【C语言】文件操作，文件读写详细介绍

为什么要使用文件？

文件概念

1. 什么是文件？

2. 程序文件

3. 数据文件

4. 文件名

文件的使用

1. 文件指针

2. 文件的打开与关闭

文件的顺序读写

1. 顺序读写函数

2. scanf系列与printf系列

文件的随机读写

1. fseek

2. ftell

3. rewind

文本文件，二进制文件

文件读取结束的判定

文件缓冲区

为什么要使用文件？

我们前面学习结构体时，写通讯录的程序，当通讯录运行起来的时候，可以给通讯录中增加、删除数据，此时数据是存放在内存中，当程序退出的时候，通讯录中的数据自然就不存在了，等下次运行通讯录程序的时候，数据又得重新录入，如果使用这样的通讯录就很难受。
我们在想既然是通讯录就应该把信息记录下来，只有我们自己选择删除数据的时候，数据才不复存在。
这就涉及到了数据持久化的问题，我们一般数据持久化的方法有，把数据存放在磁盘文件或存放到数据库等方式。
使用文件我们可以将数据直接存放在电脑的硬盘上，做到了数据的持久化。

文件概念

1. 什么是文件？

1. 文件是指磁盘上的文件。

2. 在以前学习中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，这里处的就是磁盘上文件。

3. 但是在程序设计中，我们一般谈的文件有两种，是从文件功能的角度来分类的：程序文件、数据文件。

2. 程序文件

1. 源文件(后缀为.c)。

2. 目标文件(windows环境下后缀为.obj)。

3. 可执行程序(windows环境下后缀为.exe)。

3. 数据文件

程序运行需要从中读取数据的文件，或者输出内容的文件。

4. 文件名

1. 一个文件要有一个唯一的文件标识，以便用户识别和引用。

2. 为了方便起见，文件标识常被称为文件名。

3. 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

文件的使用

1. 文件指针

1. 文件指针是指文件类型的指针。

2. 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)。

3. 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。
struct _iobuf {
    char *_ptr;
    int _cnt;
    char *_base;
    int _flag;
    int _file; 
    int _charbuf; 
    int _bufsiz;
    char *_tmpfname;
        };

typedef struct _iobuf FILE;
4. 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。

5. 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。
FILE* pf; //文件指针变量
6. 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. 文件的打开与关闭

1. 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。

打开文件
FILE* fopen(const char* filename, const char* mode);
关闭文件
int fclose(FILE* stream);
2. 打开模式(mode)如下：

.

3. 例子
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;
}

文件的顺序读写

1. 顺序读写函数

1. 将一个字符写入流中。

int fputc(int character, FILE* stream);

//例子
int main ()
{
    FILE* pFile = fopen("myfile.txt","w");
    fputc('a', pFile);  
    fclose(pFile);
    
    return 0;
}

2. 从流中获取一个字符。

int fgetc(FILE* stream);

//例子
int main ()
{
    FILE* pFile = fopen("myfile.txt","r");
    int ch = fgetc(pFile);  
    printf("%c\n", ch);
    fclose(pFile);
    
    return 0;
}

读的原理：文件打开，文件指针默认指向起始位置，读一个之后文件指针就往后一个位置。

3. 读与写的理解

这里我们的主语(主视角)始终是程序。

4. 将字符串写入流

int fputs(const char* str, FILE* stream);

//例子
int main()
{
    FILE* pFile = fopen("myfile.txt", "w");
    fputs("abc\n", pFile);
    fclose(pFile);
    pFile = NULL;

    return 0;
}

5. 从流中获取字符串

char* fgets(char* str, int num, FILE* stream);

读num-1个，或者遇到换行，或者到文件末尾停下。

int main()
{
    FILE* pFile = fopen("myfile.txt", "r");
    char str[10];
    fgets(str, 10, pFile);
    printf("%s\n", str);
    fclose(pFile);
    pFile = NULL;

    return 0;
}

6. 将格式化数据写入流

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

例子

struct S
{
    int i;
    float f;
}s = {1, 3.1f};

int main()
{
    FILE* pFile = fopen("myfile.txt", "w");
    
    fprintf(pFile, "%d, %f", s.i, s.f);

    fclose(pFile);
    pFile = NULL;

    return 0;
}

7. 从流中读取格式化数据

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

例子

struct S
{
    int i;
    float f;
}s = { 0 };

int main()
{
    FILE* pFile = fopen("myfile.txt", "r");

    fscanf(pFile, "%d, %f", &(s.i), &(s.f));
    printf("%d, %f", s.i, s.f);

    fclose(pFile);
    pFile = NULL;

    return 0;
}

8. 将数据块写入流(二进制输出)

