C语言：详解文件操作

1.文件相关知识

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

5.文件读取结束判定

6.文件缓冲区

1.文件相关知识

什么是文件？

磁盘（硬盘）上的文件是文件。

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。

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）。

本期讨论的是数据文件。

一个文件要有一个唯一的文件标识，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 。最后一个 \ 和 . 之间的是文件主干名，最后一个 \ 之前的内容（包括最后一个 \ ）为文件路径，剩下的内容和点号 . 为文件后缀。

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的文件中，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。

流和标准流

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，为了帮助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通过流操作的。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。

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，scanf函数就是从标准输入流中读取数据。
stdout ：标准输出流，在大多数的环境中输出至显示器界面，printf函数就是将信息输出到标准输出流中。
stderr ：标准错误流，在大多数环境中输出到显示器界面。

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。

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）。这些信息保存在一个结构体变量中，该结构体类型由系统声明，取名 FILE。

下面创建一个FILE*类型的指针变量pf。

c 复制代码

FILE* pf;  //文件指针变量

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，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。

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。

fopen函数用来打开文件，函数原型如下：

c 复制代码

FILE* fopen(const char* filename,const char* mode);

参数filename为文件名，用字符串表示。
参数mode为文件打开模式，用字符串表示。

读和写的意义如图所示：

文件打开模式如下：

注意：对于"w"，若打开的文件存在且已有信息，则清空原有信息。

fclose函数用来关闭文件，函数原型如下：

c 复制代码

int fclose(FILE* stream);

示例：打开一个文件，然后关闭文件。

c 复制代码

#include<stdio.h>
int main()
{
   FILE* pf=fopen("test.txt","w");
   if(pf==NULL)  //检查
   {
      perror("fopen");  
      //如果pf为NULL，就会打印 fopen：错误信息 ，perror的参数是一个字符串
      return 1;
   }
   fclose(pf);  //关闭文件
   pf=NULL;  //把pf置为NULL，避免成为野指针。
   return 0;
}

程序运行后就会自动创建test.txt文件，按如下方法找到test.txt文件。

接下来点击 "x" 退出，按下图操作。

3.文件的顺序读写

顺序读写函数介绍

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）。

fputc函数

fputc函数可将字符输出到文件中，函数原型如下：

c 复制代码

int fputc(int ch,FILE* stream);

参数ch传字符或ASCII码值

示例：在test.txt文件上写字母a~z。

c 复制代码

#include<stdio.h>
int main()
{
   FILE* pf=fopen("test.txt","w");
   if(pf==NULL)  //检查
   {
      perror("fopen");
      return 1;
   }
   char ch=0;
   for(ch='a';ch<='z';ch++)  //写入字母a~z
      fputc(ch,pf);
   fclose(pf);
   pf=NULL;
   return 0;
}

程序运行结束后，我们用记事本打开文件，就能看到文件被写入字母a~z。

fputc函数的第二个参数是文件指针类型的stream，因为fputc适用于所有输出流，所以我们将上述代码中fputc的参数pf改为stdout，即可把字母a~z输出到屏幕。

c 复制代码

#include<stdio.h>
int main()
{
   char ch=0;
   for(ch='a';ch<='z';ch++)
      fputc(ch,stdout)
   return 0;
}

fgetc函数

fgetc函数可以从文件中读取字符，函数原型如下：

c 复制代码

int fgetc(FILE* stream);

若成功读取字符，返回字符的ASCII码值。
若读取遇到文件末尾，或读取失败，返回EOF（即为 -1）。

示例：把test.txt中的字母a~z显示到屏幕上。

c 复制代码

#include<stdio.h>
int main()
{
   FILE* pf=fopen("test.txt","r");
   if(pf==NULL)
   {
      perror("fopen");
      return 1;
   }
   int ch=0;
   while((ch=fgetc(pf))!=EOF)  //如果能正常读取，循环继续，直到读到文件末尾
      printf("%c",ch);
   fclose(pf);
   pf=NULL;
   return 0;
}

fgetc也可以把参数pf改为stdin，这样就能从键盘输入字符，类似scanf。

c 复制代码

#include<stdio.h>
int main()
{
   int ch=0;
   ch=fgetc(stdin);
   fputc(ch, stdout);   
   return 0;
}

fputs函数

fputs函数可以向文件输出一个字符串，函数原型如下：

c 复制代码

#include<stdio.h>
int main()
{
   FILE* pf=fopen("test.txt","w");
   if(pf==NULL)
   {
      perror("fopen");
      return 1;
   }
   fputs("haha\n",pf);
   fputs("hehe\n",pf);
   fclose(pf);
   pf=NULL;
   return 0;
}

