【C语言】文件及文件操作详解（fseek，ftell，rwind）

1. 为什么使用文件

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

6.文件的随机读写

6.1 fseek

6.2 ftell

6.3 rewind

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。

在程序设计中，我们谈到的文件一般有两种（从文件功能的角度来分类）：程序文件、数据文件

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环境下后缀为.obj，linux环境下后缀为.0）、可执行程序（Windows环境下后缀为.exe）。

2.2 数据文件

文件中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。

接下来我们讨论的就是数据文件。

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。

文件名包含三部分：文件路径+文件名主干+文件后缀

例如：C:\code\example.txt

为了方便起见，文件标识通常被称为文件名。

注：文件名可以不包含后缀名，但是文件名中不能包含：/、\、：、*、？、“、<、>、|

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，如果不加转换地输出到外存的文件中，就是二进制文件。

如果要求在外存上以ASCII码的形式存储，则需要在存储前进行转换。以ASCII字符的形式存储的文件就是文本文件。

那么一个数据在文件中是如何存储的呢？

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。

例如有整数10000，如果以ASCII形式输出到磁盘，则磁盘中占用5个字节（一个字符占一个字节），而以二进制形式输出，则在磁盘上只占4个字节（在VS2019上测试）。

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，

可以把流想象成一个中转站，它能根据不同的外部设备读写的方式来进行相应的操作。

流是一种抽象，表示在其上执行输入和输出操作的设备。流基本上可以表示为无限长度字符的源或目标。

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

在C语言程序启动时，会默认打开三个流：

·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，在大多数环境中输出到显示器界面

·stderr——标准错误流，在大多数环境中输出到显示器界面

默认打开这三个流之后，使用scanf、printf等函数就可以直接进行输入输出操作。

stdin、stdout、stderr三个流的类型是：FILE*，通常被称为文件指针。

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，文件的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，该结构体变量是由系统声明的，取名FILE 。

在VS2019编译环境中提供的stdio.h头文件中，我们是看不到对文件类型的声明的：

    typedef struct _iobuf
    {
        void* _Placeholder;
    } FILE;

在VS2013编译环境提供的stdio.h头文件中有以下的文件类型声明：

struct _iobuf {
 char *_ptr;
 int _cnt;
 char *_base;
 int _flag;
 int _file;
 int _charbuf;
 int _bufsiz;
 char *_tmpfname;
 };
typedef struct _iobuf FILE;

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，对于使用者来说，不必关注其中的细节。

要想定义一个文件指针，我们可以按照这样的方式：

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。可以是pf指向某个文件的文件信息区（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。

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。

ANSI C规定使用fopen函数来打开文件，fclose函数来关闭文件。

//打开文件
FILE * fopen ( const char * filename, const char * mode );
//If the file is successfully opened, the function returns a pointer to a FILE object that can be used to identify the stream on future operations.
//Otherwise, a null pointer is returned.
//关闭文件
int fclose ( FILE * stream );
//If the stream is successfully closed, a zero value is returned.
//On failure, EOF is returned.

mode表示文件的打开模式，有以下打开模式：

文件的使用方式	含义	若文件不存在
“r”（只读）	打开文件进行读取操作。该文件必须存在	出错
“w”（只写）	为了写入数据，打开一个文本文件，如果已存在同名文件，则会丢弃其内容，并将该文件视为新的空文件。	建立一个新的文件
“a”（追加）	向文本文件尾添加数据	建立一个新文件
“rb”（只读）	为了读取数据，打开一个二进制文件	出错
“wb”（只写）	为了写入数据，打开一个二进制文件	建立一个新文件
“ab”（追加）	向一个二进制文件尾添加数据	建立一个新文件
“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，建立一个新文本文件	建立一个新文件
“a+”（读写）	打开一个文本文件，在文件尾读写	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	建立一个新文件

/* fopen example */
#include <stdio.h>
int main ()
{
  FILE * pFile;
  pFile = fopen ("myfile.txt","w");
  if (pFile!=NULL)
  {
    fputs ("fopen example",pFile);
    fclose (pFile);
  }
  return 0;
}

5. 文件的顺序读写

顺序读写函数介绍：

函数名	功能	适用范围
fgetc	字符输入函数（一次读取一个字符）	所有输入流
fputc	字符输出函数（一次写一个字符）	所有输出流
fgets	文本行输入函数（一次读取一行数据）	所有输入流
fputs	文本行输出函数（一次写一行数据）	所有输出流
fscanf	格式化输入函数	所有输出流
fprintf	格式化输出函数	所有输出流
fread	二进制输入	文件流
fwrite	二进制输出	文件流

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。

int fseek ( FILE * stream, long int offset, int origin );
//origin有三种
//SEEK_SET----Beginning of file
//SEEK_CUR----Current position of the file pointer
//SEEK_END----End of file *

/* 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

返回文件指针相对于起始位置的偏移量

//long int ftell ( FILE * stream );

/* 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

使文件指针的位置回到文件的起始位置

//void rewind ( FILE * stream );

/* 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';
  puts (buffer);
  return 0;
}

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