C语言文件操作全面解析：从基础概念到高级应用

无限进步_2025-10-19 13:28

掌握文件操作是成为合格C程序员的必经之路

引言

在C语言编程中，文件操作是连接程序与外部世界的桥梁。无论是保存用户设置、处理日志文件，还是实现数据持久化存储，都离不开文件操作。本文将从基础概念出发，逐步深入讲解C语言中各种文件操作函数的使用方法和最佳实践。

目录

引言

一、文件操作基础概念

[1. 什么是文件？](#1. 什么是文件？)

[2. 为什么使用文件？](#2. 为什么使用文件？)

[3. 文件名](#3. 文件名)

[4. 二进制文件和文本文件](#4. 二进制文件和文本文件)

[5. 流和标准流](#5. 流和标准流)

[6. 文件指针](#6. 文件指针)

[7. 文件的打开和关闭](#7. 文件的打开和关闭)

[8. 文件缓冲区](#8. 文件缓冲区)

二、文件操作函数详解

[1. 字符级文件操作：fputc与fgetc](#1. 字符级文件操作：fputc与fgetc)

数据写入：fputc函数

数据读取：fgetc函数

[2. 字符串级文件操作：fputs与fgets](#2. 字符串级文件操作：fputs与fgets)

批量写入：fputs函数

批量读取：fgets函数

[3. 格式化文件操作：fprintf与fscanf](#3. 格式化文件操作：fprintf与fscanf)

结构体数据写入

结构体数据读取

[4. 内存格式化：sprintf与sscanf](#4. 内存格式化：sprintf与sscanf)

[5. 二进制文件操作：fwrite与fread](#5. 二进制文件操作：fwrite与fread)

二进制数据写入

二进制数据读取

三、文件定位操作

[1. 顺序读写 vs 随机读写](#1. 顺序读写 vs 随机读写)

[2. fseek函数：随机访问](#2. fseek函数：随机访问)

[3. ftell函数：获取当前位置](#3. ftell函数：获取当前位置)

[4. rewind函数：重置文件指针](#4. rewind函数：重置文件指针)

四、文件读取结束的判定

[1. 使用feof和ferror](#1. 使用feof和ferror)

五、综合应用实例

六、总结

核心技术要点

实际应用建议

学习价值

一、文件操作基础概念

1. 什么是文件？

文件是存储在外部介质（如硬盘、U盘等）上的数据集合。从编程视角看，文件是由一系列字节组成的序列，每个字节都可以通过文件指针来访问。

2. 为什么使用文件？

  • 数据持久化：程序运行结束后，数据不会丢失

  • 数据共享：不同程序可以访问同一个文件

  • 大数据处理：处理超过内存容量的数据

  • 配置存储：保存程序设置和用户偏好

3. 文件名

文件名是文件的唯一标识，通常包括主文件名和扩展名：

  • example.txt - 文本文件

  • data.bin - 二进制文件

  • config.ini - 配置文件

4. 二进制文件和文本文件

文本文件：

  • 以ASCII码形式存储

  • 人类可读

  • 可能有字符转换（如换行符\n在Windows中转换为\r\n）

二进制文件：

  • 以字节原样存储

  • 人类不可读

  • 无字符转换，保持数据精确性

5. 流和标准流

**流（Stream）**是数据源或数据目标的抽象，C语言提供了三种标准流：

  • stdin - 标准输入流（通常是键盘）

  • stdout - 标准输出流（通常是屏幕）

  • stderr - 标准错误流（通常是屏幕）

6. 文件指针

FILE结构体指针用于跟踪文件的状态信息：

复制代码 
FILE *fp;  // 声明文件指针

7. 文件的打开和关闭

打开文件：

复制代码 
FILE *fopen(const char *filename, const char *mode);

打开模式：

模式 描述 文件存在 文件不存在
"r" 只读 打开 错误
"w" 只写 清空 创建
"a" 追加 追加 创建
"r+" 读写 打开 错误
"w+" 读写 清空 创建
"a+" 读写 追加 创建
"rb" 二进制只读 打开 错误

关闭文件：

复制代码 
int fclose(FILE *stream);

