《C 语言文件操作补充：字符串格式化与随机读写全解析》

目录

[一. sprintf函数和sscanf函数](#一. sprintf函数和sscanf函数)

[1.1 sprintf 函数：将格式化数据写入字符串](#1.1 sprintf 函数：将格式化数据写入字符串)

[1.2 sscanf 函数：从字符串中格式化读取数据](#1.2 sscanf 函数：从字符串中格式化读取数据)

[二. 文件的随机读写](#二. 文件的随机读写)

[2.1 fseek 函数：移动文件读写指针](#2.1 fseek 函数：移动文件读写指针)

[2.2 ftell 函数：获取当前指针位置](#2.2 ftell 函数：获取当前指针位置)

[2.3 rewind 函数：将指针重置到文件开头](#2.3 rewind 函数：将指针重置到文件开头)

[三. 文件缓冲区](#三. 文件缓冲区)

[3.1 缓冲区的作用](#3.1 缓冲区的作用)

[3.2 缓冲区的分类（按刷新策略）](#3.2 缓冲区的分类（按刷新策略）)

[3.3 缓冲区的操作函数](#3.3 缓冲区的操作函数)

fflush：手动刷新缓冲区

setvbuf：自定义缓冲区

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一. sprintf函数和sscanf函数

在 C 语言中，sprintf 和 sscanf 是用于字符串格式化处理 的函数，与 printf/scanf 类似，但操作对象不是标准流或文件流，而是字符数组（字符串），常用于字符串的拼接、解析和格式转换。

1.1 sprintf 函数：将格式化数据写入字符串

函数原型

#include <stdio.h>
int sprintf(char *str, const char *format, ...);

参数说明

• str：目标字符数组（缓冲区），用于存储格式化后的字符串。

• format：格式化字符串（同 printf），包含普通字符和格式说明符（如 %d、%s 等）。

• ...：可变参数列表，需与 format 中的格式说明符匹配的数据。

返回值

• 成功：返回写入到字符串中的字符总数 （不包含结尾的 \0）。

• 失败：返回负数（通常为 -1，表示格式化错误或缓冲区溢出）。

特点与用法

1. 字符串拼接与格式化 ：将多个数据按指定格式组合成一个字符串，比 strcat 更灵活。

2. 数值转字符串：可将整数、浮点数等转换为字符串形式。

示例 1：拼接字符串与数值

#include <stdio.h>

int main() {
    char buffer[100];  // 目标缓冲区
    int id = 1001;
    char name[] = "LiHua";
    float score = 89.5f;

    // 将数据格式化写入 buffer
    int len = sprintf(buffer, "ID: %d, Name: %s, Score: %.1f", id, name, score);
    
    printf("格式化结果：%s\n", buffer);  // 输出：ID: 1001, Name: LiHua, Score: 89.5
    printf("字符总数：%d\n", len);       // 输出：32（不包含结尾的 \0）
    return 0;
}

示例 2：数值转字符串

char num_str[20];
int num = 12345;
sprintf(num_str, "%d", num);  // 将整数转为字符串 "12345"

1.2 sscanf 函数：从字符串中格式化读取数据

函数原型

#include <stdio.h>
int sscanf(const char *str, const char *format, ...);

参数说明

• str：源字符串，从中读取并解析数据。

• format：格式化字符串（同 scanf），指定读取数据的格式。

• ...：可变参数列表，指向存储读取结果的变量指针（需与格式说明符匹配）。

返回值

• 成功：返回成功匹配并赋值的数据项数量。

• 失败：返回 EOF（-1），表示未匹配到任何数据。

特点与用法

1. 字符串解析：从复杂字符串中提取指定格式的数据（如从日志字符串中提取时间、数值等）。

2. 字符串转数值：将字符串形式的数字转换为整数、浮点数等类型。

示例 1：解析字符串中的数据

#include <stdio.h>

int main() {
    char log[] = "2023-10-01 15:30, Temperature: 25.5, Humidity: 60";
    int year, month, day, hour, minute, humidity;
    float temp;

