零基础入门C语言之文件操作

在阅读本文之前，建议读者优先阅读专栏内前面的文章。

目录

前言

一、关于文件

二、文件的操作

三、文件读取结束判定与文件缓冲区

总结

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前言

本文主要为大家介绍关于C语言的文件操作等内容。

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一、关于文件

我们为什么要使用文件呢？如果没有文件，我们写的程序的数据是储存在电脑的内存中，如果程序退出，内存回收，数据就丢失了，等再次运行程序，是看不到上次程序的数据的，如果要将数据进行持久化的保存，我们就可以使用文件。

那什么是文件呢？磁盘（硬盘）上的文件就是文件。 但是在程序设计中，我们一般谈的文件有两种：程序文件、数据文件（从文件功能的角度来分类的）。

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）。而数据文件的内容不一定是程序，而是程序运行时读写的数据，比如程序运行需要从中读取数据的文件，或者输出内容的文件。 本篇文章讨论的是数据文件。在以前各章所处理数据的输入输出都是以终端为对象的，即从终端的键盘输入数据，运行结果显示到显示器上。 其实有时候我们会把信息输出到磁盘上，当需要的时候再从磁盘上把数据读取到内存中使用，这里处理的就是磁盘上文件。

一个文件要有一个唯一的文件标识，以便用户识别和引用。 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。为了方便起见，文件标识常被称为文件名。

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。 一个数据在文件中是怎么存储的呢？ 字符一律以ASCII形式存储，数值型数据既可以用ASCII形式存储，也可以使用二进制形式存储。 如有整数10000，如果以ASCII码的形式输出到磁盘，则磁盘中占用5个字节（每个字符一个字节），而二进制形式输出，则在磁盘上只占4个字节。

我们键入如下的代码：

#include <stdio.h>
int main()
{
 int a = 10000;
 FILE* pf = fopen("test.txt", "wb");
 fwrite(&a, 4, 1, pf);//⼆进制的形式写到⽂件中
 fclose(pf);
 pf = NULL;
 return 0;
}

点击运行后，进行如下图的操作：

选择现有项之后会跳出下面这个窗口：

我们选择test.txt并点击添加到源文件中。

但是需要注意的是，这个时候我们如果直接双击它的话是打不开的，双击之后通过文本编辑器显示的是乱码。所以我们需要通过下面的操作来看，我们右键这个文件然后点击打开方式，进入如下的界面：

翻到最下面选择二进制编辑器后点击确定：

这时候它就会跳转到下面这个界面：

这下子我们是成功看到了10000的二进制存储形式。

二、文件的操作

在讲解文件操作之前，我先来介绍一些与之相关的概念。我们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，为了方便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。

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。

那么什么是文件指针呢？我们为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，比如说文件的名字、文件状态和文件当前的位置。这些信息保存在一个结构体变量之中，而该结构体类型又是由系统声明，取名为FILE。我们可以看看VS 2022中的stdio.h中的下面的文件类型声明：

不同的C编译器的FILE类型包含的内容是不完全相同的，但是大同小异。当我们每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类型的变量，并填充其中的信息，使用者不必关心其中的细节。一般来说，我们都是通过一个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，我们可以通过如下方式创建一个FILE*的指针变量：

FILE* pf;//⽂件指针变量

我们定义的这个pf是一个指向FILE类型数据的指针，可以使pf指向某个文件的文件信息区。通过该文件信息区的信息，我们就能够访问该文件。也就是说，我们可以通过文件指针变量简介找到与之关联的文件。

那么在了解完前面的知识之后，我们就可以来详细看一下相关的文件操作了。我们在读写文件之前应该先打开文件，在使用结束之后我们就应该关闭文件。在编程程序的时候，再打开文件的同时，都会返回一个FILE*的指针变量指向该文件，也相当于建立了指针和文件的关系。ANSI C规定使用fopen函数来打开文件，fclose来关闭文件。这两个函数的声明如下：

//打开⽂件
FILE * fopen ( const char * filename, const char * mode );
//关闭⽂件
int fclose ( FILE * stream );