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

从 ptr 指向的空间开始拷贝 count 个大小为 size 的数据到 stream 流中。

struct S
{
    int i;
    float f;
};

int main()
{
    FILE* pf = fopen("data.txt", "wb");
    if (pf == NULL)
    {
        perror("fopen");
        return 1;
    }

    struct S s = { 1, 1.0 };
    fwrite(&s, sizeof(s), 1, pf);

    fclose(pf);
    pf = NULL;

    return 0;
}

因为是二进制文件，所以用文本文件打开就会乱码。

9. 从流中读取数据块(二进制输入)

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

从 stream 流中读 count 个大小为 size 的数据放到 ptr 所指向的空间。

struct S
{
    int i;
    float f;
};

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

    struct S s;
    fread(&s, sizeof(s), 1, pf);
    printf("%d, %f\n", s.i, s.f);

    fclose(pf);
    pf = NULL;

    return 0;
}

2. scanf系列与printf系列

printf系列

1. 将格式化数据打印到 stdout
int printf(const char* format, ...);
2. 将格式化数据写入流
int fprintf(FILE* stream, const char* format, ...);
3. 将格式化数据写入字符串
int sprintf(char* str, const char* format, ...);
scanf系列

1. 从 stdin 读取格式化数据
int scanf(const char* format, ...);
2. 从流中读取格式化数据
int fscanf(FILE* stream, const char* format, ...);
3. 从字符串中读取格式化数据
int sscanf(const char* s, const char* format, ...);
sprintf与sscanf的例子
struct S
{
    int i;
    float f;
};

int main()
{
    char arr[20];
    struct S s = { 1, 1.0 };
    sprintf(arr, "%d, %f", s.i, s.f);
    printf("arr:%s\n", arr);
    struct S tmp;
    sscanf(arr, "%d, %f", &(tmp.i), &(tmp.f));
    printf("tmp:%d, %f\n", tmp.i, tmp.f);

    return 0;
}

文件的随机读写

1. fseek

int fseek(FILE* stream, long int offset, int origin);
1. 根据文件指针的位置和偏移量来定位文件指针。

2. 控制 stream 文件指针从 origin 开始偏移 offset。

3. 文件指针默认在文件起始位置，origin有三个选项控制文件指针的起始位置。

例子

文件指针默认指向起始位置也就a，我想访问c。
int main()
{
    FILE* pf = fopen("data.txt", "r");
    if (pf == NULL)
    {
        perror("fopen");
        return 1;
    }

    fseek(pf, -2, SEEK_END); 
    printf("%c\n", fgetc(pf));

    fclose(pf);
    pf = NULL;
}

2. ftell

long int ftell(FILE* stream);

返回文件指针相对于起始位置的偏移量。

int main()
{
    FILE* pf = fopen("data.txt", "r");
    if (pf == NULL)
    {
        perror("fopen");
        return 1;
    }

    printf("%c\n", fgetc(pf));
    printf("%c\n", fgetc(pf));
    printf("%c\n", fgetc(pf));
    printf("%d\n", ftell(pf));

    fclose(pf);
    pf = NULL;
}

3. rewind

void rewind(FILE* stream);

让文件指针的位置回到文件的起始位置。

int main()
{
    FILE* pf = fopen("data.txt", "r");
    if (pf == NULL)
    {
        perror("fopen");
        return 1;
    }

    printf("%c\n", fgetc(pf));
    printf("%c\n", fgetc(pf));
    printf("%c\n", fgetc(pf));
    rewind(pf);
    printf("%c\n", fgetc(pf));

    fclose(pf);
    pf = NULL;
}

文本文件，二进制文件

1. 根据数据的组织形式，数据文件被分为文本文件与二进制文件。

2. 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。

3. 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？

1. 字符一律以ASCII形式存储。

2. 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。

3. 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。

二进制编辑器打开

文件读取结束的判定

1. 文本文件读取结束的判断

用 fgetc 判断返回值是否为 EOF 或用 fgets 判断返回值是否为 NULL。

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2. 二进制文件读取结束的判断

用 fread 判断返回值是否小于实际要读的个数。

.

3. 正确使用 feof

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。

文件缓冲区

1. 系统会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”。

2. 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。

3. 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到内存缓冲区，充满缓冲区后再从缓冲区逐个地将数据送到程序数据区(程序变量等)。

4. 缓冲区的大小根据编译器决定的。

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这样做的原因：

1. 当我们使用读写函数的时候，这些函数底层会调用操作系统的接口，让操作系统帮我们读写数据。

2. 实际上操作系统运行着很多进程，如果我们频繁使用这些函数，就会频繁的打断操作系统，这样操作系统就罢工了。

3. 所以我们设一个缓冲区，放满了才去麻烦操作系统。

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例子

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。