C语言：文件操作

我们使用文件的原因是：想要把数据直接存放在电脑的硬盘上面，实现数据的持久化

一、什么是文件？

1. 程序文件

   程序文件主要指的是由程序开发产生的文件，包括：

   • 源程序文件 ：包含代码的文件，扩展名通常为 .c
   • 目标文件 ：由编译器将源代码编译生成的中间文件，扩展名通常为 .obj（在Windows系统上）（linux的我之前写过来着）
   • 可执行文件 ：由链接器生成的最终可以直接运行的文件，扩展名为 .exe

2. 数据文件

   数据文件是存储数据的文件 ，数据可以是程序运行时 产生的或需要读入程序中的。它们的内容可以是文本、数字、二进制数据等

3. 文件名

   文件名通常包括文件路径、文件名主干和文件后缀：

   • 文件路径：指定文件所在的目录位置（如 C:/Documents）
   • 文件名主干：文件的主要名称部分（如 myfile）
   • 文件后缀：文件的类型标识（如 .txt、.bin）

二、文件的打开和关闭

1. 文件指针

   在C语言中，每个文件在被打开时，系统会在内存中为该文件分配一个文件信息区 。这个文件信息区存储了与文件相关的信息，包括文件名、文件指针位置、文件状态等。为了操作这些文件信息，我们通过一个类型为 FILE 的结构体指针来引用文件。

   • FILE 是由标准库定义的结构体类型，包含了文件的状态信息。不同编译器对 FILE 结构体的定义可能略有不同，但其作用一致。

2. 文件的打开和关闭

   使用 fopen 函数打开文件，使用 fclose 函数关闭文件

   FILE *fopen(const char *filename, const char *mode);
   int fclose(FILE *stream);
   

   filename：文件的名称（包括路径）
   mode：文件的打开方式，如下：

   • "r"：以只读方式打开文件，文件必须存在
   • "w"：以写入方式打开文件，若文件存在则覆盖，不存在则创建
   • "a"：以追加方式打开文件，若文件存在则在文件末尾追加，不存在则创建
   • "rb"：以二进制模式读取文件
   • "wb"：以二进制模式写入文件
   • "r+"：以读写模式打开文件，文件必须存在
   • "w+"：以读写模式打开文件，如果文件存在则清空内容，如果不存在则创建
   • 类型挺多的，你记住如果文件不存在就报错的有：r、rb、ab、r+、rb+就行

   #include <stdio.h>

   int main() {
   // 打开文件 example.txt，使用 "r" 模式，表示只读
   FILE *fp = fopen("example.txt", "r");
   if (fp == NULL) {
   // 错误处理，如果文件打开失败，返回1
   printf("无法打开文件\n");
   return 1;
   }

    // 文件操作部分（如读取、写入）
    
    // 关闭文件，释放资源
    fclose(fp);
    return 0;
   

   }

三、文件的顺序读写

文件的顺序读写是指从文件的开头开始按顺序进行读写操作，常用函数包括 fread、fwrite、fgets、fputs 等

读操作

• fgetc()：从文件中读取一个字符

• fgets()：从文件中读取一行文本

• fread()：从文件中读取一块数据

  #include <stdio.h>

  int main() {
  FILE *fp = fopen("example.txt", "r");
  if (fp == NULL) {
  printf("无法打开文件\n");
  return 1;
  }

    char ch;
    // 使用 fgetc 逐字符读取文件内容
    while ((ch = fgetc(fp)) != EOF) {
        putchar(ch);  // 将读取的字符输出到控制台
    }
  
    fclose(fp);
    return 0;
  

  }

这里，fgets 从文件中读取一行，并存储在 buffer 中，直到遇到换行符或者达到 sizeof(buffer)

#include <stdio.h>

int main() {
    FILE *fp = fopen("example.txt", "r");
    if (fp == NULL) {
        perror("无法打开文件");
        return 1;
    }

    char buffer[256];
    while (fgets(buffer, sizeof(buffer), fp) != NULL) {
        printf("%s", buffer);
    }

    fclose(fp);
    return 0;
}

写操作

• fputc()：向文件中写入一个字符

• fputs()：向文件中写入一个字符串

• fwrite()：向文件中写入一块数据

  #include <stdio.h>

  int main() {
  FILE *fp = fopen("example.txt", "w");
  if (fp == NULL) {
  printf("无法打开文件\n");
  return 1;
  }

    // 使用 fputs 写入字符串到文件
    fputs("Hello, world!\n", fp);
  
    fclose(fp);
    return 0;
  

