搞定嵌入式文件读写！16 个核心函数 + 二进制 / 文本文件实战指南

小杨同学66
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【嵌入式 C 语言实战】文件操作完全指南：从基础函数到实战案例

大家好，我是学嵌入式的小杨同学。在嵌入式开发中，文件操作是实现数据持久化的核心手段 —— 程序运行时的临时数据（如传感器采集值、设备配置参数、日志记录），只有通过文件存储到硬盘或闪存中，才能实现永久保存。今天就结合资料，系统讲解 Linux 环境下 C 语言文件操作的核心知识点、常用函数和嵌入式实战案例，帮你彻底掌握文件读写技巧。

一、文件操作的核心基础

1. 为什么需要文件操作？

嵌入式程序运行时，数据默认存储在 RAM（运行内存）中，断电后会丢失。文件操作的核心作用，就是将数据从 RAM 写入存储设备（硬盘、SD 卡、闪存），实现 “临时数据→永久存储” 的转换，典型场景包括：

  • 保存设备配置参数（如串口波特率、IP 地址）；
  • 记录传感器采集的历史数据（如温度、湿度日志）；
  • 存储程序运行日志（便于调试和问题追溯）。

2. 文件的两种存储形式

文件存储分为两种形式，适用于不同场景：

  • 文本文件（ASCII 码形式）：以字符为单位存储，可通过记事本直接查看（如.txt文件），可读性强，适合存储日志、配置项等需人工查看的数据；
  • 二进制文件：以字节为单位存储原始数据，记事本打开显示为乱码，需专用工具解析，优点是存储效率高、读写速度快，适合存储传感器原始数据、二进制固件等。

3. 文件操作的两种方式

C 语言文件操作分为两类，核心区别在于是否使用缓冲区：

  • 缓冲式文件操作（标准库函数）：数据先写入缓冲区，缓冲区满后再写入文件（或读取时先填满缓冲区），优点是数据安全（减少 IO 次数），缺点是速度稍慢，本文重点讲解这类操作（如fopen、fread、fwrite）；
  • 非缓冲式文件操作（系统调用）：直接操作文件描述符，无缓冲区，速度快但数据安全性低，适合对实时性要求极高的场景（如高频数据采集）。

4. 文件操作的通用步骤

无论哪种文件操作，都遵循 “打开→读写→关闭” 的流程，这是保证数据安全和程序稳定的关键：

  1. 打开文件：建立程序与文件的连接（通道），获取文件操作指针；
  2. 读写操作：通过文件指针执行读（从文件到程序）或写（从程序到文件）操作；
  3. 关闭文件：断开程序与文件的连接，释放资源，必须执行（否则可能导致数据丢失或文件损坏）。

二、核心文件操作函数详解（附实战代码）

文件操作的核心是标准库函数（需包含<stdio.h>头文件），下面按 “打开→读写→光标操作→关闭” 的流程，讲解最常用的 16 个函数，每个函数都附参数说明和实战示例。

1. 打开文件：fopen（核心入口函数）

函数原型

c

运行

FILE *fopen(const char *pathname, const char *mode);
核心参数
  • pathname：文件路径 + 文件名（如"data/log.txt"、"/mnt/sdcard/config.bin"）；
  • mode：打开方式（决定文件操作权限），常用方式如下：
打开方式权限说明若文件不存在适用场景
r只读报错（返回 NULL）读取已存在的文本 / 二进制文件
w只写创建新文件，覆盖原有文件新建或重写文件
a追加写创建新文件向文件末尾添加数据（如日志）
r+读写报错读取并修改已存在的文件
w+读写创建新文件，覆盖原有文件新建文件并读写
a+读写创建新文件追加数据同时支持读取
返回值
  • 成功：返回FILE*类型的文件指针（后续所有操作都依赖该指针）；
  • 失败：返回NULL（需通过perror函数查看失败原因）。
实战示例

c

运行

#include <stdio.h>

int main() {
    // 以“追加写”方式打开文本文件，不存在则创建
    FILE *fp = fopen("data/log.txt", "a");
    if (fp == NULL) {
        perror("fopen error");  // 打印失败原因（如目录不存在、权限不足）
        return -1;
    }
    // 后续操作...
    fclose(fp);  // 必须关闭文件
    return 0;
}

2. 关闭文件：fclose（资源释放关键）

函数原型

c

运行

int fclose(FILE *stream);
核心参数
  • stream：fopen返回的文件指针。
返回值
  • 成功：返回 0；
  • 失败：返回 - 1（如文件已被关闭）。
注意事项
  • 文件操作完成后必须调用fclose，否则缓冲区数据可能无法写入文件，导致数据丢失；
  • 关闭后的文件指针不可再使用，建议置为NULL（如fp = NULL），避免野指针。

