【C语言加油站】C语言文件操作详解：从“流”的概念到文件的打开与关闭

文件操作

• 导读
• 一、流与标准流
• • [1.1 流](#1.1 流)
  • [1.2 标准流](#1.2 标准流)
• 二、文件指针
• 三、文件的打开与关闭
• • [3.1 `fopen()`](#3.1 fopen())
  • [3.2 `fclose()`](#3.2 fclose())
  • [3.3 函数的使用](#3.3 函数的使用)
• 结语

导读

大家好，很高兴又和大家见面啦！

在之前的文章中，我们已经对"文件"有了比较全面的认识：

• 文件是存储在计算机上的信息集合，是程序与数据持久化的重要载体。

我们了解了文件的基本操作，如打开、读取、写入和关闭，也区分了文本文件与二进制文件的本质不同：

• 文本文件以字符编码（如ASCII）方式存储，便于人类直接阅读
• 二进制文件则保留数据的原始格式，更适合机器高效处理

理解了"什么是文件"以及"文件如何存储"之后，我们自然会问：在C语言中，如何具体实现文件的操作？

这就涉及到一个核心概念------"流"（Stream），以及与之相关的文件指针和标准流机制。通过"流"，C语言将不同的输入输出设备（如键盘、屏幕、磁盘文件）抽象为统一的数据通道，使得文件操作变得灵活而一致。

现在，就让我们一起深入探讨C语言中的"流"与文件操作的具体实现。

一、流与标准流

1.1 流

流 是一个内涵非常丰富的概念，它既指液体或气体这类物质的移动 ，也是计算机科学中用于抽象描述数据序列或传输过程的重要模型。

在物理世界中，"流"最直观的理解就是​​液体或气体的移动​​。例如，河水的流动、空气的流动（风）都是一种流。流体力学就是研究流体运动规律的科学。其核心原理包括：

• 连续性：流体被视为连续介质，其物理量在空间中连续变化。
• 能量守恒：以伯努利方程为例，它描述了在不可压缩流体的稳定流动中，速度、压强和高度之间的关系：动能、压力势能和位能之和在流线上保持不变。

在计算机科学中，​​流 （Stream ）​​ 是一个非常重要且基础的抽象概念，它核心是​​数据处理的一种方式​​。它主要用来处理​​一系列有序的数据元素。

如何理解这个抽象概念呢？

在成长的过程中，我相信大家都有听过一句话------我们遨游在知识的海洋中。

在这句话中，我们就把所学习的各种知识给具象化成了组成海洋的海水，由这些海水汇聚而形成的海洋，我们就将其称之为知识的海洋。

同样的，在计算机邻域中，我们把计算机中的各种数据具象化成河水，这些河水会汇聚成一条河流，不断地在计算机世界中进行流动。

我们可以向这条河流中倒入新的河水（数据），同样的我们也可以从这条河流中取出我们需要的河水（数据）。

但是有一点需要注意：我们不管是倒入新的河水，还是取出我们需要的河水，我们首先需要做的就是找到这条河流，即，我们在进行输入数据和输出数据前，需要先打开流。

1.2 标准流

那为什么我们从键盘输⼊数据，向屏幕上输出数据，并没有打开流呢？

那是因为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：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：⼤多数环境中输出到显示器界⾯。

这是默认打开了这三个流，我们使⽤scanf、printf等函数就可以直接进⾏输⼊输出操作的。

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的。

二、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。该结构体类型是由系统声明的，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 = NULL;	// 创建文件指针变量
	// pf------point file：指向文件的指针

这里我们定义了一个指向 FILE 类型数据的指针变量 pf。
pf

可以使 pf 指向某个文件的文件信息区（⼀个结构体变量）。
pf 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。
pf 文件信息区 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。

三、文件的打开与关闭

在前面的内容中我们就有介绍过，我们可以对文件执行的基本操作有：创建、销毁、读取、写入......

• 在我们完成了对文件的创建后，如果我们想要对该文件进行内容的读取和写入操作，那我们首先需要做的就是打开该文件；

• 当我们在使用完文件，甚至想要销毁文件时，我们则需要先关闭该文件

因此我们首先需要学习的基本操作就是文件的打开与关闭。

在C语言的 stdio.h 这个头文件中，有一系列专门用来进行文件操作的库函数：

• fclose()------用于关闭一个已经打开的流（文件）
• fflush()------用于强制将输出流或更新（最近操作为输出）缓冲区中的数据立即写入文件
• fopen()------用于使用指定模式打开一个文件，并关联一个流
• freopen()------用于将已有的流重新关联到另一个文件
• setbuf()------用于为指定的流设置自定义缓冲区或禁用缓冲
• setvbuf()------用于为指定的流设置缓冲模式（全缓冲、行缓冲、无缓冲）和缓冲区

下面我们主要介绍两个函数------fopen 与 fclose

3.1 fopen()

