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【C语言】文件操作

最编程 2024-08-13 08:12:06
...

1、为什么要使用文件？

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、什么是文件？

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（从⽂件功能的角度来分类的）。

2.1、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）。

2.2、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。

本次讨论的是数据文件。

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。

2.3、文件名

⼀个⽂件要有⼀个唯⼀的⽂件标识，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


为了⽅便起⻅，⽂件标识常被称为文件名。

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。

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）。

【C语言】文件操作_进制

#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;
}

在VS上打开⼆进制⽂件：

【C语言】文件操作_数据_02

vs上打开二进制文件的方法

【C语言】文件操作_数据_03

10000在二进制文件中

4、文件的打开和关闭

4.1、流和标准流

4.1.1、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同流操作的。

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。

4.1.2、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。
  • stdout - 标准输出流，⼤多数的环境中输出至显示器界面。
  • 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。

4.2、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.

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:

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。

⽐如：

【C语言】文件操作_进制_04

4.3、文件的打开和关闭

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 );

//关闭⽂件 
int fclose ( FILE * stream );

mode表示⽂件的打开模式，下面都是⽂件的打开模式：

【C语言】文件操作_数据_05

【C语言】文件操作_进制_06

实例代码：

/* fopen fclose example */
#include <stdio.h>
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;
}

5、文件的顺序读写

5.1、顺序读写函数介绍

【C语言】文件操作_#include_07

上⾯说的适⽤于所有输⼊流⼀般指适⽤于标准输⼊流和其他输⼊流（如⽂件输⼊流）；所有输出流⼀ 般指适⽤于标准输出流和其他输出流（如⽂件输出流）。

5.2、对比一组函数

scanf/fscanf/sscanf

printf/fprintf/sprintf

区别     <--点击查看

6、文件的随机读写

6.1、fseek

根据⽂件指针的位置和偏移量来定位⽂件指针。 

int fseek ( FILE * stream, long int offset, int origin );

举例：

/* fseek example */
#include <stdio.h>

int main ()
{
 FILE * pFile;
 pFile = fopen ( "example.txt" , "wb" );
 fputs ( "This is an apple." , pFile );
 fseek ( pFile , 9 , SEEK_SET );
 fputs ( " sam" , pFile );
 fclose ( pFile );
 return 0;
}

6.2、ftell

返回⽂件指针相对于起始位置的偏移量 

long int ftell ( FILE * stream );

举例：

/* ftell example : getting size of a file */
#include <stdio.h>

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;
}

6.3、rewind

让⽂件指针的位置回到⽂件的起始位置 

void rewind ( FILE * stream );

举例：

/* rewind example */
#include <stdio.h>

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;
}

7、文件读取结束的判定

7.1、被错误使用的feof

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：遇到⽂件尾结束。

  1. ⽂本⽂件读取是否结束，判断返回值是否为 EOF （ fgetc ），或者 NULL （ fgets ） 例如：
  • fgetc 判断是否为 EOF .
  • fgets 判断返回值是否为 NULL .
  1. 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。

例如：

  • fread判断返回值是否小于实际要读的个数。

文本文件的例子：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

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);
}

二进制文件的例子：

#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);
}

*8、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。

【C语言】文件操作_#include_08

例子：

#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。


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