C语言进阶-文件操作超详解

Qingke
167 阅读18分钟

本文已参与「新人创作礼」活动，一起开启掘金创作之路

目录

为什么使用文件

什么是文件

分类（从文件功能的角度）

文件名

文件的打开和关闭

文件指针

fopen和fclose函数

打开方式表

文件的顺序读写

顺序读写函数表

什么是输入输出流

fgetc/fgetc-字符读写函数

fgets/fputs-字符串读写函数

fscanf/fprintf-格式化读写函数

sscanf/sprintf函数

scanf/printf、fscanf/fprintf、sscanf/sprintf函数对比

fread/fwrite-数据块读写函数

文件的随机读写

fseek函数

ftell函数

rewind函数

文本文件和二进制文件

分类(根据数据的组织形式)

数据在内存中的存储形式

文件读取结束的判断

feof函数

ferror函数

读取结束判断方向 

文件缓冲区

前言

本章主要讲解：

  1. 掌握C语言的文件操作和使用
  2. 文件操作各种函数的基本使用

为什么使用文件

在前前篇文章中我们写了通讯录，拥有文件操作功能的通讯录可以让数据持久化

即在通讯录下一次运行时，在通讯录中我们之前所录入的数据依然存在，只有当我们主动删除数据时数据才不存在

注：使用文件我们可以将数据直接存放在电脑的硬盘上，做到了数据的持久化

什么是文件

  • 概念：

磁盘上的文件

分类（从文件功能的角度）

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 ）

数据文件

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

注：这里的输入输出是以终端为主体的，输出即把数据输到磁盘上，输入即把数据从磁盘上把数据读取到内存

文件名

  • 文件名包含3部分：

文件路径+文件名主干+文件后缀（以便用户识别和引用）

  • 例如：

c:\code\test.txt

注：文件标识常被称为文件名

文件的打开和关闭

文件指针

  • 概念：

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，该结构体类型是有系统声明的，取名FILE

  • 示例：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;
  • 注意：
  1. 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
  2. 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）
  3. 一般都是通过一个FILE的指针来维护这个FILE结构的变量（使用方便）
  • 示例：创建一个FILE*的指针变量
FILE* pf;//文件指针变量

注：通过文件指针变量能够找到与它关联****的文件

  • 示图：

fopen和fclose函数

  • 概念：

文件在读写之前应该先 打开文件（使用fopen函数） ，在使用结束之后应该 关闭文件（使用fclose函数）

注：在打开文件的同时，都会返回一个 FILE* 的指针变量指向该文件，相当于建立了指针和文件的关系

  • 示例：
//打开文件
FILE * fopen ( const char * filename，//文件名 
const char * mode//打开方式
 );
//关闭文件
int fclose ( FILE * stream //文件指针
);

打开方式表

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出错
“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，建议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

注："r"表示read（读取数据）；"w"表示write（写入数据）；"a"表示append（在文件尾部追加数据）；"+"表示对文件可读可写；"t"表示文本文件（一般省略）；"b"表示二进制文件（注：未指明类型默认为文本文件）

一般来说，学会熟练操作前三个就行了

示例：

/* fopen fclose example */
#include <stdio.h>
int main ()
{
  FILE * pFile;
  //打开文件
  pFile = fopen ("myfile.txt","w");
  //文件操作
  if (pFile!=NULL)
 {
    fputs ("fopen example",pFile);
    //关闭文件
    fclose (pFile);
 }
  return 0; 
 }

文件的顺序读写

顺序读写函数表

功能函数名适用于
字符输入函数fgetc所有输入流
字符输出函数fputc所有输出流
文本行输出函数fgets所有输入流
文本行输出函数fputs所有输出流
格式化输入函数fscanf所有输入流
格式化输出函数fprintf所有输出流
二进制输入fread文件
二进制输出fwrite文件