打开文件函数中的mode参数表示文件的打开模式，而下面这些全都是文件的打开模式：

| 文件使用方式 | 含义 | 如果指定文件不存在 |
| "r"(只读) | 为了输入数据，打开一个已经存在的文本文件 | 出错 |
| "w"(只写) | 为了输出数据，打开一个文本文件 | 建立一个新的文件 |
| "a"(追加) | 向文本文件尾添加数据 | 建立一个新的文件 |
| "rb"(只读) | 为了输入数据，打开一个二进制文件 | 出错 |
| "wb"(只写) | 为了输出数据，打开一个二进制文件 | 建立一个新的文件 |
| "ab"(追加) | 向一个二进制文件尾添加数据 | 建立一个新的文件 |
| "r+"(读写) | 为了读和写，打开一个文本文件 | 出错 |
| "w+"(读写) | 为了读和写，建立一个新的文件 | 建立一个新的文件 |
| "a+"(读写) | 打开一个文件，在文件尾进行读写 | 建立一个新的文件 |
| "rb+"(读写) | 为了读和写打开一个二进制文件 | 出错 |
| "wb+"(读写) | 为了读和写，新建一个新的二进制文件 | 建立一个新的文件 |

"ab+"(读写)	打开一个二进制文件，在文件尾进行读和写	建立一个新的文件

我们键入如下代码进行尝试：

#include <stdio.h>
#include <errno.h>
int main()
{
	FILE* pf = fopen("abc.txt", "r");
	if (pf == NULL) {
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

其运行的结果如下：

而我们如果说在打开文件之后，要进行文件的顺序读写，又该如何操作呢？那就需要我们下面这部分函数了：

我们键入如下的代码：

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

然后我们看一看test.txt文件，发现其成功写入了26个字母：

那么fgetc呢？它如果成功读取字符的话，返回的就是字符的ASCII码值，如果读取遇到了文件的末尾，或者发生了读取失败就会返回EOF。我们键入如下代码：

#include <stdio.h>
#include <errno.h>
int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.txt", "r");
	if (pf == NULL) {
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	for (int i = 0; i < 26; i++) {
		int c = fgetc(pf);
		printf("%c", c);
	}
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

其运行结果如下：

那这么一个一个字符打印确实很浪费时间，我们可不可以直接打印字符串呢？显然是可以的，我们键入如下代码：

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

运行之后我们查看test.txt结果如下：

那如果我们想读取字符串的话，又该如何操作呢？那我们就需要使用fgets函数了，我们首先来看一下这个函数的声明：

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

这个参数中相对特殊的就是第二个参数，这个参数代表着我们最多读取多少字符，但是实际上我们最后会加上一个\0字符，所以实际上我们真正读取的有效字符应该是输入的参数减去1。我们键入如下的代码：

#include <stdio.h>
#include <errno.h>
int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.txt", "r");
	if (pf == NULL) {
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	char str[10];
	fgets(str, 10, pf);
	printf("%s", str);
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

其运行结果如下：

可以看到，确实如我们所说，实际显示的只有9个字符。那么我们下面来测试一下fprintf函数，我们键入如下的代码：

#include <stdio.h>
#include <errno.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;
}

运行上面的代码之后我们看一下test.txt文件，结果如下：

这个fprintf也是写文件，只不过是以文本形式写入文件的。那么我们接下来就可以根据这种相似的形式来测试一下fscanf函数。我们键入如下的代码：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
#include <errno.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", s.name, s.age, s.score);
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

其运行结果如下：

当然，我们也可以用fprintf函数来实现标准输出，我们就不用文件指针，而是替换为标准输出stdout就可以了。我们键入如下代码：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
#include <errno.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(stdout, "%s %d %f", s.name, s.age, s.score);
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

代码运行结果如下：

可以看到运行后的结果和我们通过fscanf实现的结果是相同的。那我们这两个函数和我们之前讲过的printf和scanf有什么区别呢？其实这两组函数都是每组有三个成员的，也就是scanf、fscanf和sscanf；printf、fprintf和sprintf。那它们都各自有什么作用呢？我们首先先来说一下刚刚讲过的fprintf和fscanf吧，它们分别是用来把数据以格式化的形式打印在指定的输出流上和从指定的输出流上读取格式化的数据。而我们最开始接触的printf和scanf又有什么作用呢？它们分别能够把数据以格式化的形式打印在标准输出流上或从标准输入流上读取格式化数据。至于剩下的两个函数，我们首先来看一下二者的函数声明：

int sprintf(char* str, const char* format, ...);

它的作用就是把我们格式化的数据打印到我们指定的字符串之中，我们可以键入如下代码：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
#include <errno.h>

struct S {
	char name[20];
	int age;
	float score;
};

int main()
{
	struct S s = { "张三", 20, 65.5f };
	char buff[200] = { 0 };
	sprintf(buff, "%s %d %f", s.name, s.age, s.score);
	printf("%s", buff);
	return 0;
}

