C 语言-文件操作学习

在编程时，你是否遇到过这样的困扰：程序运行时计算出的数据，关掉程序就不见了？下次想继续用这些数据，只能重新运行程序重新计算？其实解决这个问题很简单，核心就是学会 "文件操作"------ 把数据存到硬盘上，需要时再读出来。

一、先搞懂：为什么需要文件？

我们写程序时，数据默认存在内存里。但内存有个特点：程序退出后，内存就会被系统回收，里面的数据也会跟着消失（比如你用计算器算完结果，关掉计算器就找不到之前的数字了）。

而文件是存在硬盘上的，属于 "持久化存储"------ 哪怕电脑关机，数据也不会丢。所以文件操作的核心目的就是：让程序的数据能长期保存，下次运行时直接使用。

二、什么是文件？C 语言里的文件分两种

平时我们说的 "文件"，比如电脑里的文档、图片，都是硬盘上的文件。但在 C 语言中，从功能角度主要分为两类：

程序文件 ：就是我们写的代码相关文件，比如后缀为.c的源文件、.obj的目标文件、.exe的可执行文件（这些是程序运行的 "基础"，不是我们要操作的数据）；
数据文件 ：专门用来存储程序运行时需要读写的数据的文件（比如程序计算的结果、需要读取的配置信息），这也是我们今天重点讨论的对象。

文件名的小知识

一个文件要有唯一的 "身份证"------ 文件名，它由 3 部分组成：文件路径 + 文件名主干 + 文件后缀 。比如c:\code\test.txt：

路径：c:\code（文件存在哪个文件夹里）；
主干：test（文件的名字）；
后缀：.txt（文件类型，文本文件）。

三、文本文件 vs 二进制文件：数据怎么存？

根据数据的存储形式，数据文件又分为两种，核心区别在于 "是否转换数据格式"：

二进制文件 ：数据在内存中是二进制形式存储的，直接输出到硬盘，不做任何转换。优点是存储高效（占空间小），缺点是肉眼看不懂（打开是乱码）；

(obj文件是二进制方式存储，用文本编辑器是乱码)

文本文件 ：数据存储前会转换成 ASCII 码形式。优点是肉眼能直接看懂（比如打开是 "1234"），缺点是占空间更大。

（.c文件是文本文件）

举个直观的例子：存储整数10000

文本文件：每个数字是一个 ASCII 字符，1、0、0、0、0共 5 个字符，占 5 个字节；
二进制文件：直接存10000的二进制值，只占 4 个字节（效率更高）。

四、关键概念：流和文件指针

在学文件操作前，先记住两个核心概念，否则后面的函数会看不懂：

1. 什么是 "流"？

程序要向硬盘写数据、从硬盘读数据，中间需要一个 "桥梁"------ 因为不同设备（键盘、显示器、硬盘）的输入输出规则不一样，为了方便程序员操作，C 语言抽象出了 "流" 的概念。

你可以把 "流" 想象成一条 "字符河"：程序写数据就是往河里 "放水"，读数据就是从河里 "取水"。不管是操作键盘、显示器还是文件，都通过 "流" 来统一处理，不用关心底层设备的差异。

2. 标准流：程序启动时默认打开的 3 个 "河"

为什么我们用scanf能直接从键盘输入，用printf能直接在屏幕输出？因为 C 语言程序启动时，会默认打开 3 个标准流：

stdin：标准输入流（对应键盘），scanf就是从这里读数据；
stdout：标准输出流（对应显示器），printf就是往这里写数据；
stderr：标准错误流（也对应显示器），用来输出程序的错误信息。

这 3 个流默认打开，所以我们不用手动操作就能用scanf和printf。

3. 文件指针：操作文件的 "工具手"

要操作文件，我们需要一个 "工具" 来管理文件的信息（比如文件名、文件当前的读写位置、文件状态）------ 这就是**FILE*类型的文件指针**。

可以这么理解：每个打开的文件，系统都会在内存中创建一个 "文件信息区 "（类似文件的 "说明书"），而文件指针就是指向这个 "说明书" 的指针。通过这个指针，我们就能间接操作对应的文件。

定义文件指针很简单：FILE* pf;（pf 就是一个文件指针变量）。

五、核心操作：文件的打开和关闭

就像我们用记事本一样：用之前要先打开，用完要关闭。C 语言操作文件也遵循这个逻辑，而且必须养成 "打开就关闭" 的习惯（否则可能导致数据丢失、文件损坏）。

1. 打开文件：用 fopen 函数

函数原型：FILE * fopen (const char * filename, const char * mode);

第一个参数：文件名（比如"test.txt"，如果文件不在当前文件夹，要写全路径，比如"c:\code\test.txt"）；
第二个参数：打开模式（关键！决定了文件是只读、只写还是读写，是文本文件还是二进制文件）；
返回值：打开成功返回文件指针（指向文件信息区），打开失败返回NULL（比如文件不存在却要 "只读" 打开）。

