十、C语言文件与标准 I/O

思维导图

一、 printf 与 scanf：格式控制的艺术

1.1 格式化占位符：你真的会用吗？

printf 和 scanf 是 C 语言中最常用的函数，但也是最容易被误用的。

常用占位符速查表：

占位符	类型	说明	示例
%d	int	十进制整数	10
%f	double	浮点数 (默认6位小数)	3.141593
%c	char	单个字符	'A'
%s	char*	字符串 (遇 \0 止)	"Hello"
%p	void*	指针地址 (十六进制)	0x7ffee...
%x	unsigned int	十六进制整数	ff
%zu	size_t	sizeof 的结果	8

1.2 宽度与精度控制

语法： %[flags][width][.precision]type

代码示例：

double pi = 3.1415926535;
int num = 42;

// 1. 精度控制
printf("%.2f\n", pi); // "3.14" (保留2位小数，<font color="#006400">四舍五入</font>)

// 2. 宽度补零 (常用于日期)
printf("%04d\n", num); // "0042" (总宽4，<font color="#FF4500">不足补0</font>)

// 3. 左对齐
printf("%-10d|\n", num); // "42        |"

1.3 类型不匹配的风险

危险： 如果占位符和后面的参数类型不一致，或者参数数量不对，程序可能会输出乱码甚至崩溃。

long long big_num = 1234567890123;
printf("%d", big_num); // <font color="#FF0000">错误！</font>%d 只读 4 字节，可能会输出截断后的负数
printf("%lld", big_num); // <font color="#008000">正确</font>

二、 文件打开与关闭

2.1 fopen 的模式魔法

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

模式	含义	如果文件不存在	如果文件存在
"r"	只读	返回 NULL	正常打开
"w"	只写	创建新文件	清空原内容！
"a"	追加	创建新文件	在末尾添加
"r+"	读写	返回 NULL	覆盖原内容
"rb"	二进制读	(同 r)	(同 r)

2.2 标准流程模板

#include <stdio.h>

int main() {
    FILE *fp = fopen("data.txt", "r"); // 尝试打开
    
    // 1. 必须检查是否成功！
    if (fp == NULL) {
        perror("打开失败"); // 打印错误原因 (如 No such file)
        return 1;
    }
    
    // 2. 使用文件...
    
    // 3. 关闭文件 (释放资源)
    fclose(fp);
    return 0;
}

三、 文本读写：fgets 与 fputs

处理文本文件如日志、配置、CSV时，按行读取是最常用的模式。

3.1 统计行数代码

FILE *fp = fopen("story.txt", "r");
if (!fp) return 1;

char buffer[1024];
int lines = 0;

// fgets 读取一行，遇到换行符或文件结束停止
while (fgets(buffer, sizeof(buffer), fp) != NULL) {
    // 这里可以处理 buffer，比如 printf("%s", buffer);
    lines++;
}

printf("总行数: %d\n", lines);
fclose(fp);

注意： fgets 会把换行符 \n 也读进来。如果不想打印空行，通常需要手动去除。

四、 二进制读写：fread 与 fwrite

处理图片、音频或自定义数据结构时，必须用二进制模式（"rb" / "wb"），否则换行符转换会破坏数据。

4.1 批量读写数组

写入：

int data[] = {10, 20, 30, 40, 50};
FILE *fp = fopen("data.bin", "wb"); // <font color="#FF4500">注意 wb</font>
// 参数：数据地址, 元素大小, 元素个数, 文件指针
fwrite(data, sizeof(int), 5, fp);
fclose(fp);

读取：

int buffer[5];
FILE *fp = fopen("data.bin", "rb"); // <font color="#FF4500">注意 rb</font>
// 返回值是成功读取的"块"数
size_t count = fread(buffer, sizeof(int), 5, fp);
if (count != 5) {
    printf("读取不完整或出错\n");
}
fclose(fp);