其运行结果如下：

我们再来看看sscanf的函数声明：

int sscanf(const char* s, const char* format, ...);

它的作用就是在字符串中读取格式化的数据，我们可以键入如下代码：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
#include <errno.h>

struct S {
	char name[20];
	int age;
	float score;
};

int main()
{
	struct S s = { 0 };
	char buff[200] = "张三 20 65.5f";
	sscanf(buff, "%s %d %f", s.name, &(s.age), &(s.score));
	printf("%s %d %f", s.name, s.age, s.score);
	return 0;
}

其运行结果如下：

然后让我们看看最后这两个函数fread和fwrite，它们只适用于文件流中，针对二进制进行输入和输出。我们还是先分别看看二者的函数声明，先来看看fwrite的：

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

那这些参数都有何含义呢？第一个参数代表着其中元素即将被写入文件的数组首元素的地址，第二个参数代表着数组中每个元素的大小，第三个参数代表着我要写的数组中的元素的个数，最后就是我们文件的指针。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
#include <errno.h>

int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.txt", "wb");
	if (pf == NULL) {
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	int arr[5] = { 1, 2, 3, 4, 5};
	int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
	fwrite(arr, sizeof(int), sz, pf);
}

我们以二进制编辑器打开test.txt文件，会看到下面的结果：

当然，我们也可以借助fread函数来实现读取这里面的二进制数据，我们来看一看fread函数的函数声明：

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

这里面的参数与上面的fwrite函数的参数是十分类似的，只不过过程相反，我们是从文件读取数据到指定地址处，我们键入如下的代码：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
#include <errno.h>

int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.txt", "rb");
	if (pf == NULL) {
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	int arr[5] = { 0 };
	int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
	fread(arr, sizeof(int), sz, pf);
	for (int i = 0; i < sz; i++) {
		printf("%d ", arr[i]);
	}
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

其运行结果如下：

上面所述的全部函数都是在文件的开头进行的，也就是我们的光标直接定位在了文件的开头，那如果说我们并不是想直接从文件的开头进行操作该怎么办，那就需要用到我们下面这些函数了，首先让我们看一看fseek函数：

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

它能够根据文件指针的位置和偏移量来定位文件指针（也就是文件内容的光标）。第一个参数就是具体的文件指针，第二个参数则是我们的偏移量，第三个参数指的是我们的起始位置。这第三个参数有三种选择，第一种是SEEK_SET，代表文件的起始位置；第二种是SEEK_CUR，代表文件指针当前的位置；第三种则是SEEK_END，代表文件的末尾位置。我们键入如下的代码：

#include <stdio.h>
int main ()
{
 FILE * pFile;
 pFile = fopen ( "example.txt" , "wb" );
 fputs ( "This is an apple." , pFile );
 fseek ( pFile , 9 , SEEK_SET );
 fputs ( " sam" , pFile );
 fclose ( pFile );
 return 0;
}

代码运行结果如下：

那如果说我们想要知道文件相对起始位置的偏移量的话，我们又应该如何操作呢？这时候我们就要用到ftell函数了。其函数声明如下：

long int ftell ( FILE * stream );

我们键入如下代码：

#include <stdio.h>
int main ()
{
 FILE * pFile;
 long size;
 pFile = fopen ("example.txt","rb");
 if (pFile==NULL) 
 perror ("Error opening file");
 else
 {
 fseek (pFile, 0, SEEK_END); // non-portable
 size=ftell (pFile);
 fclose (pFile);
 printf ("Size of myfile.txt: %ld bytes.\n",size);
 }
 return 0;
}

其运行结果如下：

那如果我在操作完之后想要文件指针回到文件的起始位置的话怎么办？这就需要用到rewind函数了：

void rewind ( FILE * stream );

我们键入如下的代码：

#include <stdio.h>
int main ()
{
 int n;
 FILE * pFile;
 char buffer [27];
 
 pFile = fopen ("myfile.txt","w+");
 for ( n='A' ; n<='Z' ; n++)
 fputc ( n, pFile);
 rewind (pFile);
 
 fread (buffer,1,26,pFile);
 fclose (pFile);
 
 buffer[26]='\0';
 printf(buffer);
 return 0;
}

其测试结果如下：

三、文件读取结束判定与文件缓冲区

在文件读取过程中，我们不能直接用feof函数的返回值来判断文件是否结束，这个函数的作用是当文件读取结束的时候，判断读取结束的原因是否是因为读取到了文件的结尾。这是因为我们文件结束读取的原因有两种，有可能是因为读取到了文件结尾，还有可能是发生了读取错误，前者可以用feof函数，而后者需要用ferror函数。