3. 字符级读写：fputc（写字符）、fgetc（读字符）

适用于文本文件的逐字符读写，操作粒度小，灵活度高。

fputc（写字符）
  • 函数原型：int fputc(int c, FILE *stream);
  • 功能：将单个字符c写入文件；
  • 返回值：成功返回写入的字符，失败返回 - 1。
fgetc（读字符）
  • 函数原型：int fgetc(FILE *stream);
  • 功能：从文件中读取单个字符；
  • 返回值：成功返回读取的字符，到达文件末尾返回EOF（宏定义，值为 - 1）。
实战示例：逐字符读写文本文件

c

运行

// 写字符到文件
void write_char() {
    FILE *fp = fopen("test.txt", "w");
    if (fp == NULL) { perror("fopen"); return; }
    char str[] = "Hello, Embedded!";
    for (int i = 0; str[i] != '\0'; i++) {
        fputc(str[i], fp);  // 逐字符写入
    }
    fclose(fp);
    printf("字符写入完成\n");
}

// 从文件读字符
void read_char() {
    FILE *fp = fopen("test.txt", "r");
    if (fp == NULL) { perror("fopen"); return; }
    char c;
    printf("读取结果：");
    while ((c = fgetc(fp)) != EOF) {  // 读到EOF结束
        printf("%c", c);
    }
    printf("\n");
    fclose(fp);
}

4. 字符串级读写：fputs（写字符串）、fgets（读字符串）

适用于文本文件的字符串读写，比字符级操作更高效。

fputs（写字符串）
  • 函数原型：int fputs(const char *s, FILE *stream);
  • 功能：将字符串s（不含'\0'）写入文件；
  • 返回值：成功返回非负整数，失败返回 - 1。
fgets（读字符串）
  • 函数原型：char *fgets(char *s, int size, FILE *stream);
  • 功能：从文件读取最多size-1个字符到字符串s，自动添加'\0'；
  • 参数说明：size为字符串缓冲区大小（避免溢出）；
  • 返回值：成功返回s的首地址，到达文件末尾返回NULL。
实战示例：字符串读写

c

运行

// 写字符串到文件
void write_str() {
    FILE *fp = fopen("log.txt", "a");
    if (fp == NULL) { perror("fopen"); return; }
    char log[] = "2026-01-16: 设备启动成功\n";
    fputs(log, fp);  // 追加写入日志
    fclose(fp);
}

// 从文件读字符串
void read_str() {
    FILE *fp = fopen("log.txt", "r");
    if (fp == NULL) { perror("fopen"); return; }
    char buf[1024];
    while (fgets(buf, sizeof(buf), fp) != NULL) {  // 逐行读取
        printf("%s", buf);
    }
    fclose(fp);
}

5. 块数据读写：fwrite（写块）、fread（读块）

适用于二进制文件（也可用于文本文件），按 “数据块” 读写，效率最高，是嵌入式开发的首选。

fwrite（写块数据）

  • 函数原型：size_t fwrite(const void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);

  • 功能：将ptr指向的块数据写入文件；

  • 参数说明：

    • ptr：待写入数据的首地址（任意类型，故为void*）；
    • size：单个数据块的大小（如sizeof(int)、sizeof(struct SensorData)）；
    • nmemb：数据块的个数；

  • 返回值：成功写入的数据块个数，失败返回 0。

fread（读块数据）
  • 函数原型：size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);
  • 功能：从文件读取nmemb个大小为size的数据块到ptr；
  • 返回值：成功读取的数据块个数，到达文件末尾返回 0。
实战示例：二进制文件读写（存储传感器数据）

c

运行

// 定义传感器数据结构体
typedef struct {
    int temperature;  // 温度
    int humidity;     // 湿度
    long timestamp;   // 时间戳
} SensorData;

// 写传感器数据到二进制文件
void write_binary() {
    SensorData data = {25, 60, 1736992800};  // 温度25℃，湿度60%，时间戳
    FILE *fp = fopen("sensor.bin", "wb");  // "wb"：二进制写
    if (fp == NULL) { perror("fopen"); return; }
    // 写入1个大小为sizeof(SensorData)的数据块
    fwrite(&data, sizeof(SensorData), 1, fp);
    fclose(fp);
    printf("二进制数据写入完成\n");
}

// 从二进制文件读传感器数据
void read_binary() {
    SensorData data;
    FILE *fp = fopen("sensor.bin", "rb");  // "rb"：二进制读
    if (fp == NULL) { perror("fopen"); return; }
    // 读取1个数据块
    size_t ret = fread(&data, sizeof(SensorData), 1, fp);
    if (ret == 1) {
        printf("温度：%d℃，湿度：%d%，时间戳：%ld\n", 
               data.temperature, data.humidity, data.timestamp);
    } else {
        printf("读取失败或文件结束\n");
    }
    fclose(fp);
}