可以看到，test.txt文件被写入了haha和hehe，由于\n的作用，所以有3行。

同样地，我们把参数pf改为stdout，就能把字符串输出到屏幕。

c 复制代码

#include<stdio.h>
int main()
{
   char str[]="abcdefg";
   fputs(str,stdout);
   return 0;
}

fgets函数

fgets函数能从文件中最多读取一行字符，但不会换行读，函数原型如下：

c 复制代码

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

参数num表示最多读num个字符。
读取成功返回字符串地址，读取失败或遇到文件末尾，返回NULL。

示例：将test.txt中的haha、hehe打印到屏幕上。

c 复制代码

#include<stdio.h>
int main()
{
   FILE* pf=fopen("test.txt","r");
   if(pf==NULL)
   {
      perror("fopen");
      return 1;
   }
   char str[100];
   while(fgets(str,30,pf)!=NULL)
      printf("%s",str);
   fclose(pf);
   pf=NULL;
   return 0;
}

同样的，我们把参数pf改为stdin，就能在键盘上输入。

c 复制代码

#include<stdio.h>
int main()
{
   char str[100];
   fgets(str,5,stdin);
   printf("%s\n",str);
   return 0;
}

因为最多只读5个字符，且包含 '\0' ，所以打印结果如下：

fprintf函数

fprintf函数是格式化输出函数，函数原型如下：

c 复制代码

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

示例：把结构体的数据写到文件中。

c 复制代码

#include<stdio.h>
struct S
{
   char name[20];
   int age;
   float score;
};
int main()
{
   struct S s={"张三",20,65.5f};
   FILE* pf=fopen("test.txt","w");
   if(pf==NULL)
   {
      perror("fopen");
      return 1;
   }
   fprintf(pf,"%s %d %f",s.name,s.age,s.score);
   fclose(pf);
   pf=NULL;
   return 0;
}

可以看到，fprintf函数与printf类似，只是fprintf多了一个参数，我们同样可以通过对文件类型参数的调整来使数据输出到屏幕。

c 复制代码

#include<stdio.h>
int main()
{
   int arr[10]={0};
   for(int i=0;i<10;i++)
   {
      fprintf(stdout,"%d ",arr[i]);
   }
   return 0;
}

fscanf函数

fscanf函数为格式化输入函数，函数原型如下：

c 复制代码

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

示例：把test.txt文件中的数据读入结构体变量s中。

c 复制代码

#include<stdio.h>
struct S
{
   char name[20];
   int age;
   float score;
};
int main()
{
   struct S s={0};
   FILE* pf=fopen("test.txt","r");
   if(pf==NULL)
   {
      perror("fopen");
      return 1;
   }
   fscanf(pf,"%s %d %f",s.name,&(s.age),&(s.score));
   printf("%s %d %f\n",s.name,s.age,s.score);
   fclose(pf);
   pf=NULL;
   return 0;
}

fscanf也与scanf类似，不同之处就在于fscanf函数参数多了一个文件类型指针，我们通过这个指针也可以实现通过键盘输入数据。

c 复制代码

#include<stdio.h>
int main()
{
   int n=0;
   fscanf(stdin,"%d",&n);
   fprintf(stdout,"%d",n);
   return 0;
}

fwrite函数

fwrite函数为二进制输出函数，返回成功读取的元素个数，只适用于文件输出流，函数原型如下：

c 复制代码

size_t fwrite(const void* p,size_t size,size_t count,FILE* stream);

例如p指向数组，每个元素占size个字节，共count个元素。

示例：把arr的数据写到文件test.txt中。

c 复制代码

#include<stdio.h>
int main()
{
   int arr[]={1,2,3,4,5};
   int len=sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);
   FILE* pf=fopen("test.txt","wb");
   if(pf=NULL)
   {
      perror("fopen");
      return 1;
   }
   fwrite(arr,sizeof(int),len,pf);
   fclose(pf);
   pf=NULL;
   return 0;
}

