【C语言】文件操作详解

.满船清梦压星河2023-10-28 9:23

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目录

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1.什么是文件

1.1程序文件

1.2数据文件

[1.3 文件名](#1.3 文件名)

2.文件的打开和关闭

2.1文件指针

2.2文件的打开和关闭

3.文件的顺序读写

4.文件的随机读写

4.1fseek函数

[4.2 ftell函数](#4.2 ftell函数)

[4.3 rewind函数](#4.3 rewind函数)

[5. 文本文件和二进制文件](#5. 文本文件和二进制文件)

6.文件读取结束的判定

[6.1 feof函数](#6.1 feof函数)

1.什么是文件

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）。

1.1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 ）。

1.2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。

1.3 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。
例如： c:\code\test.txt
为了方便起见，文件标识常被称为 文件名 。

2.文件的打开和关闭

2.1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 。

比如：

2.2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 );

打开方式如下：

|------------------|----------------------|-----------|
| 文件打开方式 | 含义 | 如果指定文件不存在 |
| "r" （只读） | 为了输入数据，打开一个已经存在的文本文件 | 出错 |
| "w" （只写） | 为了输出数据，打开一个文本文件 | 建立一个新的文件 |
| "a" （追加） | 向文本文件尾添加数据 | 建立一个新的文件 |
| "rb" （只读） | 为了输入数据，打开一个二进制文件 | 出错 |
| "wb" （只写） | 为了输出数据，打开一个二进制文件 | 建立一个新的文件 |
| "ab" （追加） | 向一个二进制文件尾添加数据 | 出错 |
| "r+" （读写） | 为了读和写，打开一个文本文件 | 出错 |
| "w+" （读写） | 为了读和写，建立一个新的文件 | 建立一个新的文件 |
| "a+" （读写） | 打开一个文件，在文件尾进行读写 | 建立一个新的文件 |
| "rb+" （读写） | 为了读和写打开一个二进制文件 | 出错 |
| "wb+" （读写） | 为了读和写，新建一个新的二进制文件 | 建立一个新的文件 |
| "ab+" （读写） | 打开一个二进制文件，在文件尾进行读和写 | 建立一个新的文件 |

下面是一个事例代码：

#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;
}

3.文件的顺序读写

|---------|---------|-------|
| 功能 | 函数 | 适用于 |
| 字符输入函数 | fgetc | 所有输入流 |
| 字符输出函数 | fputc | 所有输出流 |
| 文本行输入函数 | fgets | 所有输入流 |
| 文本行输出函数 | fputs | 所有输出流 |
| 格式化输入函数 | fscanf | 所有输入流 |
| 格式化输出函数 | fprintf | 所有输出流 |
| 二进制输入 | fread | 文件 |
| 二进制输出 | fwrite | 文件 |

下面我们看一下这些函数的示例代码：

首先看一个fputc函数：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<stdio.h>
int main()
{
	FILE* pf = fopen("data.txt", "w");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 26; i++)
	{
		fputc('a' + i, pf);
	}

	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

程序运行结束后，可以在当前目录下看到，26个字符成功写入文件：

我们再看fgetc函数：

(读取成功返回字符的ascii码值，读取失败或者读取结束会返回EOF）

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<stdio.h>
int main()
{
	FILE* pf = fopen("data.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	int ch = fgetc(pf);
	printf("%c ", ch);

	ch = fgetc(pf);
	printf("%c ", ch);
	ch = fgetc(pf);
	printf("%c ", ch);
	ch = fgetc(pf);
	printf("%c ", ch);
	ch = fgetc(pf);
	printf("%c ", ch);
	ch = fgetc(pf);
	printf("%c ", ch);
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

如果我们要写入一行的话，那就可以用fputs函数：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<stdio.h>
int main()
{
	FILE* pf = fopen("data.txt", "w");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	fputs("hello\n", pf);
	fputs("world", pf);

	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

那我们要一行一行读入的话，就要用到fgets函数：

这里需要注意：fgets函数最多只能读num-1个字符。如果还没有读到num-1个字符就遇到换行符，也会提前结束。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<stdio.h>
int main()
{
	FILE* pf = fopen("data.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	char arr[10] = { 0 };
	fgets(arr, 10, pf);
	printf("%s\n", arr);

	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

通过测试，我们看到，确实只读了num-1个。

除了上面的函数外，还有格式化的输入输出函数。

下面来看：

通过对比发现，两个函数只是差一个文件指针的参数，那么我们只需要在printf的基础上稍加改进即可：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<stdio.h>
struct s 
{
	int a;
	float s;
};
int main()
{
	FILE* pf = fopen("data.txt", "w");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	struct s s1 = { 100,3.14f };
	fprintf(pf,"%d %f", s1.a, s1.s);