6. 格式化读写：fprintf（格式化写）、fscanf（格式化读）

适用于文本文件，支持格式化输入输出（类似printf、scanf），兼顾可读性和效率。

fprintf（格式化写）
  • 函数原型：int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...);
  • 功能：按格式化字符串format写入数据到文件；
  • 示例：fprintf(fp, "ID:%d, 温度:%d℃\n", 1, 25);
fscanf（格式化读）
  • 函数原型：int fscanf(FILE *stream, const char *format, ...);
  • 功能：按格式化字符串format从文件读取数据；
  • 示例：fscanf(fp, "ID:%d, 温度:%d℃\n", &id, &temp);
实战示例：格式化读写配置文件

c

运行

// 写配置文件（格式化）
void write_config() {
    FILE *fp = fopen("config.txt", "w");
    if (fp == NULL) { perror("fopen"); return; }
    int baudrate = 115200;  // 串口波特率
    int timeout = 5;        // 超时时间（秒）
    fprintf(fp, "baudrate:%d\n", baudrate);
    fprintf(fp, "timeout:%d\n", timeout);
    fclose(fp);
}

// 读配置文件（格式化）
void read_config() {
    FILE *fp = fopen("config.txt", "r");
    if (fp == NULL) { perror("fopen"); return; }
    int baudrate, timeout;
    // 按格式读取
    fscanf(fp, "baudrate:%d\n", &baudrate);
    fscanf(fp, "timeout:%d\n", &timeout);
    printf("波特率：%d，超时时间：%d秒\n", baudrate, timeout);
    fclose(fp);
}

7. 光标操作：rewind、fseek、ftell（定位读写位置）

文件读写时，光标（文件指针）决定了下一次读写的位置，通过以下函数可灵活控制光标：

rewind（光标重置到文件开头）
  • 函数原型：void rewind(FILE *stream);
  • 功能：将光标移动到文件起始位置，无返回值；
  • 示例：读取文件后，调用rewind(fp)可重新读取。
fseek（光标定位到指定位置）

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

  • 核心参数：

    • offset：偏移量（正数向右移动，负数向左移动）；
    • whence：起始位置（SEEK_SET= 文件开头，SEEK_CUR= 当前位置，SEEK_END= 文件末尾）；

  • 返回值：成功返回 0，失败返回 - 1；

  • 示例：fseek(fp, 10, SEEK_SET);（从文件开头向右移动 10 字节）。

ftell（获取光标位置）
  • 函数原型：long ftell(FILE *stream);
  • 功能：返回光标距离文件开头的字节数，可用于计算文件大小；
  • 示例：计算文件大小（光标移到末尾，获取偏移量）。
实战示例：计算文件大小

c

运行

long get_file_size(const char *filename) {
    FILE *fp = fopen(filename, "r");
    if (fp == NULL) { perror("fopen"); return -1; }
    fseek(fp, 0, SEEK_END);  // 光标移到文件末尾
    long size = ftell(fp);    // 获取偏移量（即文件大小）
    rewind(fp);               // 光标重置到开头（不影响后续操作）
    fclose(fp);
    return size;
}

// 调用示例
int main() {
    long size = get_file_size("sensor.bin");
    printf("文件大小：%ld字节\n", size);
    return 0;
}

8. 其他常用函数

  • feof：判断光标是否到达文件末尾（int feof(FILE *stream)），返回非 0 表示到达末尾；
  • perror：打印函数执行失败原因（void perror(const char *s)），如perror("fread")；
  • remove：删除文件（int remove(const char *pathname)），成功返回 0，失败返回 - 1。

三、嵌入式开发关键注意事项

  1. 路径适配：嵌入式设备的存储路径可能与 PC 不同（如 SD 卡挂载在/mnt/sdcard/），需根据设备修改文件路径，避免路径错误；
  2. 权限问题：嵌入式 Linux 中，文件读写需对应权限（如chmod 777 data/），否则fopen会返回NULL；
  3. 缓冲区刷新：缓冲式操作中，数据可能暂存于缓冲区，若需立即写入文件，可调用fflush(fp)强制刷新缓冲区；
  4. 内存安全：读取文件时，缓冲区大小需足够，避免数组溢出；动态分配的缓冲区使用后需释放；
  5. 二进制与文本模式区分：Windows 系统中，文本模式（r/w）会自动转换换行符（\n↔\r\n），二进制模式（rb/wb）不转换；Linux 系统无区别，但建议明确指定模式，提升代码可移植性；
  6. 异常处理：所有文件操作函数都需判断返回值（如fopen是否返回NULL、fwrite是否写入成功），避免异常导致程序崩溃。

四、总结

文件操作是嵌入式 C 语言的核心技能，核心要点可总结为：

  1. 流程固定：遵循 “打开→读写→关闭”，fclose不可省略；
  2. 函数选型：文本文件用fprintf/fscanf/fgets，二进制文件用fread/fwrite（效率最高）；
  3. 关键细节：注意文件路径、权限、缓冲区，做好异常处理；
  4. 嵌入式适配：根据设备存储路径和权限要求调整代码，优先使用二进制文件存储数据（节省内存和带宽）。

掌握这些文件操作技巧，就能轻松实现嵌入式设备的数据持久化，应对配置存储、日志记录、数据采集等常见场景。我是学嵌入式的小杨同学，关注我，后续会分享更多嵌入式实战技巧，一起进步！

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