【C语言】程序员自我修养之文件操作

🔥个人主页：大白的编程日记

🔥专栏：C语言学习之路

---

前言

哈喽，各位小伙伴大家好！今天给大家分享的是，作为程序员的自我修养的文件操作。话不多说，咱们直接进入正题！向大厂冲锋！

一.文件介绍

1.1为什么使用文件

以这段代码为例：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<stdio.h>
int main()
{
	int n = 0;
	scanf("%d", &n);
	printf("%d", n);
	return 0;
}

当我们输入10时，发现n这时确实时10。

但当我们退出程序，重新运行时n的值已经不见了。

可以发现我们刚才再程序输入的10,在内存中并没有持久化的保存。
但是我们硬盘中的文件的数据就可以永久的保存起来。

• 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。

---

1.2文件分类

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）。

• 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）。
• 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。

今天主要我们讨论的是数据文件。
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。

• 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。

1.3二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。

• 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的文件中，就是⼆进制文件。例如obj文件：因为是二进制的文件，我们用文本编辑器看到的就是乱码。
  
• 文本文件
  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。
  txt后缀的就是文本文件
  

⼀个数据在文件中是怎么存储的呢？

• 存储方式
  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

#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;
}

• 我们以文本编辑器打开是看不看不懂的。

• 所以我们以二进制编辑器打开

二.文件的打开和关闭

2.1流和标准流

• 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通过流操作的。
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。

• 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？

int main()
{
	int a = 0;
	scanf("%d", &a);
	printf("%d", a);
	return 0;
}

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，scanf函数就是从标准输入流中读取数据

• stdout
  标准输出流，大多数的环境中输出至显示器界面，printf函数就是将信息输出到标准输出流中。

• 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。

2.2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.

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，从而维护整个文件流的读写操作，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。

2.3文件的打开和关闭

文件操作就像喝水一样：

• 喝水
  打开瓶盖——喝水——关闭瓶盖

• 文件操作
  打开文件——读写文件——关闭文件

那文件是如何打开关闭的呢？

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 );

• 参数
  filename是要操作的文件名，mode表示文件的打开模式，
  stream是要关闭文件的的文件指针

mode表示文件的打开模式，下面都是文件的打开模式：

• "w"和"a"的区别
  ”w“会清空文件中原有的数据再写。"a"则再原来的数据后追加数据

注意是双引号不是单引号！因为char*指针指向的是字符串首元素的地址，所以要用双引号表示字符串

实例代码：

#include <stdio.h>
int main ()
{
  FILE * pFile;
  //打开⽂件
  pFile = fopen ("myfile.txt","w");
  //⽂件操作
  if (pFile!=NULL)//检查指针返回值
  {
  fputs ("fopen example",pFile);
  //关闭⽂件
  fclose (pFile);
  pFile=NULL;//置空
  return 0;
}

注意fopen 如果打开成功返回文件指针，否则返回空指针，所以我们需要对fopen的返回值做判断。
fclose关闭文件后不会把文件指针置为空，所以我们需要手动置空

三.文件的顺序读写

顺序读写函数介绍

3.1fgetc和fputc

fputc是字符输入函数，可以把一个字符写进文件。

• 参数
  character是要写进去的字符，ASCLL码值表示，所以用int类型。
  stream是指向文件的文件指针

• 光标
  文件中有光标进行读写操作的维护，写数据后光标就会向后移动。

• 返回值
  如果写操作成功的话，就返回写的字符。失败就返回EOF，就是-1。同时会把错误标记起来。

int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.txt", "w");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	for (int i = 'a'; i < 'z'; i++)
	{
		fputc(i, pf);
	}
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

那如何读取文件的数据呢？那就要使用fgetc

• 参数
  stream是要读取文件的文件指针

• 返回值
  如果读取成功返回值读取成功的字符，ascll码值表示是int
  如果读取失败或遇到文件末尾返回EOF就是-1，所以用int返回，兼容两种返回值的类型

• 光标
  文件中有光标进行读写操作的维护，读数据后光标就会向后移动。

int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	int ch=0;
	while ((ch=fgetc(pf))!= EOF)
	{
		printf("%c", ch);
	}
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

这些函数都是一个一个字符读写的，如果我们要读写字符串呢？

3.2fgets和fputs

fputs是把字符串写到文件里的函数。

• 参数
  str指向要写入字符串的指针，
  stream是要写入文件的文件指针

• 换行
  如果想换行写入字符串，需要再字符串末尾添加\0
  
  

那如何都出来呢？这就得使用fgets。

• 参数
  
  str是读取内存存放的地址
  num是读取的长度，但实际他只会读取num-1个字符，最后一个字符会补上\0。如果文件中的字符串长度不够，就会把字符串读完（包括\n），然后补上\0
  
  
  stream是读取文件的文件指针
• 返回值
  成功读取就返回str的地址
  读取失败就返回空指针。
  所以多次读取时就可以这样写

int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	char s[20] = "xxxxxxxxxxxxxxxxxx";
	while (fgets(s, 10, pf) != NULL)
	{
		printf("%s", s);
	}
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

