总言

C语言：文件操作。

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总言
1、文件是什么？为什么需要文件？
- 1.1、为什么需要文件？
- 1.2、文件是什么？
2、文件的打开与关闭
- 2.1、文件指针
- 2.2、文件打开和关闭：fopen、fclose
- 2.3、文件使用方式
3、文件的顺序读写
- 3.1、字符输入输出：fputc、fgetc
- - 3.1.1、fputc
  - 3.1.2、fgetc
- 3.2、适用于所有流：stream的简单介绍
- 3.3、文本输入输出：fputs、fgets
- - 3.3.1、fputs
  - 3.3.2、fgets
- 3.4、格式化输入输出：fscanf、fprintf
- - 3.4.1、fprintf
  - 3.4.2、fscanf
- 3.5、与字符串相关的输入输出：sscanf、sprintf
- - 3.5.1、对比说明
  - 3.5.2、使用介绍
- 3.6、二进制输入输出：fread、fwrite
- - 3.6.1、fwrite
  - 3.6.2、fread
4、文件的随机读写
- 4.1、fseek
- 4.2、ftell
- 4.3、rewind
5、其它相关内容
- 5.1、文本文件和二进制文件
- 5.2、文件读取结束判定
- 5.3、文件缓冲区

1、文件是什么？为什么需要文件？

1.1、为什么需要文件？

模拟实现通讯录时，会面临这样一个实际问题：在通讯录中把信息记录下来后，只有在我们自己选择删除数据的情况下，数据才不复存在，否则需要长久保留数据。
这就涉及到了数据持久化的问题，一般数据持久化的方法有，把数据存放在磁盘文件、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。

1.2、文件是什么？

1）、文件分类
磁盘上的文件是文件。但在程序设计中，从文件功能的角度来看，一般文件有两种：程序文件、数据文件。
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。

2）、文件名称
一个文件要有一个唯一的文件标识，以便用户识别和引用。为了方便起见，文件标识常被称为文件名。
文件名包含3部分：文件路径+文件名主干+文件后缀

D:\日常\TIM\Tencent Files\All Users\test.txt
文件路径：D:\日常\TIM\Tencent Files\All Users\
文件名主干:test
文件后缀：.txt

2、文件的打开与关闭

2.1、文件指针

1）、文件指针是什么？

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。
在这里插入图片描述

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。

VS2019下FILE声明：

#ifndef _FILE_DEFINED
    #define _FILE_DEFINED
    typedef struct _iobuf
    {
        void* _Placeholder;
    } FILE;
#endif

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;

一般通过一个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。
在这里插入图片描述

2）、文件指针的作用

我们可以创建一个FILE*的指针变量，如下：

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找到与它关联的文件。

2.2、文件打开和关闭：fopen、fclose

1）、fopen、fclose函数介绍
相关函数链接：fopen
在这里插入图片描述

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

const char * filename：所需要打开的文件名称。
const char * mode：打开文件的方式，此处类型为字符指针，用于存放字符串首字符的地址。
FILE *：在内存中创建一个与打开文件有关的文件信息区，同时返回一个文件指针，该指针指向文件信息区的起始地址（结构体）。
NULL：如果文件打开失败，则返回空指针，同动态内存一致，需要进行判空操作，若错误则显示错误原因，并结束程序。

相关链接：fclose
在这里插入图片描述

fclose
int fclose ( FILE * stream );

FILE * stream：向指定要关闭的FILE指针

2）、使用举例

int main()
{
	//打开文件
	FILE* pf = fopen("test.txt", "r");//“r”此处为字符串，用双引号，r是一种文件读取模式
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}

	//读文件
	//……

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

情形一：
在这里插入图片描述

情形二：
在这里插入图片描述

情形三：绝对路径与相对路径说明
假如要打开的文件不在当前路径下，需要使用对应路径打开：

2.3、文件使用方式

以下mode会在后续学习中慢慢用到。
在这里插入图片描述

3、文件的顺序读写

在这里插入图片描述

3.1、字符输入输出：fputc、fgetc

3.1.1、fputc

相关函数链接：fputc
在这里插入图片描述

fputc
int fputc ( int character, FILE * stream );

将字符character按顺序写入对应的文件流stream中，此处使用的是文件指针。如果失败则返回EOF。

演示如下：

int main()
{
	//打开文件
	FILE* pf = fopen("D:\\Daily\\test.txt", "w");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}

