【c语言中的文件操作】 - 指南

【C语言中的文件操作】

• 前言
• 一、为什么要使用文件？
• 二、什么是文件
• • 2.1程序文件
  • 2.2数据文件
  • 2.3文件名
• 三、二进制文件和文本文件
• 四、文件的打开和关闭
• • 4.1 流和标注流
  • • 4.1.1 流
    • 4.1.2标准流
  • 4.2 文件指针
  • 4.3文件的打开和关闭
• 五、文件的顺序读写
• • 5.1 顺序读写函数
• 六、文件的随机读写
• • 6.1 fseek
  • 6.2 ftell
  • 6.3rewind
• 七 文件读取结束的原因
• • 7.1 feof和ferror
• 八、文件缓冲区
• 总结

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前言

本章将详细介绍C语言中有关文件操作及其相关函数：

我们通常在操作系统中把数据储存在一个个小文件里，以此便于分类和后期查看，如何去理解操作系统分装文件的行为，怎样更加方便灵活地操作这些文件，在本章会一一向大家介绍。

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一、为什么要使用文件？

如果没有文件，我们写的程序的数据是储存在电脑内存中的，如果程序退出内存收回，数据就会丢失，等再次运行程序是找不到上回的程序数据的，需要用文件将数据进行持久化

二、什么是文件

磁盘（硬盘）上的文件就是文件。在程序设计中，我们一般谈的文件有两种：程序文件和数据文件（从文件的功能角度来分类的）

2.1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）

2.2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，比如程序运行时需要从中读取输入内容或者输出内容的文件。
在以前各章处理数据的输入输出都是以终端为对象的。即从终端的键盘输入数据，运行结果输出到显示器上。但有时候我们会把信息输出到磁盘上，当需要的时候再从磁盘上读取到内存中使用；
这时候处理的就是磁盘上的文件。

本章我们讨论的就是数据文件

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2.3文件名

文件名包括三部分：文件路径+文件名主干+文件后缀
例如：c:\code\text.txt
文件路径c:\code\ 文件名主干 text 文件后缀 txt
一个文件要有一个唯一的文件标志，以便用户识别和引用

三、二进制文件和文本文件

根据数据的组织形式，数据文件被称为文本文件或者二进制文件
数据在内存中以二进制的形式存储，如果不加转换的输出到外存的文件中，就是二进制文件
如果要求在外存上以ASCLL码值的形式存储，则需要在存储前转换。以ASCLL码字符的形式存储的就是文本文件

一个数据在文件中是怎么进行存储的？
如是字符一律以ASCLL型存储，数据型数据可以以ASCLL形式存储，也可以以二进制形式存储。

如有一个整数10000，如果以ASCLL码的形式输出到磁盘，则磁盘中占用5个字节（每个字符都占用一个字节）；以二进制形式输出，则在磁盘上只占4个字节（VS2022测试）

代码示例

int main()
{
int a = 10000;
//以文本文件存储
FILE* pf = fopen("text.txt", "w");
fputs("10000", pf);
fclose(pf);
pf = NULL;
//以二进制的形式存储
FILE* pf2 = fopen("text2.txt", "wb");
fwrite(&a, sizeof(int), 1, pf2);
fclose(pf2);
pf2 = NULL;
return 0;
}

以文本文件存储，直接以字符形式存储：

以二进制文件存储，要以二进制编辑器打开：

以十六进制小端存储形式显示出来了：

四、文件的打开和关闭

4.1 流和标注流

4.1.1 流

我们程序的数据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又各不相同，为了方便程序员对各种设备进行方便的操作，我们就抽象出了流的概念。
C语言程序对文件，画面。键盘等的数据操作都是通过流来操作的。一般情况下，我们想要向流里面写入数据或读取数据，都是先打开流，再进行操作。

4.1.2标准流

为什么我们从键盘中输入，向屏幕上输出没有打开流呢？
那是因为C语言程序在启动的时候，就默认打开了了三个流：

• stdin-标准输入流，在大多数环境中从键盘输入，scanf 函数就是从标准输入流中读取数据。
• stdout-标准输出流,大多数环境中输出到显示器界面，printf函数就是将信息输出到标准输出流中。
• stderr-标准错误流，大多数环境下显示到显示器界面