3.3fprintf和fscanf

当我们要以指定格式写数据到文件时，我们就可以用fprintf函数

我们可以发现printf和fprintf函数参数非常相似，fprintf多了一个文件指针。
其实fprintf使用跟printf基本一样，只是多了一个文件指针而已

int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.txt", "w");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	struct S s = { "张三", 18, 80.5f};
	fprintf(pf, "%s %d %f", s.name, s.age, s.score);
    fclose(pf);
    return 0;
}

那我们读取就用fscanf读取

我们发现scanf和fscanf也非常相似，就差了一个文件指针的参数
所以fscanf的使用也只需多加一个读取文件的文件指针即可。

int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.txt", "w");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	struct S s = { "张三", 18, 80.5f};
	fscanf(pf, "%s %d %f", s.name, &s.age, &s.score);
	printf("%s %d %f", s.name, s.age, s.score);
    fclose(pf);
    return 0;
}

我们发现这些函数都适用于所有流
所有流分为文件流和标准流

那是不是我们用标准流也可以呢？
这里我们来验证一下：

• 验证
  

大家发现我们把文件流替换成标准输出流结果也是一样的。

3.4对比函数

sprintf是把格式化的数据转化为字符串的函数

sprintf多了一个str参数，其实就是格式化数据转化字符串后存放的地址

int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.txt", "w");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	char a[30];
	struct S s = { "张三", 18, 80.5f};
	sprintf(a, "%s %d %f", s.name, &s.age, &s.score);
	printf("%s", a);
    fclose(pf);
    return 0;
}

sscanf就是在字符串中读取格式化数据的函数

int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.txt", "w");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	char a[30];
	struct S s = { "张三", 18, 80.5f};
	printf("字符串打印：");
	sprintf(a, "%s %d %f\n", s.name, s.age, s.score);
	printf("%s", a);
	struct S t = {0};
	sscanf(a, "%s%d%f", t.name, &t.age, &t.score);
	printf("格式打印： %s %d %f", t.name, t.age, t.score);
    fclose(pf);
    return 0;
}

现在我们来对比一下这些相似的函数

3.5fwrite和fread

前面我们用的函数写进去都能看懂，这是因为我们是以文本或字符的形式写进去的。 那以二进制写进去又是怎样的呢？

fwrite把数据以二进制写入文件

• 参数
  ptr指向一个数组，数组存放要写入的数据
  size是每个数据的大小
  count数据的个数
  stream写入文件的文件指针

• 打开方式
  "wb"打开

int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.txt", "wb");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	int arr[] = { 1,2,3,4 };
	fwrite(arr, 4, 4, pf);
    fclose(pf);
    return 0;
}

当然以二进制形式写进去我们看不懂，我们再以二进制形式都出来就好了

fread就是把数据以二进制形式读出来。

• 参数
  ptr指向数组，读取后的数据存放到数据中
  size读取数据的大小
  count读取数据的个数
  strenm读取文件的文件指针

• 打开方式
  "rb"打开

• 返回值
  size_t返回值，表示成功读取的个数。如果读取小于count参数说明是最后一次读取
  当我们不知道文件中的数据个数是就可以这样写

int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.txt", "rb");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	int arr[20] = { };
	int i = 0;
	while (fread(arr+i, 4, 1, pf))
	{
		printf("%d ", arr[i]);
		i++;
	}
	fclose(pf);
    return 0;
}

四.文件的随机读写

大家发现我们讲的这些函数都是一个一个读写，所以叫顺序读写
那我们可不可以想从任意位置开始读写呢？这就是我们接下来要讲的随机读写

fseek函数

• 参数
  stream:操作文件的文件指针
  offset 想让光标偏移的偏移量
  origin 偏移的起始位置
• 起始位置
  起始位置有三种
  

int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	fseek(pf, 2, SEEK_SET);
	printf("%c", fgetc(pf));
	fclose(pf);
    return 0;
}

• ftell
  返回文件指针相对于起始位置的偏移量
  

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;
}

• rewind
  让文件指针的位置回到文件的起始位置

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;
}

五. 文件读取结束的判定

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：遇到文件末尾结束。

• 文本文件
  判断返回值是否为 EOF （ fgetc结束），或者 NULL （ fgets结束 ）

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
  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。

#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);
}

六.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。

#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;
}

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。

后言

这就是文件操作的全部内容，这些内容可能没那么重要，但是作为一个程序员，这些就像内功一样，是一个程序员的自我修养。所以我们还是要多加了解学习。好啦，今天就分享到这里！咱们下期见！拜拜~