由于文件的打开模式是"wb"，所以test.txt文件里的内容是无法读懂的。

fread函数

fread函数是二进制输入函数，读到多少个元素就返回数字多少，只适用于文件输入流，函数原型如下：

c 复制代码

size_t fread(void* p,size _t size,size_t count,FILE* stream);

size为元素所占字节数，count为元素个数。

示例：把test.txt文件中的二进制数据读到arr。

c 复制代码

#include<stdio.h>
int main()
{
   int arr[5]={0};
   FILE* pf=fopen("test.txt","rb");
   if(pf==NULL)
   {
      perror("fopen");
      return 0;
   }
   int i=0;
   fread(arr, sizeof(int), 5, pf);
   for (int i = 0;i < 5;i++)
   {
       printf("%d ",arr[i]);
   }
   fclose(pf);
   pf=NULL;
   return 0;
}

4.文件的随机读写

fseek函数

fseek可根据文件中的光标的位置来读写文件。函数原型如下：

c 复制代码

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

参数offset为目标位置到起始位置偏移量。
参数origin为起始位置，文件起始位置为SEEK_SET，光标当前位置为SEEK_CUR，文件末尾为SEEK_END。

示例：

c 复制代码

#include<stdio.h>
int main()
{
   FILE* pf=fopen("test.txt","w");  //先用"w"把之前文件中的内容清空
   if(pf==NULL)
   {
      perror("fopen");
      return 1;
   }
   char str[]="abcdefghij";  //往文件中写入字母a~j
   fputs(str,pf);
   fclose(pf);  //关闭文件，刷新缓冲区接下来才能正常操作
   pf=fopen("test.txt","r");  //再次以"r"打开文件
   fseek(pf,4,SEEK_SET);  //光标从文件起始位置（向右）偏移4，向左偏移则为负数
   int ch=fgetc(pf);
   printf("%c\n",ch);
   fclose(pf);
   pf=NULL;
   return 0;
}

ftell函数

ftell函数能返回光标相对起始位置的偏移量，函数原型如下：

c 复制代码

long int ftell(FILE* stream);

示例：

c 复制代码

#include<stdio.h>
int main()
{
   FILE* pf=fopen("test.txt","r");
   if(pf==NULL)
   {
      perror("fopen");
      return 1;
   }
   for (int i=0;i<5;i++)  //读取5个字符
   {
      fgetc(pf);
   }
   int ret=ftell(pf);
   printf("%d\n",ret);
   fclose(pf);
   pf=NULL;
   return 0;
}

rewind函数

rewind函数能让文件指针的位置回到文件的起始位置，函数原型如下：

c 复制代码

void rewind(FILE* stream);

示例：

c 复制代码

#include<stdio.h>
int main()
{
   FILE* pf=fopen("test.txt","r");
   if(pf==NULL)
   {
      perror("fopen");
      return 1;
   }
   for (int i=0;i<5;i++)  //移动光标
   {
      fgetc(pf);
   }
   int ret=ftell(pf);
   printf("此时光标与起始位置的距离为%d\n",ret);
   rewind(pf);
   ret=ftell(pf);
   printf("此时光标与起始位置的距离为%d\n",ret);
   fclose(pf);
   pf=NULL;
   return 0;
}

5.文件读取结束判定

文件读取结束的原因可能是遇到文件末尾或读取出错。

文本文件读取是否结束：

fgetc 的返回值判断是否为 EOF 。
fgets 的返回值判断返回值是否为 NULL 。

⼆进制文件的读取是否结束：

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。

其他判断方法：

feof函数，返回值非0，则遇到文件末尾。

c 复制代码

int feof(FILE* stream);

ferror函数，错误标记被设置返回非0，否则返回0。

c 复制代码

int ferror(FILE* stream);

6.文件缓冲区

ANSIC 标准采用 "缓冲文件系统" 处理的数据文件，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"。

若从内存向磁盘（硬盘）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。

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（用fclose关闭文件）。如果不做，可能导致读写文件的问题。

拙作一篇，望诸位同道不吝斧正。