	//读写文件
	for (char ch = 'a'; ch <= 'z'; ch++)
	{
		fputc(ch, pf);
	}

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

在这里插入图片描述

3.1.2、fgetc

相关函数链接：fgetc
在这里插入图片描述

fgetc
int fgetc ( FILE * stream );

从对应的文件指针指向的文件中按顺序依次读取字符，若遇到文件结尾/错误则返回EOF，若成功则返回字符读取（提升为 int 值）。

使用演示：

int main()
{
	//打开文件
	FILE* pf = fopen("D:\\Daily\\test.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}

	//读写文件
	int ch;
	while ((ch = fgetc(pf)) != EOF)
	{
		printf("%c ", ch);
	}

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

在这里插入图片描述

3.2、适用于所有流：stream的简单介绍

我们知道各种各样的外部设备，比如键盘、屏幕、U盘、硬盘、网卡等，数据信息的读写在它们之间进行交换，但不同的设备其读写方式可能存在差异，这样一来使用效率就会大幅降低，因为我们在做数据输入输出的前提是要学习了解它们的原理。因此，为了简化这一过程，我们在这些外设间引入一个中间商，即流，用于输入输出。这样一来，我们在各种数据交换时，就不必关心流与这些外设间是如何做到数据信息交换的，相当于一种封装。

在这里插入图片描述

相关演示：

int main()
{
	int ch = fgetc(stdin);
	printf("%c ", ch);
	fputc(ch, stdout);
	return 0;
}

在这里插入图片描述

3.3、文本输入输出：fputs、fgets

3.3.1、fputs

相关函数链接：fputs
在这里插入图片描述
相关演示：

int main()
{
	//打开文件
	FILE* pf = fopen("D:\\Daily\\test.txt", "w");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}

	//读写文件
	fputs("落霞与孤鹜齐飞，", pf);
	fputs("秋水共长天一色。\n", pf);

	fputs("渔舟唱晚，响穷彭蠡之滨；\n", pf);
	fputs("雁阵惊寒，声断衡阳之浦。\n", pf);


	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

可以看到，没加换行符，fputs会将当前内容放置于上此文尾，若加了换行符则另起一行。
在这里插入图片描述

3.3.2、fgets

相关函数链接：fgets
在这里插入图片描述

若成功，则返回str指针指向地址，若失败，则返回NULL；

相关演示一：

int main()
{
	//打开文件
	FILE* pf = fopen("D:\\Daily\\test.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}

	char arr[255];

	//读写文件
	fgets(arr, 254, pf);
	printf("%s\n", arr);

	while (fgets(arr, 254, pf)!=NULL)
		printf("%s", arr);

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

在这里插入图片描述

验证fgets会保留一位将\0放入:

int main()
{
	//打开文件
	FILE* pf = fopen("D:\\Daily\\test.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}

	char arr[10]="XXXXXXXXXX";

	//读写文件
	fgets(arr, 5, pf);
	printf("%s\n", arr);

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

在这里插入图片描述

3.4、格式化输入输出：fscanf、fprintf

3.4.1、fprintf

相关函数链接：printf
在这里插入图片描述
printf是将相关内容打印到标准输出，即屏幕上；
fprintf适用于任意流，可将相关内容打印到指定的stream中。

相关演示：

struct st
{
	char name[20];
	int age;
	double score;
};

int main()
{
	//创建一个学生数据，要求：将该学生数据的内容存入指定文件中
	struct st s1 = { "张三",25,98.00 };

	//打开文件
	FILE* pf = fopen("D:\\Daily\\test.txt", "w");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}

	//读写文件
	fprintf(pf,"%s %d %lf", s1.name, s1.age, s1.score);


	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

在这里插入图片描述

3.4.2、fscanf

相关函数链接：fscanf
在这里插入图片描述

scanf是从标准输入流中读取数据，一般是键盘；
fscanf适用于任意流，可从指定的流stream中读取数据。

相关演示：

struct st
{
	char name[20];
	int age;
	double score;
};

int main()
{
	//创建一个学生数据，要求：从指定文件中读取相关数据信息填入该结构体中
	struct st s1 = {0};

	//打开文件
	FILE* pf = fopen("D:\\Daily\\test.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}

	//读写文件
	fscanf(pf, "%s %d %lf", s1.name, &(s1.age), &(s1.score));
	//注意，name为数组名，本身就是地址，故无需取地址操作符，其它二者读取时与scanf别无差异
	fprintf(stdout, "%s %d %lf", s1.name, s1.age, s1.score);