注：使用这些函数要包含头文件 <stdio.h>

什么是输入输出流

  • 输入流：

把数据从其他设备上读取到内存中的流

  • 输出流：

把数据从内存中写出到其他设备上的流

  • 关于流示图：

  • 注意：

只要运行C语言程序就默认打开了3个流：
stdin：标准输入流（对应键盘）
stdout：标准输出流（对应屏幕）
stderr：标准错误流（对应屏幕）
注：这3个流的类型都为 FILE* 型的流的文件指针

fgetc/fgetc-字符读写函数

  • 定义：
int fputc( int c,//字符（或者对应ASCII码值）
 FILE *stream //文件指针（或者流）
);
int fgetc( FILE *stream );
  • 注意：
  1. fputc函数的功能为向一个流中输出字符，返回类型为 int 型，当函数输出字符成功，则返回字符相应的ASCII码值，当输出失败，则返回EOF
  2. fgetc函数可从文件流中获取字符，返回类型为 int 型，当函数输入字符成功，则返回字符相应的ASCII码值，当失输入失败，则返回EOF

注：每当函数运行一次后，流（标准输入流或者文件流）的指针就会指向读取内容后一个空间的首地址

  • 示例：
	//创建并打开文件
	FILE* pf = fopen("test.txt", "w");//以读的方式打开文件
	//注:若文件中原本就有test.txt文件，则不用再创建了，若没有，则将会先创建该文件后再以相应的方式打开文件
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen:");
		return;
	}
	char ch;
	//fgetc(stdin)==getchar()
	while ((ch = fgetc(stdin)) != EOF)
	{
		//输出到文件流中
		fputc(ch, pf);
	}

	//读取数据
	while (ch = fgetc(pf) != EOF)
	{
		//putchar(ch)==fputc(ch,stdout)
		putchar(ch);
	}
  • 特别注意：

fgetc(stdin)==getchar();

putchar(ch)==fputc(ch,stdout);

fgets/fputs-字符串读写函数

  • 定义：
char *fgets( char *string, int n, FILE *stream );

int fputs( const char *string, FILE *stream );
  • 注意：
  1. fgets函数功能为从流中读取一个字符串到相应的存储位置；第一个参数为获取到字符串的存储的位置；第二个参数为要读取的字符串最大字符数；第三个参数为要读取文件的文件指针（文件流），若函数读取成功，则返回储存字符串位置的地址，否则返回NULL（遇到文件末尾结束/遇到错误）
  2. fputs函数功能是将一个字符串输出到一个流中，函数的第一个参数为被写入的字符串（首地址），第二个参数为一个流，函数的返回值为 int 型，当函数写入成功，则返回一个正数，否则返回EOF
  • 示例：
int main()
{
	FILE* pf = fopen("data.txt", "w");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	char str[] = "Hello world!";
	fputs(str, pf);
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

int main()
{
	FILE* pf = fopen("data1.txt", "r");//以读的方式打开文件
	if (pf == NULL)
    {
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	char str[20] = { 0 };
	fgets(str, 5, pf);//将文件中的字符串读入到arr中
	                  //注：这里读取的为5个字节，其中包含字符'\0'
    printf("%s\n", arr);//打印出读取后的字符串
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}
  • 特别注意：

fgets(str, stdin)==gets(str);
fputs(str, stdout)==puts(str);

