文件操作(1) —— 文件基础知识

1. 为什么使用文件？

2. 文件种类【按功能分】

3. 文件名

4. 数据文件种类【按存储方式细分】

5. 文件的打开和关闭

5.1 流和标准流

5.2 文件指针

5.3 文件的打开和关闭函数

6. 文件缓冲区

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. 文件种类【按功能分】

磁盘上的⽂件是⽂件。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（从⽂件功能的⻆度来分类的）

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）,可执行文件（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。例如文本文件(后缀为.txt)

本章讨论的重点是数据⽂件。

3. 文件名

⼀个⽂件要有⼀个唯⼀的⽂件标识，也就是文件名，以便⽤⼾识别和引⽤。

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

4. 数据文件种类【按存储方式细分】

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（VS2019测试）。

ascii码也是二进制的，机器是如何区分它是普通的二进制数据还是ascii码数据？

ASCII码确实是一种二进制编码形式，它通过特定的7位或8位二进制数来表示不同的字符。然而，尽管ASCII码和二进制数据在底层都是以二进制形式存储的，但计算机区分它们的方式主要取决于文件的上下文信息和解释方式。

对于文本文件（如ASCII文件），计算机会按照字符编码的规则来解释二进制数据。这意味着，当程序读取一个文本文件时，它会将文件中的每个字节解析为对应的ASCII字符。例如，如果文件中包含字节01000001（即十六进制的41），程序会将其解释为字符'A'。

而对于二进制文件，计算机则不会尝试将这些字节解释为字符。相反，它会直接处理这些二进制数据，根据文件的格式和用途来解释其中的信息。例如，如果一个二进制文件包含图像数据，那么计算机会使用图像处理软件来解读这些数据，而不是尝试将其解释为文本。

此外，文件的扩展名和打开方式也会影响计算机如何解释文件内容。例如，如果一个文件以.txt扩展名结尾并被文本编辑器打开，那么计算机会假定该文件是文本文件，并尝试按照字符编码的规则来解释其中的数据。而如果同一个文件被二进制编辑器打开，或者其扩展名表明它是一个二进制文件（如.bin、.dat等），那么计算机则会直接处理其中的二进制数据。

综上所述，虽然ASCII码和二进制数据在底层都是二进制形式，但计算机通过上下文信息、文件格式和打开方式等来判断如何解释这些数据。

5. 文件的打开和关闭

5.1 流和标准流

流的概念：

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？

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。

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。

5.2 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，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pf:

FILE* pf;

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。

5.3 文件的打开和关闭函数

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：

// 打开⽂件

FILE * fopen ( const char * filename, const char * mode );

filename输入的是文件名。
mode是文件的打开方式。
打开成功则会返回该文件的首地址，否则返回NULL。

filename输入的也可以是绝对路径和相对路径，详细看参考这篇文章什么是相对路径？相对路径的具体写法和用法

下面是文件的各种打开方式：

打开方式中只要含有 r ，那么都需要先存在该文件。
打开方式中只要含有 w ，则每次对文件的操作都会覆盖文件上一次的内容。

// 关闭⽂件

int fclose ( FILE * stream );

如果流成功关闭，则返回零值。失败时，返回 EOF。(了解即可)
如果输入NULL指针，则该函数什么也不执行。

因为文件的打开可能会失败，所以我们要用 if 语句判断并用perror函数打印错误信息：

int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.txt", "r");	//文件的打开
	if (pf == NULL)		//判断是否打开成功
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
		//省略：对文件的一系列操作……

	fclose(pf);		//文件的关闭
	return 0;
}

6. 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。

Sleep函数能让程序休眠，单位是毫秒ms（1秒 == 1000毫秒）

#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。

本期分享完毕，感谢大家的支持Thanks♪(･ω･)ﾉ