那它们是如何工作的呢？当我们打开一个流的时候，这个流上有两个标记值，一个是是否遇到文件末尾，另一个是是否发生错误。上面这两个函数分别根据这两个值来判断是否发生了对应的问题。

那我们该如何判断是否到达末尾了呢？对于文本文件来说，首先可以用fgetc函数来判断是否为EOF，其次也可以用fgets函数来判断是否为NULL；而对于二进制文件来说，我们就可以通过fread来判断返回值是否小于实际要读的个数。

我们针对文本文件举个例子：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(void)
{
 int c; // 注意：int，⾮char，要求处理EOF
 FILE* fp = fopen("test.txt", "r");
 if(!fp) {
 perror("File opening failed");
 return EXIT_FAILURE;
 }
 //fgetc 当读取失败的时候或者遇到⽂件结束的时候，都会返回EOF
 while ((c = fgetc(fp)) != EOF) // 标准C I/O读取⽂件循环
 { 
 putchar(c);
 }
 //判断是什么原因结束的
 if (ferror(fp))
 puts("I/O error when reading");
 else if (feof(fp))
 puts("End of file reached successfully");
 fclose(fp);
}

其运行结果如下：

而如果说是二进制文件的话，就是下面这样：

#include <stdio.h>
enum { SIZE = 5 };
int main(void)
{
 double a[SIZE] = {1.,2.,3.,4.,5.};
 FILE *fp = fopen("test.bin", "wb"); // 必须⽤⼆进制模式
 fwrite(a, sizeof *a, SIZE, fp); // 写 double 的数组
 fclose(fp);
 double b[SIZE];
 fp = fopen("test.bin","rb");
 size_t ret_code = fread(b, sizeof *b, SIZE, fp); // 读 double 的数组
 if(ret_code == SIZE) {
 puts("Array read successfully, contents: ");
 for(int n = 0; n < SIZE; ++n) 
 printf("%f ", b[n]);
 putchar('\n');
 } else { // error handling
 if (feof(fp))
 printf("Error reading test.bin: unexpected end of file\n");
 else if (ferror(fp)) {
 perror("Error reading test.bin");
 }
 }
 fclose(fp);
}

其运行结果如下：

在了解完上面的知识后，我们再来看看文件缓冲区的相关知识。ANSIC标准采用 "缓冲文件系统" 处理的数据文件，所谓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"。从内存向磁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。

我们键入如下的代码：

#include <stdio.h>
#include <windows.h>
//VS2022 WIN11环境测试
int main()
{
 FILE*pf = fopen("abc.txt", "w");
 fputs("abcdef", pf);//先将代码放在输出缓冲区
 printf("睡眠10秒-已经写数据了，打开abc.txt⽂件，发现⽂件没有内容\n");
 Sleep(10000);
 printf("刷新缓冲区\n");
 fflush(pf);//刷新缓冲区时，才将输出缓冲区的数据写到⽂件（磁盘）
 //注：fflush 在⾼版本的VS上不能使⽤了
 printf("再睡眠10秒-此时，再次打开abc.txt⽂件，⽂件有内容了\n");
 Sleep(10000);
 fclose(pf);
 //注：fclose在关闭⽂件的时候，也会刷新缓冲区
 pf = NULL;
 return 0;
}

我们可以看到如下的变化：

那么在这里我们就能够得到一个结论，正是因为有了缓冲区的存在，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时关闭文件，否则可能导致读写文件的问题。

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总结

本文介绍了C语言中文件操作的核心内容。首先解释了文件的重要性及分类（程序文件和数据文件），重点讨论了数据文件的文本与二进制存储形式。详细讲解了文件指针(FILE*)的概念及文件操作流程，包括fopen/fclose等基础函数的使用。文章还演示了多种文件读写方式（fputc/fgetc、fputs/fgets、fprintf/fscanf等）以及文件定位函数(fseek/ftell/rewind)的应用。最后阐述了文件结束判定方法(feof/ferror)和文件缓冲区的作用机制，强调缓冲区刷新对数据完整性的重要性。全文通过丰富的代码示例展示了C语言文件处理的关键技术和注意事项。