fscanf/fprintf-格式化读写函数

  •  定义：
int fscanf( FILE *stream, const char *format [, argument ]... );
int fprintf( FILE *stream, const char *format [, argument ]...);
  • 注意：
  1. fscanf函数功能为将格式化的数据获取到目标流中，函数的第一个参数为一个文件流（输入源流），第二个参数输入的参数形式（可以有多个），函数的第三个参数为输入数据的目标地
  2. fprintf函数功能为将格式化的数据输出到目标流中，函数的第一个参数为一个文件流（目标流），第二个参数输入的参数形式（可以有多个），函数的第三个参数为输入数据的源地
  • 示例：
//学生信息
struct student
{
	char name[20];
	char sex[5];
	int age;
	int score;
};
//花名册
struct Register
{
	struct student data[5];
	int num;
}stu;num=0;
void ioinfo(char* str, char* way,struct Register*ptr)
{
	//打开文件
	FILE* pf = fopen(str, way);
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen:");
		return;
	}
	//载入数据到内存
	for (int i = 0; i < ptr->num; i++)
	{
		fscanf(pf, "%s %s %d %d",&ptr->data[i].name, &ptr->data[i].sex, &ptr->data[i].age, &ptr->data[i].score);
	}
	//展示数据
	for (int i = 0; i < ptr->num; i++)
	{
		printf("%s %s %d %d", ptr->data[i].name, ptr->data[i].sex, ptr->data[i].age, ptr->data[i].score);
	}
	//写入数据
	printf("输入写入学生数据个数\n");
	scanf("%d", &ptr->num);
	for (int i = 0; i < ptr->num; i++)
	{
		scanf("%s %s %d %d", &ptr->data[i].name, &ptr->data[i].sex, &ptr->data[i].age, &ptr->data[i].score);
	}
	//输入数据到文件
	for (int i = 0; i < ptr->num; i++)
	{
		fprintf(pf, "%s %s %d %d", &ptr->data[i].name, &ptr->data[i].sex, &ptr->data[i].age, &ptr->data[i].score);
	}
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return;
}
  • 特别注意：

fscanf(stdin, "%d", &i)==scanf("%d",&i);
fprintf(stdout, "%d", i)==printf("%d",i);

sscanf/sprintf函数

  • 定义：
int sprintf( char *buffer, const char *format [, argument] ... );
int sscanf( const char *buffer, const char *format [, argument ] ... );
  • 注意:
  1. sprintf函数能够将一个格式化的数据以字符串的形式写入到目标地址 buffer 中，函数的第一个参数为转换为字符串的目标地址，第二个参数参考 fprintf 或 printf 函数（三者的此参数一样）
  2. sscanf函数的功能是能够从字符串 ( buffer ) 中读取格式化的数据，第一个参数为被读取字符串的地址，第二个参数参考fscanf或scanf函数
  • 示例：
struct S
{
	char name[20];
	int age;
	char sex[5];
};
int main()
{
	struct S s = { "张三",18,"男" };
	char buf[100] = { 0 };
	sprintf(buf, "%s %d %s", s.name, s.age, s.sex);
	printf("%s\n", buf);

	struct S s1 = { 0 };
	sscanf(buf, "%s %d %s", s1.name, &(s1.age), s1.sex);
	printf("%s %d %s", s1.name, s1.age, s1.sex);
	return 0;
}

注：其实这与sscanf/sprintf函数与fscanf/fprintf函数非常相似，只是一个是输入输出到字符数组中，一个是输入输出到文件流中

scanf/printf、fscanf/fprintf、sscanf/sprintf函数对比

  • scanf/printf:

格式化的I/O函数，针对的是标准输入流和输出流

  • fscanf/fprintf:

格式化的I/O函数，针对的是所有输入流和输出流

  • sscanf/sprintf:

在字符串中提取可格式化的数据输入，把格式化的数据转化为字符串输出

fread/fwrite-数据块读写函数

  • 定义：
size_t fread( void *buffer, size_t size, size_t count, FILE *stream );
size_t fwrite( const void *buffer, size_t size, size_t count, FILE *stream );
  • 注意：
  1. fwrite函数功能为将数据以二进制的形式输出到目标流中，第一个参数为一个指针（输出数据的源地地址），第二个参数为每次输出数据的字节大小，第三个参数为最大的输出次数，第四个参数为数据输出的目标流，返回实际输出的完整次数
  2. fread函数功能为将数据以二进制的形式从源流输入到目标地址，第一个参数为一个指针（输入数据的目标地址），第二个参数为每次输入数据的字节大小，第三个参数为最大的输入次数，第四个参数为数据输入的源流，返回实际输入完整次数
  • 示例:
//通讯录（输入输出数据）