例子（要打开的的文件不存在）：

cpp 复制代码

#include<stdio.h>
int main()
{
	FILE *fp=fopen("test.txt","r");
	if (fp == NULL)
	{
		perror("Error opening file");
		return 1;
	}



	return 0;
}

例子（以只读方式创建打开一个文件）：

cpp 复制代码

#include<stdio.h>
int main()
{
	FILE *fp=fopen("test.txt","w");
	if (fp == NULL)
	{
		perror("Error opening file");
		return 1;
	}

	fclose(fp);
	fp = NULL;

	return 0;
}

程序运行后，打开创建的文件，向其中随便输入文字，在运行这个程序会把里面的内容清空。

再次运行后：

2. 关闭文件：用 fclose 函数

函数原型：int fclose (FILE * stream);

参数：要关闭的文件指针（比如之前定义的pf）；
注意：关闭后要把文件指针设为NULL（比如pf = NULL;），避免变成 "野指针"（指向无效地址，导致程序出错）。

常用的文件打开模式（重点记这几个）

打开模式	含义	文件不存在时
"r"	只读（文本文件）	出错（打开失败）
"w"	只写（文本文件）	新建一个文件
"a"	追加（文本文件，往文件末尾写）	新建一个文件
"rb"	只读（二进制文件）	出错
"wb"	只写（二进制文件）	新建一个文件
"r+"	读写（文本文件）	出错
"w+"	读写（文本文件）	新建一个文件

六、文件的读写操作：顺序读写和随机读写

打开文件后，核心就是 "读"（从文件拿数据到程序）和 "写"（把程序数据存到文件）。C 语言提供了一套专门的函数，分为 "顺序读写" 和 "随机读写" 两类。

1. 顺序读写：按文件内容的顺序 "从头读到尾"

顺序读写就是从文件开头开始，读 / 写完一个数据后，指针自动移到下一个位置，不能跳着来。常用函数如下（记熟这些就够日常用了）：

写一个字符：

cpp 复制代码

#include<stdio.h>
int main()
{
	FILE *fp=fopen("test.txt","w");
	if (fp == NULL)
	{
		perror("Error opening file");
		return 1;
	}

	//写文件
	fputc('a', fp);//（往 pFile 指向的文件写字符 'a'）；
	fputc('b', fp);
	fputc('c', fp);

	fclose(fp);
	fp = NULL;

	return 0;
}

运行后查看文件：

循环写26个字符：

读一个字符：

cpp 复制代码

#include<stdio.h>
int main()
{
    
    FILE* p = fopen("test.txt", "r");
    if (p == NULL)
    {
        perror("Error opening file");

        return 1;
    }

    //// 依次读取前三个字符并打印
    //char a = fgetc(p);
    //printf("%c", a);

    //char b = fgetc(p);
    //printf("%c", b);

    //char c = fgetc(p);
    //printf("%c", c);
    int ch = 0;
    while ((ch = fgetc(p)) != EOF)
    {
        printf("%c ",ch);
    }

    fclose(p);
    p = NULL;

    return 0;
}

例子2:(fscanf,fprintf的使用)

cpp 复制代码

#include<stdio.h>

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

int main()
{
    struct S s = {"djsj", 33, 99.9};
    // "w+"模式：可读写的文本模式，文件不存在则创建，存在则清空
    FILE *pf = fopen("test.txt", "w+");
    if (pf == NULL)
    {
        perror("Error opening file");
        return 1;
    }

    // 写文件：格式化写入结构体数据
    int write_ret = fprintf(pf, "%s %d %.1f", s.name, s.age, s.score);
    if (write_ret < 0) { // fprintf返回写入的字符数，失败返回负数
        perror("Error writing to file");
        fclose(pf);
        return 1;
    }

    // 关键：将文件指针重置到文件开头，否则读不到内容
    fseek(pf, 0, SEEK_SET);

    // 读文件：格式化读取到新的结构体变量（避免覆盖原数据更易验证）
    struct S s_read = {0}; // 初始化读取用的结构体
    int read_ret = fscanf(pf, "%s %d %f", s_read.name, &s_read.age, &s_read.score);
    if (read_ret != 3) { // fscanf返回成功读取的变量个数，这里应读取3个
        perror("Error reading from file");
        fclose(pf);
        return 1;
    }

    // 打印读取的内容（方式1）
    printf("方式1：%s %d %.1f\n", s_read.name, s_read.age, s_read.score);
    // 打印读取的内容（方式2：stdout就是屏幕，效果和printf一致）
    fprintf(stdout, "方式2：%s %d %.1f\n", s_read.name, s_read.age, s_read.score);

    // 关闭文件，避免资源泄漏
    fclose(pf);
    pf = NULL;
    return 0;
}

2. 随机读写：想读哪里就读哪里

有时候我们不想按顺序来，比如想直接修改文件中间的内容，这就需要 "随机读写"------ 通过调整文件指针的位置来实现。核心函数有 3 个：

（1）fseek：移动文件指针

函数原型：int fseek (FILE * stream, long int offset, int origin);

