C++新经典--文件操作

文件简介

文件在程序设计中是一个比较重要的概念，这里所说的文件，是指保存在硬盘、U盘等存储介质上的数据，这些存储介质（简称磁盘）上的数据就是以一个个文件的形式体现，每一个文件有一个对应的名字，称为文件名。操作系统也是以文件为单位对数据进行管理，例如想在磁盘上找数据，需要先按照文件名在该磁盘上找到对应文件，然后把文件中的数据读出来。如果要把数据写到磁盘上，也必须先在磁盘上建立一个文件，然后向这个文件中写入数据。

以往程序执行输出的结果信息都是输出到屏幕上，而在程序执行中输入数据是通过键盘用诸如scanf等函数来输入。随着项目越来越庞大，编写的程序功能越来越复杂，不可避免地会将一些数据放到磁盘上长期存储，以后需要这些数据时再从磁盘上把数据读回到计算机内存中，而针对磁盘数据的存取操作，就要用到磁盘文件功能了。

文件可以看成字符序列，例如，“abcdefg”是一个字符串，也是一个字符序列，它是由一个一个的字符顺序排列组成，把这些数据存储到磁盘上，就形成一个文件。
文本文件或者二进制文件是对于人类来说的，而对于计算机，并不区分是什么类型的文件，保存的都是二进制数据，所以，当用文本形式打开文件时，系统会多做一个工作，就是把二进制数据转换成人类能看懂的ASCII码数据。

现在，再说一说对二进制文件的理解。看如下代码：

    short int a;
    int ilen = sizeof(a);//2
    a=10000;
    printf("断点掐在这里观察\n");

把断点设置在printf所在的行并开始调试跟踪，当断点停到printf行时，用前面章节所讲解的办法查看变量a在内存中的内容，如图12.7所示。

文本文件和二进制文件区别详细解释

根据数据组织形式，把文件分为两种：文本文件（ASCII文件）与二进制文件。
·　文本文件：也称为ASCII文件，文件中的每个字节存放一个ASCII码，代表一个字符，这种文件在打开后能够直接看懂其中的内容。
·　二进制文件：把内存中的数据按照其在内存中的存储形式原样输出到磁盘上存放。这种文件中一般会有很多不可见字符，打开后看到的可能是一堆乱码。

文件的打开

文件在进行读或者写之前，必须要先打开，在读或者写结束之后，必须要关闭，否则会造成资源泄漏或读写失败。文件的打开要调用fopen函数。一般形式如下：

在这里插入图片描述
看如下代码：

FILE* fp;
fp = fopen("Al","r");	//打开名字叫"A1"的文件，""表示文件使用方式为只读

这里注意到，fopen函数返回一个指向A1文件的指针，这个指针被赋值给了fp。这样，就可以认为fp指向了A1文件。
FILE结构体：每次用fopen函数打开一个文件，系统都会开辟出一块内存，这块内存大小是sizeof（FILE），这块内存用来存放和文件相关的信息，诸如文件名、文件使用方式、当前文件位置等。

通过调用fopen函数，可以告诉系统三个信息：

1）需要打开的文件名。
2）文件使用方式，如是读还是写，“r”表示读，后面会讲到。
3）让哪个指针变量指向被打开的文件，这里是fp指针变量。

文件使用方式（只包含一部分）如表12.1所示。
在这里插入图片描述
表12.1中的内容不必死记硬背，需要时查阅即可。但这里可以记几个比较常用的，如r、w、a。当然，也有一些规律可循：
（1）有w表示往文件中写入。
（2）有r表示从文件中读出。
（3）有b表示二进制文件。
（4）有a表示追加内容到文件末尾。
（5）有“+”表示既能从文件中读出，又能往文件中写入。

此外，还需要知道的是，每个打开的文件都有一个当前位置指针，其实就是保存在FILE结构里的一个char*型的字符指针（不同版本编译器可能细节不同，但道理都相同）。这个位置指针的用途就是代表当前从文件的哪个位置开始读/写数据，对于读来讲，每读出1字节数据，这个位置指针会自动往后移动1字节，以指向下一字节，这样，下次再读时自然就从下一字节开始。

当用fopen函数打开文件时，有可能打开失败，例如文件不存在时一定会打开失败，此时fopen函数就会返回一个空（NULL）。看如下代码：

在这里插入图片描述

文件的关闭

文件只有在成功用fopen函数打开之后，才存在文件关闭的问题，否则，不存在关闭的问题。在用fopen函数打开文件成功后，一般都会对文件进行读写操作，读写完毕之后，应该关闭这个文件。为什么要关闭这个文件呢？有两个原因：（1）释放这个文件占用的内存资源，如果资源使用后却不释放，那么，当资源耗尽就会导致程序运行崩溃，所以必须养成资源用完后及时释放的好习惯。
（2）往文件中写数据时不会立即往磁盘上写，系统会把数据写到一个叫“缓冲区”的地方，缓冲区满时系统才往磁盘文件上写，写完之后把缓冲区清空继续等待用户往文件中写数据。试想，当把数据往文件中写时，假如缓冲区此时没满，那么在没有关闭文件的情况下退出了程序的运行（或者突然停电导致计算机关机），那么缓冲区中的数据就没来得及写到磁盘文件上，造成数据丢失。关闭文件这个动作会触发系统把缓冲区中的数据立即写到磁盘上，这就避免了缓冲区中的数据丢失问题。