	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

既然可以写进去，那么是否可以读出来呢？我们来看fscanf函数：

同样的道理，我们只需在scanf的形式上稍加改进即可：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<stdio.h>
struct s 
{
	int a;
	float s;
};
int main()
{
	FILE* pf = fopen("data.txt", "w");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	struct s s1 = { 100,3.14f };
	fscanf(pf,"%d %f", &(s1.a), &(s1.s));
	printf("%d %f", s1.a, s1.s);
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

了解了上面的几个函数后，我们来看一下下面的这几组函数：

printf：向标准输出流写格式化的数据（屏幕）

scanf：从标准输入流读取格式化的数据（键盘）

fprintf：适用于所有输出流的格式化输出函数

fscanf：适用于所有输入流的格式化输入函数，可以干scanf的事

sprintf：简单来说，就是把一个格式化的数据转化成字符串

sscanf ：从字符串中读取格式化的数据

下面是使用sprintf的一个实例代码：

struct S
{
	int a;
	float s;
	char str[10];
};
int main()
{
	char arr[30] = { 0 };
	struct S s = { 100,3.14f,"hello" };
	sprintf(arr,"%d %f %s\n", s.a, s.s, s.str);//把格式化的数据转换成字符串存入arr数组
	printf("%s\n", arr);//打印arr数组的内容
	return 0;
}

在调试窗口我们可以看到，确实把一个结构体的变量转换成了字符串：

那如果我们要把刚才转换成的字符串再转换成原来的数据，就需要sscanf函数：

struct S
{
	int a;
	float s;
	char str[10];
};
int main()
{
	char arr[30] = { 0 };
	struct S s = { 100,3.14f,"hello" };
	struct S tmp = { 0 };
	sprintf(arr,"%d %f %s\n", s.a, s.s, s.str);
	/*printf("%s\n", arr);*/
	sscanf(arr, "%d %f %s\n", &(tmp.a), &(tmp.s),tmp.str);

	printf("%d %f %s\n", tmp.a, tmp.s, tmp.str);
	return 0;
}

在调试窗口我们可以看到，确实把字符串转换成了格式化的数据：

我们继续来看对于二进制的读写函数：

fwrite：从ptr指向的内存块里面写count个大小为size的数据，到stream流(二进制形式)。

struct S
{
	int a;
	float s;
	char str[10];
};
int main()
{
	struct S s = { 99,3.14f,"hello" };
	FILE* pf = fopen("data.txt", "wb");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	fwrite(&s,sizeof(struct S),1,pf);
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

成功写入，因为是二进制的文件，所以有的看不懂也没有关系。

接下来，我们再把它读出来：

fread函数：从stream流里面读count个大小为size的数据，放到ptr指向的内存块。返回值是实际读取到的数据的个数。

struct S
{
	int a;
	float s;
	char str[10];
};
int main()
{
	struct S s = { 99,3.14f,"hello" };
	FILE* pf = fopen("data.txt", "rb");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
    
	fread(&s,sizeof(struct S),1,pf);
	printf("%d %f %s\n", s.a, s.s, s.str);
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

虽然之前写入的是二进制文件，我们看不明白，但是通过fread函数就可以读出来 。

4.文件的随机读写

4.1fseek函数

根据文件指针的位置和偏移量来定位文件指针。

下面是第三个参数的选择：(决定从哪里开始偏移)

下面是事例代码，我们先创建一个文本文件，里面的内容是：abcdefghi（同下所有事例代码）

int main()
{
	FILE* pf = fopen("data.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror(fopen);
		return 1;
	}
	//定位文件指针
	fseek(pf,5, SEEK_SET);//从文件起始位置偏移
	int ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);
	fclose(pf);
	pf = NULL;
}

从文件起始位置开始，偏移量为5，读出一个字符。

4.2 ftell函数

返回文件指针相对于起始位置的偏移量 。

如果我们现在不知道文件指针指向哪里，那么就可以用ftell函数来返回相对起始地址的偏移量。

int main()
{
	FILE* pf = fopen("data.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror(fopen);
		return 1;
	}
	//定位文件指针

	int ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);

	ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);

	ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);

	int pos=ftell(pf);
	printf("pos=%d\n", pos);
	fclose(pf);
	pf = NULL;
}
4.3 rewind函数

如果我们在读的过程中想让文件指针回到起始位置，就可以用rewind函数：

int main()
{
	FILE* pf = fopen("data.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror(fopen);
		return 1;
	}
	//定位文件指针

	int ch = fgetc(pf);//a
	printf("%c\n", ch);

	ch = fgetc(pf);//b
	printf("%c\n", ch);

	ch = fgetc(pf);//c
	printf("%c\n", ch);

	rewind(pf);
	ch = fgetc(pf);//a
	printf("%c\n", ch);

	ch = fgetc(pf);//b
	printf("%c\n", ch);

	ch = fgetc(pf);//c
	printf("%c\n", ch);
	fclose(pf);
	pf = NULL;
}

5. 文本文件和二进制文件

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）。

事例代码：

#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;
}

6.文件读取结束的判定

6.1 feof函数

牢记：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。
而是 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 。

  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 .
  2. 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。
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