在 cplusplus.com 网站中有对该函数的详细介绍，有兴趣的朋友可以点击链接进行访问。这里我们对该函数进行一下使用说明：

从上述的函数说明中我们可看到函数的一个大致用法：

• 向函数中传入两个参数：要操作的文件名以及对文件的操作模式

那么该函数能够对文件进行哪些具体的操作呢？

简单来说，核心操作有3类：

• 读文件：对指定的存在文件进行读操作，若文件不存在则会返回错误信息
• 写文件：对指定文件进行写操作，若文件不存在，则会创建一个新文件
• 添加数据：对指定文件的末尾追加数据，若文件不存在，则会创建一个新文件

在这三类核心操作中，我们可以细分为以下操作：

• 读文件：对指定的存在文件进行读操作，若文件不存在则会返回错误信息
  • r ：只读操作。为了输入数据，打开一个已经存在的文本文件
  • rb：只读操作。为了输入数据，打开一个二进制文件
  • r+：读写操作。为了读和写，打开一个文本文件
  • rb+：读写操作。为了读和写，打开一个二进制文件
• 写文件：对指定文件进行写操作，若文件不存在，则会创建一个新文件
  • w：只写操作。为了输出数据，打开一个文本文件
  • wb：只写操作。为了输出数据，打开一个二进制文件
  • w+：读写操作。为了读和写，建立一个新的文件
  • wb+：读写操作。为了读和写，建立一个新的二进制文件
• 添加数据：对指定文件的末尾追加数据，若文件不存在，则会创建一个新文件
  • a：追加操作。向文本文件末尾添加数据
  • ab：追加操作。向二进制文件末尾添加数据
  • a+：读写操作。在文件末尾进行读写
  • ab+：读写操作。在二进制文件末尾进行读写

fopen 这个函数对给定的操作是否成功，会有相应返回值：

• 文件打开成功：返回一个指向文件的指针
• 文件打开失败：返回一个空指针。在大多数的库实现中，如果失败了，也会把 errno 变量设置为系统特定的错误代码

3.2 fclose()

该函数的用法比较简单：

• 向函数中传入一个需要关闭的流

如果关闭成功，函数会返回 0 ，如果关闭失败，函数会返回 EOF。并且即使函数关闭失败，作为参数的 FILE* 指针指向的文件所关联的流也会与该文件和缓冲区断开关联。

3.3 函数的使用

了解了这两个函数的基本用法，下面我们就可以来尝试着使用一下这两个函数了：

void test1() {
	FILE* pf = NULL;	// 创建文件指针变量
	// pf------point file：指向文件的指针

	// 这里我采用w+模式来创建一个名为：text.txt的文本文件，并进行读写
	pf = fopen("text.txt", "w+");
	// 当文件打开成功
	if (pf) {
		// 通过文件输入函数，向文件中写入："fopen test"
		fputs("fopen test", pf);
		// 完成写入操作后，关闭流
		fclose(pf);
	}
}

下面我们就来测试一下：

此时程序并没有报错，那就说明我们成功创建了这个文件，并对其进行了写操作。由于我们并未对该文件的创建指定路径，因此文件会自动创建在与程序相同的文件夹下：

可以看到此时我们已经成功创建了这个文件，并且文件名为我们指定的命名。当我们打开该 .txt 文件后，我们就可以查看是否写入成功：

可以看到，文件中已经写入了我们需要写入的内容。

那我们如何指定文件的路径呢？

很简单，我们只需要在文件名的前面加上其所在路径即可：

从测试结果中我们可以看到，我们最开始通过仅读模式在指定路径中打开该文件时，由于不存在这个文件，因此返回空指针；

从 perror 的报错中我们也能获取相关信息，之后我们再一次通过仅写模式，成功在指定路径下创建了该文件，并将指定内容写入了文件内。

结语

今天的内容到这里就全部结束了。至此，我们已经对C语言文件操作的核心基础进行了一次深入的探索。让我们一同回顾本次旅程的要点：

• 核心概念"流"：我们理解了"流"（Stream）作为数据通道的强大抽象，它将多样的输入/输出设备统一起来，使得文件操作变得清晰而一致。

• 默认的"标准流"：我们认识了程序启动时自动打开的三个标准流------stdin（标准输入）、stdout（标准输出）和 stderr（标准错误），这正是 scanf 和 printf 等函数能直接工作的原因。

• 关键钥匙"文件指针"：我们掌握了 FILE* 这个关键数据类型，它是指向文件信息区的指针，是所有文件操作的基础。

• 文件操作的基本功"打开与关闭"：我们重点学习了 fopen 和 fclose 这一对必须成对使用的函数，详细了解了各种文件打开模式（如 r, w, a, r+ 等）的区别与适用场景，并成功进行了实践。

掌握文件的打开与关闭，只是迈入了文件处理世界的第一步。接下来，我们将学习如何具体地对文件进行读取和写入，探索更多强大的文件操作函数。

如果这篇博客帮助您理清了"流"与文件操作的基本概念，请不要忘记：

• 点赞 👍 - 您的认可是我持续创作的最大动力！

• 收藏 ⭐ - 方便日后随时查阅，巩固知识。

• 转发 ➤ - 分享给更多可能正在学习C语言的朋友，大家一起进步！

• 评论 💬 - 您有任何疑问、想法或指正，都欢迎在评论区留言，我们一起交流探讨！

期待在下一篇关于文件读写的博客中与您再次相遇！