	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

在这里插入图片描述

3.5、与字符串相关的输入输出：sscanf、sprintf

3.5.1、对比说明

1）、scanf/printf、fscanf/fprintf、sscanf、sprintf对比说明

scanf：针对标准输入输出流的格式化输入函数，Read formatted data from stdin
printf：针对标准化输入输出流的格式化输出函数，Print formatted data to stdout

scanf
int scanf ( const char * format, ... );

printf
int printf ( const char * format, ... );

fscanf：针对所有输入流的格式化输入函数，Read formatted data from stream
fprintf：针对所有输出流的格式化输出函数，Write formatted data to stream

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

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

sscanf：把一个字符串数据转换为格式化数据，Read formatted data from string
sprintf：把一个格式化的数据转换为字符串数据，Write formatted data to string

sscanf
int sscanf ( const char * s, const char * format, ...);

sprintf
int sprintf ( char * str, const char * format, ... );

3.5.2、使用介绍

相关函数链接：sprintf
在这里插入图片描述

相关函数链接：sscanf

使用举例：

struct st
{
	char name[20];
	int age;
	double score;
};

int main()
{
	//打开文件
	FILE* pf = fopen("D:\\Daily\\test.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}

	//读写操作
	
	struct st s1 = { "李四",23,94.5 };//原数据
	struct st stof = { 0 };//未赋有效值的结构体：用于存放从字符串中转换过来的格式化数据
	char ftos[255];//字符数组：用于存放从格式化数据中转换得到的字符串

	//使用sprintf，将格式化数据转换成字符串
	sprintf(ftos, "%s %d %lf", s1.name, s1.age, s1.score);
	printf("ftos数组中：%s\n", ftos);

	//使用sscanf，将字符串转换为格式化数据
	sscanf(ftos, "%s %d %lf", stof.name, &(stof.age), &(stof.score));
	printf("stof结构体中：%s %d %lf\n", stof.name, stof.age, stof.score);

	

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

在这里插入图片描述

3.6、二进制输入输出：fread、fwrite

3.6.1、fwrite

相关函数链接：fwrite
在这里插入图片描述
注意理解该函数各参数含义，ptr是要写入的元素数组的指针，size是单个此类数据的大小（每个元素的大小），count是要写入这类数据的数目（元素个数），stream为指定输出的流。

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

相关演示：

struct st
{
	char name[20];
	int age;
	double score;
};

int main()
{
	//打开文件
	FILE* pf = fopen("D:\\Daily\\test.txt", "wb");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}

	//读写操作
	
	struct st s1 = { "李四",23,94.5 };
	fwrite(&s1, sizeof(struct st), 1, pf);
	//含义：将s1中的数据输出至pf中，个数为1个，每个大小为sizeof(struct st)
	

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

在这里插入图片描述

3.6.2、fread

相关函数链接：fread
在这里插入图片描述

相关演示：

struct st
{
	char name[20];
	int age;
	double score;
};

int main()
{
	//打开文件
	FILE* pf = fopen("D:\\Daily\\test.txt", "rb");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}

	//读写操作
	
	struct st s1 = { 0 };
	fread(&s1, sizeof(struct st), 1, pf);
	printf("%s %d %lf\n", s1.name, s1.age, s1.score);
	

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

在这里插入图片描述

4、文件的随机读写

4.1、fseek

相关函数链接：fseek
根据文件指针的位置和偏移量，重新定位文件指针。
在这里插入图片描述

SEEK_SET	Beginning of file
SEEK_CUR	Current position of the file pointer
SEEK_END	End of file *

1）、关于随机位置读取


int main()
{
	//打开文件
	FILE* pf = fopen("D:\\Daily\\test.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}

	//文件读写
	//
	//文件中存储的例句：turn lemon into lemonade.
	for (int i = 0; i < 4; i++)
	{
		 printf("%c", fgetc(pf));//turn
	}
	printf("\n");
	//至此，文件指针指向trun lemon中的空白字符
	


	//演示一：以当前文件指针作为参考点
	fseek(pf, -1, SEEK_CUR);//当前指向turn中的n
	printf("文件向左偏移一位后：%c\n", fgetc(pf));//fgetc读取后后挪一位，到空白字符

	fseek(pf, 1, SEEK_CUR);//当前指向为lemon中的l
	printf("文件向右偏移一位后:%c\n", fgetc(pf));//fgetc读取后后挪一位，到e
	printf("\n");



