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引言
输入输出（I/O）操作是C语言程序与外部环境交互的重要手段。通过I/O操作，程序可以读取用户输入、访问文件系统以及输出结果到屏幕或文件。本篇文章将详细介绍C语言中的I/O操作，包括文件与目录操作、字符流与字节流、序列化与反序列化及新的I/O（NIO）等内容，帮助读者全面理解和掌握C语言中的I/O操作。
一、文件与目录操作
文件与目录操作是C语言中最常见的I/O操作之一。C语言提供了一组标准库函数，便于程序员对文件和目录进行创建、读写和删除等操作。
1. 打开与关闭文件
在C语言中，使用fopen函数打开文件，使用fclose函数关闭文件。文件可以以不同的模式打开，如读、写、追加等。
示例代码：
#include <stdio.h>
int main() {
FILE *file;
// 以读模式打开文件
file = fopen("example.txt", "r");
if (file == NULL) {
printf("无法打开文件\n");
return 1;
}
// 关闭文件
fclose(file);
return 0;
}
2. 文件读写操作
C语言中提供了多种文件读写函数，如fscanf、fprintf、fgets、fputs等。
示例代码：
#include <stdio.h>
int main() {
FILE *file;
char buffer[100];
// 写入文件
file = fopen("example.txt", "w");
if (file == NULL) {
printf("无法打开文件\n");
return 1;
}
fprintf(file, "Hello, world!\n");
fclose(file);
// 读取文件
file = fopen("example.txt", "r");
if (file == NULL) {
printf("无法打开文件\n");
return 1;
}
fgets(buffer, 100, file);
printf("读取到的内容: %s", buffer);
fclose(file);
return 0;
}
3. 文件定位与错误处理
C语言提供了文件指针定位函数（如fseek、ftell、rewind）及错误处理函数（如ferror和clearerr）。
示例代码：
#include <stdio.h>
int main() {
FILE *file;
long pos;
// 以读模式打开文件
file = fopen("example.txt", "r");
if (file == NULL) {
printf("无法打开文件\n");
return 1;
}
// 移动文件指针到文件末尾
fseek(file, 0, SEEK_END);
// 获取文件指针位置
pos = ftell(file);
printf("文件大小: %ld 字节\n", pos);
// 关闭文件
fclose(file);
return 0;
}
二、字符流与字节流
字符流和字节流是处理数据流的两种基本方式。字符流处理文本数据，而字节流处理二进制数据。
1. 字符流处理
字符流适用于处理文本文件，通过函数如fgetc、fputc、fgets、fputs等进行操作。
示例代码：
#include <stdio.h>
int main() {
FILE *file;
char ch;
// 以读模式打开文件
file = fopen("example.txt", "r");
if (file == NULL) {
printf("无法打开文件\n");
return 1;
}
// 逐字符读取文件
while ((ch = fgetc(file)) != EOF) {
putchar(ch);
}
// 关闭文件
fclose(file);
return 0;
}
2. 字节流处理
字节流适用于处理二进制文件，通过函数如fread和fwrite操作。
示例代码：
#include <stdio.h>
int main() {
FILE *file;
int buffer[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
// 写入二进制文件
file = fopen("data.bin", "wb");
if (file == NULL) {
printf("无法打开文件\n");
return 1;
}
fwrite(buffer, sizeof(int), 5, file);
fclose(file);
// 读取二进制文件
file = fopen("data.bin", "rb");
if (file == NULL) {
printf("无法打开文件\n");
return 1;
}
fread(buffer, sizeof(int), 5, file);
for (int i = 0; i < 5; i++) {
printf("buffer[%d] = %d\n", i, buffer[i]);
}
fclose(file);
return 0;
}
三、序列化与反序列化
序列化是将对象转换为字节流的过程，以便存储或传输数据；反序列化是将字节流转换为对象的过程。C语言通过自定义函数实现序列化和反序列化。
1. 序列化
序列化的目的是将数据结构转换为二进制格式，以便存储到文件或通过网络传输。
示例代码：
#include <stdio.h>
typedef struct {
int id;
char name[50];
} Person;
void serialize(Person *person, FILE *file) {
fwrite(person, sizeof(Person), 1, file);
}
int main() {
Person person = {1, "John Doe"};
FILE *file = fopen("person.dat", "wb");
if (file == NULL) {
printf("无法打开文件\n");
return 1;
}
serialize(&person, file);
fclose(file);
return 0;
}
在上面的示例代码中，我们定义了一个Person结构体，并通过serialize函数将其写入到二进制文件person.dat中。
2. 反序列化
反序列化的目的是将二进制格式的数据转换回原来的数据结构。
示例代码：
#include <stdio.h>
typedef struct {
int id;
char name[50];
} Person;
void deserialize(Person *person, FILE *file) {
fread(person, sizeof(Person), 1, file);
}
int main() {
Person person;
FILE *file = fopen("person.dat", "rb");
if (file == NULL) {
printf("无法打开文件\n");
return 1;
}
deserialize(&person, file);
fclose(file);
printf("ID: %d, Name: %s\n", person.id, person.name);
return 0;
}
在上面的示例代码中，我们通过deserialize函数从二进制文件person.dat中读取数据，并将其转换回Person结构体。
四、新的I/O（NIO）
新的I/O（NIO）是一种改进的I/O处理方式，通常通过第三方库实现。NIO提高了数据处理的性能和效率，尤其在大规模数据处理和网络应用中。然而，C语言标准库中不包含NIO实现，但可以借助操作系统提供的系统调用及第三方库（如libuv、Boost.Asio）实现NIO。
表格总结
文件与目录操作
| 操作 | 函数 | 示例 |
|---|---|---|
| 打开文件 | fopen |
file = fopen("example.txt", "r"); |
| 关闭文件 | fclose |
fclose(file); |
| 读写文本文件 | fscanf、fprintf、fgets、fputs |
fscanf(file, "%d", &num); |
| 文件定位 | fseek、ftell、rewind |
fseek(file, 0, SEEK_END); |
字符流与字节流
| 类型 | 操作 | 函数 | 示例 |
|---|---|---|---|
| 字符流 | 读取字符 | fgetc |
ch = fgetc(file); |
| 字符流 | 写入字符 | fputc |
fputc(ch, file); |
| 字符流 | 读取字符串 | fgets |
fgets(buffer, 100, file); |
| 字符流 | 写入字符串 | fputs |
fputs(buffer, file); |
| 字节流 | 读取字节 | fread |
fread(buffer, size, count, file); |
| 字节流 | 写入字节 | fwrite |
fwrite(buffer, size, count, file); |
序列化与反序列化
| 操作 | 函数 | 示例 |
|---|---|---|
| 序列化 | fwrite |
fwrite(person, sizeof(Person), 1, file); |
| 反序列化 | fread |
fread(person, sizeof(Person), 1, file); |
总结
输入输出（I/O）操作在C语言编程中占据重要地位，包括文件与目录操作、字符流与字节流处理，以及序列化与反序列化。通过深入理解和掌握这些I/O操作，程序员可以实现与外部环境的高效数据交互，为各种应用场景提供稳定可靠的解决方案。无论是文本文件的读写、二进制数据的处理，还是复杂数据结构的序列化和反序列化，这些I/O操作的掌握都对编写高效、健壮的C程序至关重要。