    // 从 log 中按格式提取数据
    int count = sscanf(log, "%d-%d-%d %d:%d, Temperature: %f, Humidity: %d",
                      &year, &month, &day, &hour, &minute, &temp, &humidity);
    
    if (count == 7) {  // 成功提取7项数据
        printf("日期：%d-%d-%d %d:%d\n", year, month, day, hour, minute);
        printf("温度：%.1f℃，湿度：%d%%\n", temp, humidity);
    }
    return 0;
}

输出：

日期：2023-10-01 15:30
温度：25.5℃，湿度：60%

示例 2：字符串转数值

char str[] = "123.45";
int int_val;
float float_val;

sscanf(str, "%d", &int_val);    // 提取整数部分：int_val = 123
sscanf(str, "%f", &float_val);  // 提取浮点数：float_val = 123.45

三、注意事项

1. 缓冲区溢出风险 ：
   sprintf 不会检查目标缓冲区 str 的大小，若写入内容超过缓冲区长度，会导致内存越界（覆盖其他数据）。建议使用更安全的 snprintf（限制最大写入长度）：

   // 最多写入 99 个字符（留 1 个给 \0）
   snprintf(buffer, 100, "ID: %d, Name: %s", id, name);

2. 格式匹配要求 ：
   sscanf 依赖格式字符串与源字符串的严格匹配，若格式不符（如多余字符、缺少分隔符），会导致提取失败。例如：

   char str[] = "age=20";
   int age;
   sscanf(str, "age=%d", &age);  // 正确匹配，age=20
   sscanf(str, "%d", &age);      // 匹配失败，返回 0

二. 文件的随机读写

2.1 fseek 函数：移动文件读写指针

fseek 用于将文件流的读写指针移动到指定位置，是文件随机访问的核心函数。

函数原型

#include <stdio.h>
int fseek(FILE *stream, long int offset, int origin);

参数说明

• stream：目标文件流（文件指针）。

• offset：偏移量（字节数），可正可负（正数表示向后移动，负数表示向前移动）。

• origin：起始位置（基准点），必须是以下宏之一：

  • SEEK_SET（0）：从文件开头开始计算偏移。

  • SEEK_CUR（1）：从当前指针位置开始计算偏移。

  • SEEK_END（2）：从文件末尾开始计算偏移。

返回值

• 成功：返回 0。

• 失败：返回非零值（如偏移量超出文件范围）。

用法示例

#include <stdio.h>

int main() {
    FILE *fp = fopen("test.bin", "rb+");  // 二进制读写模式
    if (fp == NULL) {
        perror("文件打开失败");
        return 1;
    }

    // 1. 移动到文件开头后第10字节处（从开头偏移10）
    fseek(fp, 10, SEEK_SET);

    // 2. 从当前位置向后移动5字节
    fseek(fp, 5, SEEK_CUR);

    // 3. 移动到文件末尾前3字节处（从末尾偏移-3）
    fseek(fp, -3, SEEK_END);

    fclose(fp);
    return 0;
}

注意事项

• 二进制文件 vs 文本文件：

  • 二进制文件中，fseek 可准确定位到任意字节位置。

  • 文本文件中，由于换行符转换（如 Windows 下 \n 存储为 \r\n），SEEK_END 和负偏移可能导致定位不准，建议仅在二进制文件中使用随机访问。

• 读写模式要求 ：文件需以允许读写的模式打开（如 r+/rb+ 等），否则定位可能失败。

2.2 ftell 函数：获取当前指针位置

ftell 用于获取文件流当前读写指针相对于文件开头的偏移量（字节数）。

函数原型

#include <stdio.h>
long int ftell(FILE *stream);

参数说明

• stream：目标文件流（文件指针）。

返回值

• 成功：返回当前指针位置（从文件开头算起的字节数）。

• 失败：返回 -1L（long 类型的 -1）。

用法示例

#include <stdio.h>

int main() {
    FILE *fp = fopen("test.bin", "rb");
    if (fp == NULL) {
        perror("文件打开失败");
        return 1;
    }

    // 读取2个字符后，获取当前位置
    fgetc(fp);
    fgetc(fp);
    long pos = ftell(fp);
    printf("当前指针位置：%ld 字节（从文件开头算起）\n", pos);  // 输出：2

    fclose(fp);
    return 0;
}

典型用途

• 计算文件大小（结合 fseek 定位到文件末尾）：

  fseek(fp, 0, SEEK_END);       // 移动到文件末尾
  long file_size = ftell(fp);   // 获取文件总字节数