8. 文件缓冲区

为了提高I/O效率，C语言使用缓冲区：

  • 全缓冲：缓冲区满时才进行实际I/O操作

  • 行缓冲：遇到换行符或缓冲区满时进行I/O

  • 无缓冲：立即进行I/O操作

可以使用fflush()函数强制刷新缓冲区。

二、文件操作函数详解

1. 字符级文件操作：fputc与fgetc

数据写入：fputc函数
复制代码 
FILE* pf1 = NULL;
pf1 = fopen("text1.txt", "w");
if (pf1 == NULL)
{
    perror("fopen");
    return 1;
}

for (char i = 'A'; i <= 'Z'; i++)
{
    fputc(i, pf1);
}
fputc('\n', pf1);
for (char i = 'a'; i <= 'z'; i++)
{
    fputc(i, pf1);
}
fputc('\n', pf1);
for (char i = '0'; i <= '9'; i++)
{
    fputc(i, pf1);
}
fclose(pf1);
pf1 = NULL;

功能分析：

  • 创建并打开文件"text1.txt"用于写入

  • 分三段写入数据：大写字母、小写字母、数字

  • 每段结束后添加换行符

  • 最终生成格式化的文本文件

技术要点：

  • fputc每次写入一个字符

  • 适合精确控制每个字符的写入

  • 自动处理字符到字节的转换

数据读取：fgetc函数
复制代码 
FILE* pf2 = NULL;
pf2 = fopen("text1.txt", "r");
if (pf2 == NULL)
{
    perror("fopen");
    return 1;
}
char ch = 0;
while ((ch = fgetc(pf2)) != EOF)
{
    putchar(ch);
}
fclose(pf2);
pf2 = NULL;

功能分析：

  • 打开刚才创建的文件进行读取

  • 使用循环逐个字符读取直到文件结束

  • 用putchar将读取的字符输出到屏幕

技术要点：

  • fgetc返回int类型，用char接收可能有问题

  • EOF是文件结束标志，值为-1

  • 这种方式可以处理任意大小的文件

2. 字符串级文件操作：fputs与fgets

批量写入：fputs函数
复制代码 
char arr1[] = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ\nabcdefghijklmnopqrstuvwxyz\n0123456789";
FILE* pf3 = NULL;
pf3 = fopen("text2.txt", "w");
if (pf3 == NULL)
{
    perror("fopen");
    return 1;
}
fputs(arr1, pf3);
fclose(pf3);
pf3 = NULL;

功能分析：

  • 使用单个字符串包含所有数据

  • fputs一次性写入整个字符串

  • 比逐个字符写入更高效

优势：

  • 代码更简洁

  • 执行效率更高

  • 适合已知完整内容的情况

批量读取：fgets函数
复制代码 
FILE* pf4 = NULL;
pf4 = fopen("text2.txt", "r");
if (pf4 == NULL)
{
    perror("fopen");
    return 1;
}
int n = sizeof(arr1) / sizeof(arr1[0])-1;
printf("n=%d", n);
char* p = (char*)malloc((n+1)*sizeof(char));
if (p == NULL) 
{
    perror("malloc");
    fclose(pf4);
    return 1;
}
while (fgets(p, n + 1, pf4) != NULL)
{
    printf("%s", p);
}
free(p);
p = NULL;
fclose(pf4);
pf4 = NULL;

技术要点：

  • fgets会读取直到换行符或指定长度减1

  • 自动在字符串末尾添加空字符

  • 需要合理设置缓冲区大小

  • 返回NULL表示读取结束或出错

3. 格式化文件操作：fprintf与fscanf

结构体数据写入
复制代码 
struct S
{
    char name[20];
    int age;
    float score;
    char c;
};
struct S s = { "xiaoming",20,98.8f,'X' };
FILE* pf5 = NULL;
pf5 = fopen("text3.txt", "w");
if (pf5 == NULL)
{
    perror("fopen");
    return 1;
}
fprintf(pf5,"%s %d %f %c",s.name,s.age,s.score,s.c);
fclose(pf5);
pf5 = NULL;

功能分析：

  • 定义结构体存储复合数据

  • 使用fprintf按指定格式写入文件

  • 保持数据字段的可读性

结构体数据读取
复制代码 
FILE* pf6 = NULL;
pf6 = fopen("text3.txt", "r");
if (pf6 == NULL)
{
    perror("fopen");
    return 1;
}
struct S t = { 0 };
struct S u = { 0 };
fscanf(pf6, "%s %d %f %c", t.name, &(t.age), &(t.score), &(t.c));

fscanf(stdin, "%s %d %f %c", t.name, &(t.age), &(t.score), &(t.c));

printf("%s %d %f %c", t.name, t.age, t.score, t.c);
fprintf(stdout, "\n%s %d %f %c\n", s.name, s.age, s.score, s.c);

fclose(pf6);
pf6 = NULL;

