C语言文件操作（详解）（一）

数据流和缓冲区是什么？

在C语言中，将在不同的输入/输出设备之间进行传递的数据抽象为“流”。

流实际上就是一个字节序列，输入函数的字节序列被称为输入流，输出函数的字节序列称为输出流。

根据数据形式，输入输出流可以分为 文本流（字符流） 和 二进制流。

• 数据流 是指程序与数据的交互是以流的形式进行的。进行C语言文件的存取时，都会先进行“打开文件”操作，这个操作就是在打开数据流，而“关闭文件”操作就是关闭数据流。
• 缓冲区（Buffer） 是指程序执行时所提供的额外内存，可用来暂时存放做准备执行的数据。它的设置是为了提高存取效率，因为内存的存取速度比磁盘驱动器快得多。
  C语言中带缓冲区的文件处理：当使用标准I/O函数（包含在头文件stdio.h中）时，系统会自动设置缓冲区，并通过数据流来读写文件。当进行文件读取时，不会直接对磁盘进行读取，而是先打开数据流，将磁盘上的文件信息拷贝到缓冲区内，然后程序再从缓冲区中读取所需数据。当写入文件时，并不会马上写入磁盘中，而是先写入缓冲区，只有在缓冲区已满或“关闭文件”时，才会将数据写入磁盘。

一、为什么使用文件？

在C语言中，使用文件的主要原因是为了实现数据的持久化存储和共享。文件是一种用于存储和读取数据的常见方式，它可以保存各种类型的数据，包括文本、图像、音频、视频等。

通过使用文件，程序可以实现以下功能：

1. 数据持久化：程序可以将数据写入文件，以便在程序关闭后仍然可以读取和访问这些数据。这对于需要保存用户设置、配置信息或临时数据等非常有用。
2. 数据共享：文件可以用于在不同的程序或系统之间共享数据。例如，一个程序可以生成一个包含分析结果的报告文件，另一个程序可以读取该文件以获取所需的信息。
3. 备份和恢复：通过将数据写入文件，程序可以定期备份数据，并在需要时从备份中恢复。这有助于确保数据的完整性和可靠性。
4. 外部数据访问：对于一些需要与外部系统交互的程序，文件可以作为不同系统之间的桥梁。例如，一个程序可以通过读取外部传感器生成的日志文件来获取数据。

总之，使用文件为C语言程序提供了持久化存储、数据共享、备份和恢复以及外部数据访问等功能，这些功能对于实现程序的灵活性和可扩展性非常重要。

二、什么是文件

在C语言中，文件被看作是数据源的一种。它能够存储在磁盘或其他存储设备上，提供了一种便捷的方式来读取和写入数据。（即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

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。

本章讨论的是数据文件。

在学习文件操作之前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，以便用户识别和引用。

文件名包含3部分：文件路径+文件名主干+文件后缀

三、文件的打开和关闭

3.1 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。该结构体类型是有系统声明的，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:

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找到与它关联的文件。

例如：

3.2 文件的打开和关闭（fopen和fclose）

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。

3.2.1 fopen

函数声明：

//打开文件
FILE * fopen ( const char * filename, const char * mode );

参数

• filename - - - 字符串，表示要打开的文件名称。
• mode - - - 字符串，表示文件的访问模式，可以是以下表格中的值：

返回值

该函数返回一个 FILE 指针。否则返回 NULL，且设置全局变量 errno 来标识错误。

3.2.2 fclose

函数声明：

//关闭文件
int fclose(FILE *stream);

参数

• stream - - - 这是指向 FILE 对象的指针，该 FILE 对象指定了要被关闭的流。

返回值

如果流成功关闭，则该方法返回零。如果失败，则返回EOF。

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;
}

四、 文件的顺序读写

常见的读写函数如下标表所示：

4.1 fgetc函数（读一个字符）

C 库函数 int fgetc(FILE *stream) 从指定的流 stream 获取下一个字符（一个无符号字符），并把位置标识符往前移动。

声明：

int fgetc(FILE *stream);

参数

• stream - - - 这是指向 FILE 对象的指针，该 FILE 对象标识了要在上面执行操作的流。

返回值

• 该函数以无符号 char 强制转换为 int 的形式返回读取的字符，如果到达文件末尾或发生读错误，则返回 EOF。

4.2 fputc函数（写一个字符）

C 库函数 int fputc(int char, FILE *stream) 把参数 char 指定的字符（一个无符号字符）写入到指定的流 stream 中，并把位置标识符往前移动。

声明：

int fputc(int char, FILE *stream);

参数

• char - - - 这是要被写入的字符。该字符以其对应的 int 值进行传递。
• stream - - - 这是指向 FILE 对象的指针，该 FILE 对象标识了要被写入字符的流。

返回值

• 如果没有发生错误，则返回被写入的字符。如果发生错误，则返回 EOF，并设置错误标识符。

4.3 fgets函数（读一行字符串）

C 库函数 char *fgets(char *str, int n, FILE *stream) 从指定的流 stream 读取一行，并把它存储在 str 所指向的字符串内。当读取 (n-1) 个字符时，或者读取到换行符时，或者到达文件末尾时，它会停止，具体视情况而定。

声明：

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

参数

• str - - - 这是指向一个字符数组的指针，该数组存储了要读取的字符串。
• n - - - 这是要读取的最大字符数（包括终止空字符）。通常是使用以 str 传递的数组长度。
• stream - - - 指向标识输入流的 FILE 对象的指针。stdin 可以用作从标准输入读取的参数。

返回值

• 成功后，函数返回 str。
• 如果在尝试读取字符时 遇到文件末尾，则设置 eof 指示器 （feof）。如果在读取任何字符之前发生这种情况，则返回的指针为空指针（str 的内容保持不变）。
• 如果发生读取错误，则设置错误指示器（ferror），并返回 空指针（但 str 指向的内容可能已更改）。

4.4 fputs函数（写一行字符串）

C 库函数 int fputs(const char *str, FILE *stream) 把字符串写入到指定的流 stream 中，但 不包括空字符。

声明：

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

参数

• str - - - 这是一个数组，包含了要写入的以空字符终止的字符序列。
• stream - - - 这是指向 FILE 对象的指针，该 FILE 对象标识了要被写入字符串的流。

返回值

• 成功时，将返回非负值。
  出错时，该函数返回 EOF 并设置错误指示器（ ferror）。

4.5 fscanf函数

C 库函数 int fscanf(FILE *stream, const char *format, ...) 从流 stream 读取格式化输入。

声明：

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

该函数与scanf函数类似，只是多了最前面的参数stream- - -指向标识要从中读取数据的输入流的 FILE 对象的指针。若传入的输入流对象为 stdin，则功能与 scanf 一样。

4.6 fprint函数

C 库函数 int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...) 发送格式化输出到流 stream 中。

声明：

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

该函数与printf函数类似，只是多了最前面的参数stream- - -指向标识输出流的 FILE 对象的指针。若传入的输出流对象为 stdout，则功能与 scanf 一样。

4.7 fread函数（二进制形式读数据）

C 库函数 size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream) 从给定流 stream 读取数据到 ptr 所指向的数组中。

声明：

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

参数

• ptr - - - 这是指向带有最小尺寸 size*nmemb 字节的内存块的指针。
• size - - - 这是要读取的每个元素的大小，以字节为单位。
• nmemb - - - 这是元素的个数，每个元素的大小为 size 字节。
• stream - - - 这是指向 FILE 对象的指针，该 FILE 对象指定了一个输入流。

返回值

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