//加载通讯录数据
void LoadContact(struct Contact*p)
{
	//rb：以只读的方式打开一个二进制文件
	FILE* pf = fopen("contact.txt","rb");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("Loadcontact");
		return;
	} 
	//暂时保存数据
	struct Peoinfo tmp = { 0 };
	//fread:二进制输入（输入的数据完整则返回1，否则返回0）
	while (fread(&tmp, sizeof(struct Peoinfo), 1, pf))
	{
		//输入时判断是否需要增容
		CheakContact(p);
		p->data[p->sz] = tmp;
		p->sz++;
	}
	//释放
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return;
}

//保存通讯录数据
void SaveContact(struct Contact* p)
{
	//fopen函数：找到指定文件并返回文件的地址
	//wb:以只写的方式打开(为了输出数据，打开一个二进制文件)
	FILE* pf = fopen("contact.txt", "wb");
	if (pf == NULL)
	{
		//打开失败则打印错误信息
		perror("SaveContact");
		return;
	}
	for (int i = 0; i < p->sz; i++)
	{
		//fwrite：二进制输出
		fwrite(p->data+i, sizeof(struct Peoinfo), 1, pf);
	}
	//用完pf后进行释放
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return;
}

文件的随机读写

fseek函数

  • 作用：

根据文件指针的位置和偏移量来定位文件指针

注：每当读取文件的数据时，文件指针会指向下一个空间地址

  • 定义:
int fseek ( FILE * stream, long int offset, int origin );
  • 注意：

第一个参数为文件流，第二个为偏移位置大小，第三个参数为起始位置

  • 规定：

文件开始位置：SEEK_SET（offset取值为正）

文件当前位置：SEEK_CUR（offset取值可正可负）

文件结束位置：SEEK_END（offset取值为负）

  • 示例：
/* fseek example */
#include <stdio.h>
int main ()
{
  FILE * pFile;
//相对路径（在当前文件中查找和创建）
  pFile = fopen ( "example.txt" , "wb" );
  fputs ( "This is an apple." , pFile );
  fseek ( pFile , 9 , SEEK_SET );
  fputs ( " sam" , pFile );
  fclose ( pFile );
  return 0; 
}
  • 结果：

ftell函数

  • 作用：

返回文件指针相对于起始位置的偏移量

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

rewind函数

  • 作用：

让文件指针的位置回到文件的起始位置

  • 定义：
void rewind ( FILE * stream );
  • 示例：
/* rewind example */
#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);
//回到起始位置，再进行读取
  rewind (pFile);
  fread (buffer,1,26,pFile);
  fclose (pFile);
//读取后不会添加'\0'（用puts需要结束符）
  buffer[26]='\0';
  puts (buffer);
  return 0; 
}

文本文件和二进制文件

分类(根据数据的组织形式)

二进制文件

数据在内存中以二进制的形式存储，不加转换的输出到外存如果要求在外存上以（看不懂，需要使用二进制编译器阅读才能看得懂）

文本文件

以ASCII码的形式存储，需要在存储前转换（可以看得懂）

数据在内存中的存储形式

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

  • 示例：整数10000

#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; 
}

文件读取结束的判断

feof函数

作用：用于判断是否为遇到文件末尾结束（如果文件指针为文件末尾则返回非零，否则返回零）

ferror函数

作用：用于判断是否遇到错误而读取失败结束（如果遇到错误返回非零，否则返回零）

读取结束判断方向 

文本文件读取是否结束，判断返回值是否为 EOF （ fgetc ），或者 NULL （ fgets ）

  • 例如：

fgetc 判断是否为 EOF 

fgets 判断返回值是否为 NULL 

二进制文件的读取结束判断，判断返回值是否小于实际要读的个数

  • 例如：

fread 判断返回值是否小于实际要读的个数

  • 示例1：文本文件
#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);
}
  • 示例2：二进制文件
#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);
}

文件缓冲区

  • 概念：

ANSIC 标准采用 “ 缓冲文件系统 ” 处理的数据文件的，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）

注：缓冲区的大小根据C 编译系统决定的

  •  示例：可以自行测试
#include <stdio.h>
#include <windows.h>
//VS2013 WIN10环境测试
int main()
{
 FILE*pf = fopen("test.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test.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test.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; 
}
  • 结论：

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的时候关闭文件（如果不做，可能导致数据丢失）

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