4.2 结构体序列化的风险

警告： 直接 fwrite 一个结构体到文件，在另一台电脑上读出来可能会乱码。
原因：

1.内存对齐： 不同编译器填充的字节可能不同。

2. 字节序： 大端机和小端机存储整数的顺序相反。

工程对策： 定义严格的协议，逐个字节序列化，而不是直接 dump 内存。

五、 错误处理：errno 与 perror

当系统调用（如打开文件、申请内存）失败时，操作系统会把错误代码存在全局变量 errno 中。

5.1 perror：让错误会说话

不要只打印 "Error"，要告诉用户为什么错了。

#include <errno.h> // 包含 errno
#include <string.h>

FILE *fp = fopen("不存在的文件.txt", "r");
if (fp == NULL) {
    // 写法 A: 自动打印 "前缀: 错误描述"
    perror("无法打开配置文件"); 
    
    // 写法 B: 手动获取错误字符串
    // printf("错误代码: %d, 描述: %s\n", errno, strerror(errno));
}

输出示例： 无法打开配置文件: No such file or directory

六、 练习题

题目 1： printf("%5d", 10) 会输出什么（用空格表示）？

题目 2： scanf("%d", &num) 的返回值代表什么？

题目 3： 如果用 "w" 模式打开一个已经存在且有内容的文件，会发生什么？

题目 4： fgets 读取文件时，什么时候会停止？（列举两种情况）

题目 5： 为什么在 Windows 上处理二进制文件必须加 b 模式？

题目 6： feof(fp) 是用来预测 文件结束，还是确认文件结束？

题目 7： 下面代码有什么问题？

while (!feof(fp)) {
    fgets(buf, 100, fp);
    printf("%s", buf);
}

题目 8： fflush(stdin) 是标准行为吗？

题目 9： 如何将标准输出（stdout）重定向到一个文件？

题目 10： fread 返回 0 一定代表文件读完了吗？

题目 11： 结构体中有指针成员 char *name，直接 fwrite 这个结构体能保存名字内容吗？

题目 12： fprintf(stderr, ...) 和 printf(...) 有什么区别？

题目 13： 什么是文件缓冲区？

题目 14： 如何删除一个文件？

题目 15： 打开文件后忘记 fclose 会有什么后果？

七、 解析

题 1 解析
答案： " 10" (三个空格+10)。
详解：

%5d 表示最小宽度为 5，右对齐，不足补空格。

题 2 解析
答案： 成功读取并赋值的变量个数。
详解：

这是一个重要的检查点。如果用户输入字母，scanf 读不了整数，返回 0。

题 3 解析
答案： 原文件内容被**瞬间清空**。
详解：

"w" 是破坏性极强的模式。如果只是想看，一定要用 "r"。

题 4 解析
答案： 1. 读满了 n-1 个字符；2. 遇到了换行符 \n（或 EOF）。

题 5 解析
答案： 防止换行符转换。
详解：

Windows 会把 \n (0x0A) 存成 \r\n (0x0D 0x0A)。读取时反之。二进制数据（如 JPG）里可能恰好有 0x0A，如果被转义，图片就坏了。

题 6 解析
答案： 确认。
详解：

只有当读取函数（如 fgetc/fgets）试图读取并失败后，feof 才会变成真。

题 7 解析
答案： 最后一行会打印两次。
详解：

经典错误。最后一次 fgets 失败（读到 EOF），buf 内容没变，但循环还在继续打印旧的 buf。正确写法是 while(fgets(...) != NULL)。

题 8 解析
答案： 不是。
详解：

C 标准只定义了 fflush(输出流)。清空输入缓冲区应使用循环 getchar。

题 9 解析
答案： freopen("out.txt", "w", stdout); 或在命令行用 > out.txt。

题 10 解析
答案： 不一定。
详解：

也可能是出错了（Error）。需要检查 ferror(fp)。

题 11 解析
答案： 不能。
详解：

只保存了指针的值（一个地址），而不是字符串内容。下次读回来这个地址早就无效了。这叫**"浅拷贝"**。

题 12 解析
答案：

stdout 是带缓冲的，通常用于正常输出。
stderr 是无缓冲的，用于报错，即使程序崩溃也能立即显示。

题 13 解析
答案： 内存里的一块区域。数据先攒在缓冲区，满了一起写入磁盘，为了减少 IO 次数提高效率。

题 14 解析
答案： remove("filename.txt");。

题 15 解析
答案：

1. 资源泄露（文件句柄耗尽）。
2. 数据丢失（缓冲区里的数据还没刷入磁盘）。

日期：2025年2月14日

专栏：C语言