C语言_文件操作

1. 为什么使用文件 ?

我们写的程序的数据是存储在电脑内存中的，如果程序退出，内存就会回收，数据就会丢失；如果我们不想丢失数据，想对数据进行持久化的保存，就要用到文件了

2. 什么是文件 ?

磁盘（硬盘）上的文件就是文件

在程序设计中，文件从文件功能上共分为俩种：程序文件、数据文件

程序文件：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：文件中是程序运行时读写的数据。有时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

文件名：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

3. 二进制文件和文本文件

根据数据的存储格式，数据文件分为文本文件和二进制文件两类

数据在内存中以二进制的形式存储，若不加转换的输出到外存的文件中，就是二进制文件；
如果在存储前转换为ASCII码，就是文本文件

那一个数据在文件中是如何存储的呢？
字母一律以ASCII形式储存，数值型数据既可以用ASCII形式存储，也可以用二进制形式存储，例如：
整数10000，如果以ASCII码形式输出到磁盘，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，则占4个字节

代码如下：

#include<stdio.h>
int main()
{
	int a=10000;
	FILE* pf=fopen(“test.txt”,'wb');
	fwrite(&a,4,1,pf);
	fclose(pf);
	pf=NULL;
	return 0;
}

打开方式如下：

4. 对文件的了解

4.1 流和标准流

流：
程序的数据有时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，为了方便我们对各种设备进行方便的操作，我们抽象除了流的概念。我们可以把流看成是流淌着字符的河。

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；要想向流里写写数据，或者从流中读取数据，要先打开流，再操作

标准流：
C语言程序在启动的时候，默认打开了三个流：

• 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的
• 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

这三个流的类型是FILE*，通常被称为文件指针

4.2 文件指针

缓冲文件系统中，关键的概念是“文件类型指针”，简称“文件指针”

每个被使用的文件都会在内存中开辟一个文件信息区，存放文件的相关信息。信息被保存在一个结构体变量中，该结构体类型由系统统一申明，取名FILE（不同的C编译器的FILE类型包含的内容不一定相同，但大同小异）
比如，VS2013编译环境提供的stdio.h头文件中的申明：

struct _iobuf {
 	char *_ptr;
 	int _cnt;
 	char *_base;
 	int _flag;
 	int _file;
 	int _charbuf;
 	int _bufsiz;
 	char *_tmpfname;
};
typedef struct _iobuf FILE;

每打开一个文件时，系统就会创建一个FILE结构的变量，自动填充此文件信息（使用者不用关心此细节）

一般我们通过一个FILE的指针维护FILE结构的变量，如：

FILE* pf;

我们可以通过文件指针变量间接找到与它关联的文件：

4.3 文件的打开和关闭

文件在读写前要先打开，使用后要关闭

ANSI C规定使用fopen函数打开文件，fclose关闭文件，函数形式如下：

FILE* fopen(const char* filename,const char * mode);// 返回指向该文件的文件指针
int fclose(FILE * stream);

mode表示文件的打开模式，如下：

#include<stdio.h>
int main()
{
	FILE* pfile;
	
	pfile=fopen("myfile.txt","w");
	
	if(pfile!=NULL)
	{
		fputs("fopen example",pfile);

		fclose(pfile);
	}
	return 0;
}

5. 文件的顺序读写

5.1 顺序读写函数

所有输入流指标准输入流和其他输入流（如文件输入流）；所有输出流指标准输出流和其他输出流（如文件输出流）

5.2 对比一组函数

6. 文件的随机读写

6.1 fseek

根据文件指针的位置和偏移量来定位文件指针（文件内容的光标）

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

示例：

#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;
}

6.2 ftell

返回文件指针相对于起始位置的偏移量

long int ftell(FILE * stream);

示例：

#include <stdio.h>
int main ()
{
 	FILE * pFile;
 	long size;
 	pFile = fopen ("myfile.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;
}

6.3 rewind

让文件指针的位置回到文件的起始位置

void rewind(FILE * stream);

示例：

#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;
}

7. 文件读取结束的判定

7.1 被错误使用的feof

foef 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遇到文件尾结束

所以在文件读取过程中，不能用 foef 函数的返回值来判断文件是否结束

7.2 正确判定方式

1、文本文件判定方式：判断返回值是否为EOF（fgetc），或者NULL（fgets）。如：

• fgetc判断是否为EOF
• fgets判断返回值是否为NULL

2、二进制文件判定方式：判断返回值是否小于实际要读的个数。如：

• fread判断返回值是否小于实际要读的个数

文本文件实例：

#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);
}

二进制文件实例：

#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);
}

8. 文件缓冲区

ANSIC标准采用 “ 缓冲文件系统 “ 处理数据文件，所谓缓冲文件系统就是系统自动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 ”。

从内存向磁盘输入数据会先送到内存中的缓冲区，装满缓冲区后再一起送到磁盘上

如果计算机向磁盘读入数据，则会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将数据送到程序数据区（程序变量等）

缓冲区的大小是根据C编译系统决定的

#include <stdio.h>
#include <windows.h>
//VS2022 WIN11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;
}

因为有缓冲区的存在，C语言在操作文件的时候，需要刷新缓冲区或在文件操作结束时关闭文件。如果不，可能会导致读写文件的问题