技术要点：

  • fscanf从文件按格式读取数据

  • 可以重定向到标准输入(stdin)

  • fprintf可以输出到标准输出(stdout)

  • 需要注意数据类型和指针的使用

4. 内存格式化：sprintf与sscanf

复制代码 
struct M
{
    char name[20];
    int age;
    float score;
    char c;
};
struct M m = { "lihao",30,98.8f,'M' };
char o[200] = "XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX";
sprintf(o,"%s %d %f %c", m.name, m.age, m.score, m.c);
printf("%s\n", o);
struct M n = { 0 };
sscanf(o, "%s %d %f %c", n.name, &(n.age), &(n.score), &(n.c));
printf("%s %d %f %c\n", n.name, n.age, n.score, n.c);

功能分析：

  • sprintf将格式化的数据写入字符串缓冲区

  • sscanf从字符串中按格式提取数据

  • 实现内存中的数据格式转换

应用场景：

  • 数据序列化和反序列化

  • 字符串处理和数据解析

  • 协议数据的组装和解析

5. 二进制文件操作：fwrite与fread

二进制数据写入
复制代码 
int arr1[] = { 1,2,3,4,5 };
FILE* pf7 = fopen("test4.txt", "wb");
if (pf7 == NULL)
{
    perror("fopen");
    return 1;
}
int sz = sizeof(arr1) / sizeof(arr1[0]);
fwrite(arr1, sizeof(arr1[0]), sz, pf7);
fclose(pf7);
pf7 = NULL;

技术要点：

  • "wb"模式以二进制方式写入

  • fwrite直接写入内存数据，不进行字符转换

  • 保持数据的原始格式，适合数值数组、结构体等

二进制数据读取
复制代码 
int arr2[8] = { 0 };
FILE* pf8 = fopen("test4.txt", "rb");
if (pf8 == NULL)
{
    perror("fopen");
    return 1;
}
int i = 0;
int n = 0;
while (n = fread(arr2, sizeof(int), 4, pf8))
{
    for (int j = 0; j < n; j++)
    {
        printf("%d ", arr2[j]);   
    }
    printf("\n");	
}
for (int k = 0; k < 8; k++)
{
    printf("%d ", arr2[k]);
}
fclose(pf8);
pf8 = NULL;

技术要点：

  • "rb"模式以二进制方式读取

  • fread返回实际读取的元素个数

  • 可以分块读取大文件

  • 保持数据精度，无字符转换损失

三、文件定位操作

1. 顺序读写 vs 随机读写

顺序读写 ：从文件开头依次读写，不能跳过或回退
随机读写：可以定位到文件的任意位置进行读写

2. fseek函数：随机访问

复制代码 
FILE* pf = fopen("test5.txt", "r");
if (pf == NULL)
{
    perror("fopen");
    return 1;
}
int ch = fgetc(pf);
printf("%c\n", ch);
fseek(pf, -4, SEEK_END);
ch = fgetc(pf);
printf("%c\n", ch);
fclose(pf);
pf = NULL;

定位模式：

  • SEEK_SET：从文件开头定位

  • SEEK_CUR：从当前位置定位

  • SEEK_END：从文件末尾定位

应用价值：

  • 实现文件的随机访问

  • 适合数据库、索引文件等场景

  • 提高大文件处理效率

3. ftell函数：获取当前位置

复制代码 
FILE* pf = fopen("test5.txt", "r");
if (pf == NULL)
{
    perror("fopen");
    return 1;
}
int ch = fgetc(pf);
printf("%c\n", ch);
fseek(pf, 0, SEEK_END);
printf("%d\n", ftell(pf));
fclose(pf);
pf = NULL;

功能：

  • 返回当前文件位置相对于开头的偏移量

  • 常用于获取文件大小

  • 结合fseek实现复杂定位

4. rewind函数：重置文件指针

复制代码 
FILE* pf = fopen("test5.txt", "r");
if (pf == NULL)
{
    perror("fopen");
    return 1;
}
int ch = fgetc(pf);
printf("%c\n", ch);
fseek(pf, -4, SEEK_END);
ch = fgetc(pf);
printf("%c\n", ch);
rewind(pf);
ch = fgetc(pf);
printf("%c\n", ch);
fclose(pf);
pf = NULL;

功能：

  • 将文件位置指针重置到开头

  • 等价于fseek(pf, 0, SEEK_SET)