	//演示二：以文件头作为参考点，此时偏移量不能为负数
	fseek(pf, 3, SEEK_SET);//当前指向trun中的n
	printf("文件向右偏移三位后:%c\n", fgetc(pf));
	printf("再次读取一位:%c\n", fgetc(pf));
	printf("\n");


	
	//演示三：以文件尾作为参考点，此时偏移量不能为正数
	fseek(pf, -3, SEEK_END);//当前指向为lemonade.中的d
	printf("文件向左偏移三位后:%c\n", fgetc(pf));
	printf("再次读取一位:%c\n", fgetc(pf));
	printf("\n");
	//

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

在这里插入图片描述

2）、关于随机位置写入

int main()
{
	//打开文件
	FILE* pf = fopen("D:\\Daily\\test.txt", "w");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}

	//文件读写
	//
	for (char ch = 'a'; ch <='z'; ch++)
	{
		fputc(ch,pf);
	}


	//演示一：以当前文件指针作为参考点
	fseek(pf, -22, SEEK_CUR);
	fputc('S', pf);


	//演示二：以文件头作为参考点，此时偏移量不能为负数
	fseek(pf, 6, SEEK_SET);
	fputc('O', pf);


	//演示三：以文件尾作为参考点，此时偏移量不能为正数
	fseek(pf, -3, SEEK_END);
	fputc('S', pf);

	//

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

在这里插入图片描述

4.2、ftell

返回文件指针相对于起始位置的偏移量
相关函数链接：ftell

代码演示如下：

int main()
{
	//打开文件
	FILE* pf = fopen("D:\\Daily\\test.txt", "w");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}

	//文件读写
	//
	for (char ch = 'a'; ch <='z'; ch++)
	{
		fputc(ch,pf);
	}

	fseek(pf, -22, SEEK_CUR);
	fputc('S', pf);

	long int pos = ftell(pf);
	printf("%ld\n", pos);
	//

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

在这里插入图片描述

4.3、rewind

相关函数链接：rewind
让文件指针的位置回到文件的起始位置
在这里插入图片描述

相关演示：

int main()
{
	//打开文件
	FILE* pf = fopen("D:\\Daily\\test.txt", "w");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}

	//文件读写
	//
	for (char ch = 'a'; ch <='z'; ch++)
	{
		fputc(ch,pf);
	}

	fseek(pf, -22, SEEK_CUR);
	fputc('S', pf);

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

	rewind(pf);
	printf("%ld\n", ftell(pf));
	//

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

在这里插入图片描述

5、其它相关内容

5.1、文本文件和二进制文件

1）、数据文件分类
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，如果不加转换直接输出到外存，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。
在这里插入图片描述

2）、数据在内存中的存储方式
字符型数据一律以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。

3）、举例演示
以整数10000为例子：
在这里插入图片描述

一个测试代码：
我们以二进制的形式将正数10000写入文件中

#include <stdio.h>
int main()
{
	int a = 10000;
	FILE* pf = fopen("D:\\Daily\\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;
}

假如用文本文件的形式打开，可以看到是乱码
在这里插入图片描述
现在我们在VS中以二进制的形式打开，需要做一点设置，操作如下：

5.2、文件读取结束判定

1）、关于feof函数说明
在文件读取过程中，不能用feof函数的返回值直接用来判断文件的是否结束。feof是应用于当文件读取结束的时候，判断是读取失败结束，还是遇到文件尾结束。
在这里插入图片描述

2）、关于文件读取结束说明
根据文件类型的区别，判断文件读取结束具有一定区别：

对文本文件读取是否结束，有两种判断方法：1、判断返回值是否为 EOF；2、判断返回值是否为 NULL 。
例如：fgetc 函数中，判断文件读取结束是看是否返回 EOF，而fgets判断文件读取结束是看返回值是否为 NULL。

对二进制文件读取是否结束，可通过返回值是否小于实际要读的个数来判断。
例如：fread判断返回值是否小于实际要读的个数。

5.3、文件缓冲区

1）、什么是文件缓冲区
ANSIC 标准采用“缓冲文件系统”处理的数据文件。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”。

2）、为什么需要文件缓冲区
文件缓冲区是一个链接内存与硬盘的过渡段，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。之所以要这样做，是因为内存和硬盘处理数据的速度不一，若直接从磁盘中读取数据输送到内存，会面临频繁访问、占用内存资源的现象。故而在二者之间搭建出一个中间商。
需要注意的是，缓冲区的大小是根据C编译的系统来决定。