所以，打开的文件在不使用时及时关闭，非常有必要。文件的关闭要调用fclose函数，一般形式如下：
在这里插入图片描述

if(fp != NULL)
	fclose(fp);	//fp就是fopen函数的返回值（文件指针）

文件关闭后，fp就不能再被使用（读/写文件），否则程序会报异常。fclose（）函数有返回值，一般0表示关闭成功，非0表示关闭失败，但该返回值用处不大（例如如果文件关闭失败，再关闭一次应该也还会失败），所以一般不用去理会这个返回值。

文件的读写

文件读写有许多相关的函数，这里介绍几个常用的。
（1）fputc函数：用于把一个字符写到磁盘文件。调用形式看如下代码——将字符ch输出到fp所指向的文件中：
在这里插入图片描述
如果fputc执行成功，返回值就是输出字符的ASCII码值；如果执行失败，返回EOF。EOF是EndOfFile（文件末尾）的缩写，是系统提供的一个宏定义，代表-1。如下：

看看如下范例：

FILE *fp;		//FILE是一个结构，fp是指向结构FILE的指针变量（文件指针）
fp = fopen("FTest.txt","w");	//为写而打开文件
if (fp == NULL)
{
	printf("文件打开失败\n");
}
else
{
	//文件打开成功才走这里
	char reco = fputc('a',fp);
	if (reco == EOF)	//注意fputc失败时，会返回EoF
	{
		
		//写失败时的处理代码
	}
	else
	{
		reco = fputc('d',fp);	//这里并没有判断是否写成功，不建议这样写，不安全
		reco = fputc('e',fp);	//这里依旧没有判断是否写成功
		fclose(fp);	//文件打开成功的情况下，应该及时关闭文件
    }
}

在上面的范例中有几点说明：
·　当执行到fopen这行代码时，文件写入方式指定为w，表示为写而打开一个文本文件FTest.txt，FTest.txt刚开始是不存在的，因此，如果fopen执行成功，则系统会创建该文件，如果该文件存在，则fopen执行成功时该文件中原始的内容会被覆盖。

·　调用fopen函数时可以指定所要打开的文件路径，但范例中并没有指定路径，系统可能会到当前项目所在的目录（通过Visual Studio来运行时）或该可执行程序目录（双击直接运行可执行程序）寻找FTest.txt文件并尝试打开，如果该文件并不存在，系统会在当前项目所在的目录或该可执行程序所在的目录下创建FTest.txt文件。

（2）fgetc函数：用于从指定文件读入一个字符。调用形式看如下代码——从fp所指向的文件中读入一个字符到reco中：

char reco = fgetc(fp);

如果fgetc执行成功，则返回读入的字符；如果执行失败或者整个文件读到末尾，则返回EOF。看看如下范例：

    FILE *fp;    //FILE是一个结构，fp是指向结构FILE的指针变量（文件指针）
    fp = fopen("FTest.txt","r");     //文件刚打开，文件当前位置指针指向开头
    if (fp == NULL)
    {
        printf("文件打开失败");
    }
    else
    {
        //文件打开成功才走这里
        char reco = fgetc(fp);
        //每读一个字符，文件当前位置指针自动向下走一个字符
        while (reco != EOF){    //读入失败或者到文件结束这个条件都成立
            putchar(reco);  //在屏幕上输出一个字符
            reco = fgetc(fp); //再次读一个字符
        }

        fclose(fp);
    }

上面的范例有个弊端，该范例中是用EOF（-1）来判断读入的内容是否到达文件结束。但一旦该文件中真存在一个值为-1的字符（该字符的十六进制是FF，用fgetc读入进来就是-1），那么，用EOF这种判断方式来判断是否读到文件结束，就会出现错误，所以需要换一种范例写法，引入feof函数。

（3）feof函数：用来判断文件是否结束（文件当前位置指针是否指向文件末尾）。调用形式看如下代码：

feof(fp);

如果文件结束，则返回1；如果文件没结束，则返回0。不管使用fopen函数时是以什么样的文件使用方式打开文件（例如用r还是用rb都没关系），feof函数都能够正确地判断文件是否结束。改造一下上面的范例代码，只需要修改范例中的while语句所在行，其他代码行不需要做任何修改。把while语句行修改为如下即可：

while(!feof(fp))	//文件没有结束

上面的范例中，利用fopen函数打开文件时，如果在“文件使用方式”参数中增加b选项（打开一个二进制文件），代码如下：

 fp = fopen("FTest.txt","rb");

执行程序后会发现，整个程序的运行结果并没有发生什么改变，也就是说，是否增加b选项看起来并没有什么作用。和文件操作相关的函数有不少，但多数都很少用到，不值得花费太多时间去学习，读者有了上面学习的基础，也就有了进一步研究其他文件相关函数的能力，在需要的时候可以自行研究。

文件读写实战操练

这里将展示一个有实用价值的功能：游戏在线升级功能中的配置文件读取功能。这种读取功能适合于读取各种配置文件，请读者举一反三，达到最好的学习效果。网络游戏中经常用到游戏在线升级功能，该功能的工作原理是：从网络上下载一个游戏最新的配置文件到本地（配置文件一般都是文本文件），读取这个文件，然后跟原来的本地配置文件内容比较，通过发现的差异来决定是否进行游戏的在线升级功能。

如下就是一个配置文件：

在这里插入图片描述
该配置文件一共有7行，其中第2行是一个版本信息描述，正是通过这个信息的比较，确定是否进行游戏的在线升级。要进行这样的演示：假定该配置文件已经下载到当前文件夹下，现在需要把这个文件一行一行读出来，显示在屏幕上。因为该文件的每一行就是一条相对完整的信息，看看如何利用文件相关的函数来读取该文件。当前，配置文件内容已经保存到config.txt文件中,以二进制的方式在Visual Studio中打开config.txt并进行观察，如图12.12所示。