  • 简化代码，提高可读性

四、文件读取结束的判定

1. 使用feof和ferror

复制代码 
FILE* pf = fopen("test5.txt", "r");
if (pf == NULL)
{
    perror("fopen");
    return 1;
}
int ch = 0;
while ((ch = fgetc(pf)) != EOF)
{
    printf("%c\n", ch);
}
if (feof(pf))
{
    printf("遇到文件末尾，读取正常结束\n");
}
else if (ferror(pf))
{
    perror("fgetc");
}
fclose(pf);
pf = NULL;

错误检测函数：

  • feof：检测是否到达文件末尾

  • ferror：检测文件操作是否出错

  • perror：输出详细的错误信息

最佳实践：

  • 每次文件操作后检查状态

  • 区分正常结束和异常结束

  • 提供有意义的错误信息

五、综合应用实例

复制代码 
FILE* pf = fopen("test5.txt", "r");
if (pf == NULL)
{
    perror("fopen");
    return 1;
}
char ch = 0;
for (ch = 'a'; ch <= 'z'; ch++)
{
    fputc(ch, pf);
}
if (feof(pf))
{
    printf("遇到文件末尾，读取正常结束\n");
}
else if (ferror(pf))
{
    perror("fputc");
}
fclose(pf);
pf = NULL;

代码分析：

  • 以读取模式打开文件却进行写入操作

  • 这会触发错误状态

  • 演示了错误检测机制的实际应用

六、总结

通过本文的全面解析，我们深入掌握了C语言文件操作的各个方面：

核心技术要点

操作粒度选择：

  • 字符级：fgetc/fputc - 精确控制

  • 字符串级：fgets/fputs - 高效处理

  • 格式化：fscanf/fprintf - 结构化数据

  • 二进制：fread/fwrite - 原始数据

文件打开模式：

  • 文本模式：字符转换，适合文本文件

  • 二进制模式：无转换，适合数据文件

文件定位能力：

  • 随机访问：fseek + ftell

  • 重置指针：rewind

  • 大大扩展了文件处理能力

健壮性保障：

  • 全面的错误检测

  • 资源泄漏预防

  • 异常情况处理

实际应用建议

根据需求选择合适函数：

  • 配置文件：格式化I/O

  • 日志文件：字符串I/O

  • 数据文件：二进制I/O

  • 大文件：分块读取+定位

重视错误处理：

  • 始终检查返回值

  • 区分不同错误类型

  • 保证资源正确释放

性能优化考虑：

  • 缓冲区大小设置

  • 减少I/O操作次数

  • 合理使用二进制模式

学习价值

掌握这些文件操作技术，不仅能够处理日常的文件任务，更重要的是培养了系统编程的思维方式。理解数据在内存和外部存储之间的流动，对于后续学习数据库、网络编程、操作系统等高级主题都具有重要意义。

文件操作是C语言编程的基石之一，扎实掌握这些知识将为你的编程之路奠定坚实的基础。

相关推荐
_OP_CHEN3 小时前
C++基础：（十五）queue的深度解析和模拟实现
开发语言·c++·stl·bfs·queue·容器适配器·queue模拟实现
sulikey3 小时前
一文彻底理解：如何判断单链表是否成环（含原理推导与环入口推算）
c++·算法·leetcode·链表·floyd·快慢指针·floyd判圈算法
咖啡教室3 小时前
每日一个计算机小知识：IP和域名
后端
起床气2333 小时前
C++海战棋开发日记（序）
开发语言·c++
咖啡教室3 小时前
每日一个计算机小知识：Host
后端
APItesterCris3 小时前
TypeScript 与淘宝 API：构建类型安全的商品数据查询前端 / Node.js 服务
开发语言·php
ftpeak3 小时前
《Cargo 参考手册》第二十一章：Cargo 包命令
开发语言·rust
_码力全开_3 小时前
P1005 [NOIP 2007 提高组] 矩阵取数游戏
java·c语言·c++·python·算法·矩阵·go
热门推荐
01BongoCat - 跨平台键盘猫动画工具02GitHub 镜像站点03UV安装并设置国内源04Linux下V2Ray安装配置指南05两千字总结：Codex 国内如何安装和使用的教程，以及如何设置中文回答06KGG转MP3工具|非KGM文件|解密音频07GitLab 零基础入门指南：从安装到项目管理全流程08荣耀手机2025年10月发布的新品Magic8比起Magic7，在硬件、性能、价格等上有什么区别，有什么优势09windows找不到gpedit.msc（本地组策略编辑器）10NVIDIA显卡驱动、CUDA、cuDNN 和 TensorRT 版本匹配指南