfwrite = fopen("data2.txt", "w");
	if (pfwrite == NULL)
	{
		perror("fopen-2");
		fclose(pfread);
		pfread = NULL;
		return 1;
	}

	//读文件 - 写文件
	int ch = 0;

	while ((ch = fgetc(pfread)) != EOF)
	{
		fputc(ch, pfwrite);
	}

	//关闭文件
	fclose(pfread);
	pfread = NULL;
	fclose(pfwrite);
	pfwrite = NULL;

	return 0;
}

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fgets：一次读取一行字符
在这里插入图片描述

int main()
{
	FILE* pf = fopen("data.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	char arr[20] = "xxxxxxxxxxxxxxxxx";
	fgets(arr, 20, pf);
	printf("%s", arr);

	fgets(arr, 20, pf);
	printf("%s", arr);

	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

在监视窗口中调试看看为什么读取的会少读一次？
因为它放了\0。

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fputs：一次写一行字符
举个例子：写两行字符到data中

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

	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

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fread和fwrite

在这里插入图片描述
举个例子：
在arr中一次写7个整型类型到文件中

int main()
{
	int arr[] = { 1,2,3,4,5,6,7 };
	FILE* pf = fopen("data.txt", "wb");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	fwrite(arr, sizeof(int), 7, pf);

	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

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以二进制的形式写进去。
那我们以二进制形式读出来
在这里插入图片描述

int main()
{
	int arr[10] = {0};

	FILE* pf = fopen("data.txt", "rb");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	
	fread(arr, sizeof(int), 7, pf);

	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d\n", arr[i]);
	}

	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

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5.2 对比一组函数

  1. scanf/fscanf/sscanf
  2. printf/fprintf/sprintf
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    对比一下 printf/fprintf，多了一个格式。

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举个例子：格式化写一个结构体到文件

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

int main()
{
	struct S s = {100, 3.14f, "zhangsan"};

	FILE* pf = fopen("data.txt", "w");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//写文件
	fprintf(pf, "%d %f %s", s.n, s.f, s.arr);

	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

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对比 scanf/fscanf，也是多了一个格式
在这里插入图片描述
举个例子：
就把上面的结构体内容，按它的格式打印

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

int main()
{
	struct S s = {0};

	FILE* pf = fopen("data.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		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);

	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

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sprintf

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举个例子：
从arr 这个字符串中提取出格式化的数据

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

int main()
{
	struct S s = { 100, 3.14f, "zhangsan"};
	char arr[30] = { 0 };
	sprintf(arr, "%d %f %s", s.n, s.f, s.arr);
	printf("%s\n", arr);

	//从arr 这个字符串中提取出格式化的数据
	struct S t = { 0 };
	sscanf(arr, "%d %f %s", &(t.n), &(t.f), t.arr);
	printf("%d %f %s\n", t.n, t.f, t.arr);

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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。

6.2 ftell

返回文件指针相对于起始位置的偏移量

6.3 rewind

让文件指针的位置回到文件的起始位置

int main()
{
	int arr[10] = { 0 };

	FILE* pf = fopen("data.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//读文件
	//定位文件指针
	//fseek(pf, 6,SEEK_SET);
	//fseek(pf, -3, SEEK_END);

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

	fseek(pf, 5, SEEK_CUR);

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

	int pos = ftell(pf);
	printf("%d\n", pos);

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


	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

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7. 文件读取结束的判定

7.1 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。
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。
在这里插入图片描述

  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：
    （1） fgetc 判断是否为 EOF .
    （2）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。
    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>
//VS2022 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;
}

在这里插入图片描述在这里插入图片描述

这里可以得出⼀个结论：
因为有缓冲区的存在，C语言在操作文件的时候，需要做刷新缓冲区或者在⽂件操作结束的时候关闭文件。
如果不做，可能导致读写文件的问题。

有问题请指出，大家一起进步！

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