作用：根据 "起始位置" 和 "偏移量"，把文件指针移到指定位置；
参数说明：
- origin：起始位置（3 个可选值）：
  - SEEK_SET：文件开头；
  - SEEK_CUR：文件指针当前位置；
  - SEEK_END：文件末尾；
- offset：偏移量（正数往后移，负数往前移）。

例子：

cpp 复制代码

#include<stdio.h>
int main()
{
    
    FILE* p = fopen("test.txt", "w");
    if (p == NULL)
    {
        perror("Error opening file");

        return 1;
    }
    fputs("This is an apple.", p);
    //fseek(p, 9, SEEK_SET);// 从文件开头（SEEK_SET）往后移9个位置（第10个字符）
    //fputs(" sam", p);//  修改后文件内容变成"This is sam apple."
    fclose(p);
    p = NULL;

    return 0;
}

去掉代码的注释再运行的结果:

例子（fread于fwrite）：

cpp 复制代码

#include<stdio.h>
int main()
{
	int  arr[] = {1,2,3,4,5};
	int arr1[] = { 0 };

	FILE* pf = fopen("test.txt", "wb");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("Error opening file");
		return 1;
	}
	//写数据
	int sz=sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);
	fwrite(arr, sizeof(arr[0]), sz, pf);//把arr的内容以二进制的形式写入文件

	// 将文件指针重置到文件开头
	fseek(pf, 0, SEEK_SET);

	//读数据
	fread(arr1, sizeof(arr[0]), sz, pf);//把文件内容以二进制的形式读入arr
	for (int i = 0; i < sz; i++)
	{
		printf("%d ", arr[i]);
	}

	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

（2）ftell：获取指针偏移量

函数原型：long int ftell (FILE * stream);

作用：返回文件指针相对于 "文件开头" 的偏移量（比如指针在第 10 个字符，返回 9，因为从 0 开始计数）；
常用场景：计算文件大小（把指针移到文件末尾，获取偏移量就是文件字节数）。

（3）rewind：指针回到文件开头

函数原型：void rewind (FILE * stream);

作用：直接把文件指针移回文件开头（比如读了一半文件，想重新读，就用这个函数）。

七、避坑重点：文件读取结束怎么判断？

很多新手会用feof函数来判断文件是否读完，这是错误的！

正确的判断逻辑：

feof的作用不是 "判断文件是否结束"，而是 "判断文件结束的原因"------ 是读到文件尾了，还是读的时候出错了（比如文件损坏）。

正确的判断方法分两种：

文本文件 ：判断读写函数的返回值：
- fgetc：读失败或到文件尾，返回EOF；
- fgets：到文件尾，返回NULL；
二进制文件 ：判断fread的返回值是否小于 "实际要读的个数"（比如想读 5 个数据，返回 3，说明只读到 3 个，文件结束了）。

cpp 复制代码

FILE* fp = fopen("test.txt", "r");
if (!fp) {
    printf("文件打开失败");
    return 1;
}
int c; // 注意用int，因为EOF是-1，char存不下
// 循环读每个字符，直到返回EOF
while ((c = fgetc(fp)) != EOF) {
    putchar(c); // 输出到屏幕
}
// 读完后判断原因
if (ferror(fp)) {
    printf("读取文件出错");
} else if (feof(fp)) {
    printf("文件正常读完");
}
fclose(fp);
fp = NULL;

八、文件缓冲区：为什么写了数据，文件里看不到？

有时候我们用函数写了数据到文件，但打开文件却发现没有内容，这是因为 C 语言有 "文件缓冲区" 的机制。

什么是缓冲区？

系统会在内存中为每个打开的文件开辟一块 "临时存储区"------ 写数据时，不会直接写到硬盘，而是先存到缓冲区；只有当缓冲区满了、调用fflush函数刷新，或者调用fclose关闭文件时，缓冲区的数据才会真正写到硬盘上。

关键结论：

操作文件后，一定要fclose关闭文件（关闭时会自动刷新缓冲区）；
如果不想等缓冲区满，也可以用fflush(pf)手动刷新（注意：高版本 VS 可能不支持）；
不关闭文件也不刷新缓冲区，可能导致数据丢失（比如程序异常退出，缓冲区的数据没写到硬盘）。

最后：文件操作的核心步骤总结

不管是读还是写文件，都遵循以下 4 个步骤，按这个来就不会出错：

打开文件（fopen）→ 检查是否打开成功；
进行读写操作（顺序读写或随机读写）；
关闭文件（fclose）→ 指针置空（避免野指针）；
（可选）判断读写结果（比如是否读完、是否出错）。

C 语言文件操作看似知识点多，但核心逻辑很简单：就是 "打开 - 操作 - 关闭" 的流程，再记住几个常用函数和避坑点，就能轻松实现数据的持久化存储。