• 记录当前位置，后续可通过 fseek 回到该位置。

2.3 rewind 函数：将指针重置到文件开头

rewind 是简化版的 fseek，功能是将文件读写指针移动到文件开头，同时清除文件流的错误标志。

函数原型

#include <stdio.h>
void rewind(FILE *stream);

参数说明

• stream：目标文件流（文件指针）。

功能等价于

fseek(stream, 0L, SEEK_SET);  // 移动到文件开头
clearerr(stream);             // 清除错误标志

用法示例

#include <stdio.h>

int main() {
    FILE *fp = fopen("test.txt", "r");
    if (fp == NULL) {
        perror("文件打开失败");
        return 1;
    }

    // 读取文件内容
    char buf[100];
    fgets(buf, 100, fp);
    printf("第一次读取：%s", buf);

    // 重置指针到开头，重新读取
    rewind(fp);
    fgets(buf, 100, fp);
    printf("第二次读取：%s", buf);  // 再次读取第一行

    fclose(fp);
    return 0;
}

总结

• fseek：灵活移动指针，支持从开头、当前位置、末尾计算偏移，是随机访问的核心。

• ftell：获取当前指针位置，常用于计算文件大小或记录位置。

• rewind：快速将指针重置到文件开头，简化常见定位操作。

这三个函数配合使用，可实现文件的随机读写（如修改中间数据、跳读特定块），但需注意文本文件的定位限制，优先在二进制文件中使用。

三. 文件缓冲区

在 C 语言文件操作中，文件缓冲区（File Buffer） 是内存中的一块块临时存储区域，用于缓和程序与外部存储设备（如硬盘）之间的读写速度差异，是提高文件操作效率的关键机制。

3.1 缓冲区的作用

• 平衡速度差异：CPU 和内存的读写速度远快于磁盘，缓冲区可批量处理数据（先攒一批数据再一次性写入磁盘，或一次性从磁盘读取一批数据到内存），减少磁盘 I/O 次数。
• 减少系统调用：每次直接读写磁盘需要操作系统介入（系统调用），开销较大；通过缓冲区批量操作，可大幅减少系统调用次数。

3.2 缓冲区的分类（按刷新策略）

C 语言标准库根据文件流类型，默认使用三种缓冲区策略：

缓冲区类型	适用场景	刷新时机（数据写入磁盘）
全缓冲	普通文件（如 test.txt）	1. 缓冲区满时 2. 调用 fclose 关闭文件时 3. 手动调用 fflush 时
行缓冲	标准输出流 stdout	1. 遇到换行符 \n 时 2. 缓冲区满时 3. 关闭文件或手动刷新时
无缓冲	标准错误流 stderr	数据直接写入设备（无缓冲），确保错误信息及时显示

3.3 缓冲区的操作函数

fflush：手动刷新缓冲区

强制将缓冲区中的数据写入磁盘（或输出设备），避免数据滞留内存。

#include <stdio.h>
int fflush(FILE *stream);

• 参数：stream 为目标文件流（NULL 表示刷新所有输出流）。
• 返回值：成功返回 0；失败返回 EOF。

示例：

FILE *fp = fopen("data.txt", "w");
fputs("Hello", fp);  // 数据暂存在缓冲区，未写入磁盘
fflush(fp);          // 手动刷新，数据写入磁盘

setvbuf：自定义缓冲区

在打开文件后、进行读写操作前，可通过 setvbuf 手动设置缓冲区的类型和大小。

#include <stdio.h>
int setvbuf(FILE *stream, char *buf, int mode, size_t size);

• 参数：
  • stream：目标文件流。
  • buf：自定义缓冲区地址（NULL 表示使用系统自动分配的缓冲区）。
  • mode：缓冲模式（_IOFBF 全缓冲、_IOLBF 行缓冲、_IONBF 无缓冲）。
  • size：缓冲区大小（字节数）。
• 返回值：成功返回 0；失败返回非零。

示例：

FILE *fp = fopen("test.txt", "w");
char mybuf[1024];
// 设置为全缓冲，使用自定义缓冲区（大小1024字节）
setvbuf(fp, mybuf, _IOFBF, 1024);