  }

四、文件的随机读写

在文件的任意位置读写称为随机读写，C语言提供了三个函数用于文件的定位和读取：

fseek()
fseek() 函数用于移动文件指针到文件中的某个位置：

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

• stream：文件指针
• offset：移动的字节数
• whence：指针移动的基准位置：
  • SEEK_SET：文件开头
  • SEEK_CUR：当前文件指针位置
  • SEEK_END：文件末尾

ftell()
ftell() 返回文件指针当前的位置：

long ftell(FILE *stream);

rewind()
rewind() 函数将文件指针移回文件开头

void rewind(FILE *stream);

举个例子：

#include <stdio.h>

int main() {
    FILE *fp = fopen("example.txt", "r");
    if (fp == NULL) {
        printf("无法打开文件\n");
        return 1;
    }
    fseek(fp, 10, SEEK_SET);  // 将文件指针移动到文件开头之后的第10个字节
    char ch = fgetc(fp);
    printf("字符：%c\n", ch);
    fclose(fp);
    return 0;
}

下面是对 ftell 和 fseek 的使用示例：

#include <stdio.h>

int main() {
    FILE *fp = fopen("example.txt", "r");
    if (fp == NULL) {
        perror("无法打开文件");
        return 1;
    }

    fseek(fp, 0, SEEK_END);  // 移动到文件末尾
    long size = ftell(fp);   // 获取文件大小
    printf("文件大小: %ld 字节\n", size);

    rewind(fp);  // 返回文件开头
    char ch;
    while ((ch = fgetc(fp)) != EOF) {
        putchar(ch);
    }

    fclose(fp);
    return 0;
}

这里使用 fseek 将文件指针移动到文件末尾，并用 ftell 获取文件大小

五、文本文件和二进制文件

1. 文本文件

   文本文件是指存储文本数据的文件，每个字符以ASCII码的形式存储。常用的操作模式包括 "r"、"w" 等

2. 二进制文件

   二进制文件直接存储数据的二进制格式，可以包含任意类型的文件。其操作模式包括 "rb"、"wb" 等

   #include <stdio.h>
   
   int main() {
       // 写入二进制文件
       FILE *fp = fopen("example.bin", "wb");
       if (fp == NULL) {
           printf("无法打开文件\n");
           return 1;
       }
       int num = 12345;
       fwrite(&num, sizeof(int), 1, fp);  // 将整型变量写入文件
       fclose(fp);
   
       // 读取二进制文件
       fp = fopen("example.bin", "rb");
       if (fp == NULL) {
           printf("无法打开文件\n");
           return 1;
       }
       int read_num;
       fread(&read_num, sizeof(int), 1, fp);  // 从文件读取整型变量
       printf("读取的数字是：%d\n", read_num);
       fclose(fp);
   
       return 0;
   }
   

六、文件读取结束的判定

在读取文件时，经常需要判断文件是否已到末尾，feof() 是常用的判断函数

int feof(FILE *stream);

feof() 当文件指针到达文件末尾时返回非0值，否则返回0。但需要注意的是，feof() 只有在尝试读取后才会返回EOF状态，不能在读取前判断

#include <stdio.h>

int main() {
    FILE *fp = fopen("example.txt", "r");
    if (fp == NULL) {
        printf("无法打开文件\n");
        return 1;
    }
    while (!feof(fp)) {
        char ch = fgetc(fp);
        if (feof(fp)) break;  // 读取后判断是否到达文件末尾
        putchar(ch);
    }
    fclose(fp);
    return 0;
}

七、文件缓冲区

文件缓冲区的存在有助于提升程序的性能，降低系统调用频率，同时提高数据一致性和安全性，并提供了灵活的控制机制

C语言中的文件操作默认是缓冲的，使用 setbuf() 和 setvbuf() 函数可以控制文件缓冲行为。文件缓冲分为三种模式：

1. 全缓冲：数据积累到缓冲区满时才会写入。

2. 行缓冲：遇到换行符时数据会写入。

3. 无缓冲：每次操作都会立即写入或读取

   #include <stdio.h>

   int main() {
   FILE *fp = fopen("example.txt", "w");
   if (fp == NULL) {
   perror("无法打开文件");
   return 1;
   }

    char buf[BUFSIZ];
    setvbuf(fp, buf, _IOFBF, BUFSIZ);  // 设置为全缓冲模式
   
    fputs("缓冲写入测试\n", fp);
   
    fclose(fp);
    return 0;
   

   }

因为有缓冲区存在，所以在C语言操作文件的时候，需要做刷新缓冲区或者在文件操作结束的时候关闭文件