这就是默认打开了三个流，我们使用scanf,printf等函数就可以直接进行输入输出操作。

4.2 文件指针

• 缓冲文件系统中，关键的概念就是“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了一个文件信息区，用来存放文件相关的信息（如文件名字，文件状态及文件当前的位置等）。这些信息都是保存在一个结构体变量中的。该结构体类型是由系统声明的，取名为FILE* 。

• 不同的c编译器的FILE类型包含的内容不同，但是大同小异
• 每当打开一个文件时候，系统就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，使用者不必关心其中的细节。
• 一般都是通过FILE的指针来维护FILE结构的变量，这样使用起来更加的方便

定义一个pf指针，这个pf是指向FILE类型数据的指针变量，可以使pf指向某个文件的文件信息区（一个结构体变量）。而通过文件信息区可以访问该文件。也就是说通过pf指针就可以访问该文件。即通过文件指针变量就以间接访问找到与它关联的文件。

4.3文件的打开和关闭

文件在读写时候应该先打开文件，使用结束时应关闭文件。
在编写程序打开文件的同时，都会返回一个FILE*的指针，相当于建立了指针和文件的关系

• ANSIC规定使用fopen函数来打开文件，使用fclose来关闭文件。

//打开文件
FILE* fopen(const char* filename,const char* mode);
//关闭文件
int fclose(FILE* stream);

这里的mode表示文件的打开模式：

文件的使用方式	含义	若指定文件不存在
“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	建立一个新文件
“a”（追加）	向⽂本⽂件尾添加数据	建立一个新文件
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	建立一个新文件
“ab”（追加）	向⼀个⼆进制⽂件尾添加数据	向⼀个⼆进制⽂件尾添加数据
“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	建立一个新文件
”a+”（读写）	打开⼀个⽂件，在⽂件尾进⾏读写	建立一个新文件
“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	建立一个新文件

应用实例：

#include <stdio.h>
  int main()
  {
  //以写的方式打开一个文本文件
  FILE* pf=fopen("text.txt","w");
  //文件操作
  if(pf!=NULL)
  {
  fputs("hello world",pf);
  }
  //关闭文件
  fcoles(pf);
  pf=NULL;
  return 0;
  }

五、文件的顺序读写

5.1 顺序读写函数

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

上⾯说的适⽤于所有输⼊流⼀般指适⽤于标准输⼊流和其他输⼊流（如⽂件输⼊流）；所有输出流⼀般指适⽤于**标准输出流和其他输出流（**如⽂件输出流）。

六、文件的随机读写

之前我们认识的顺序读写函数都是从pf文件指针指向位置开始读和写；那么我们可以通过调整pf的位置进而在文件里特定的位置开始读写，大大提升了文件的可操作性。

6.1 fseek

int fseek ( FILE * stream, long int offset, int origin );
offset 是偏移量，对于origin位置偏移了多少位

这里的int origin 分三种情况

• SEEK_CUR 当前位置
• SEEK_SET 文件起始位置
• SEEK_END 文件末尾位置

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 );

应用实例：

6.3rewind

让⽂件指针的位置回到⽂件的起始位置

void rewind ( FILE * stream );

应用实例：

七 文件读取结束的原因

7.1 feof和ferror

两个函数都是用于判断文件读取结束的原因，注意是原因，而不是判断文件读取是否结束！

1.文本文件读取通常用到fgec,fgets.

• fgetc:若读取正常结束，返回对应字符的ASCLL值，若读取遇到文件末尾或者发生错误则返回EOF
• fgets:若读取正常结束，返回相应储存该字符串的字符数组的地址。若读取遇到文件末尾挥着发生错误则返回NULL；

如想检测结束原因：

• feof 用于检测读取遇到了文件末尾
• ferror 用于检测读取发生了错误

2.⼆进制⽂件的读取用到fread.
结束判断，判断返回值是否⼩于实际要读的个数。

文本文件应用实例：

二进制文件应用实例：

int main()
{
//写一个二进制文件
FILE* pf = fopen("test.bin", "wb");
int a[5] = { 1,2,3,4,5 };
fwrite(a, sizeof *a, 5, pf);
fclose(pf);
//进行读取
int b[5];
pf = fopen("test.bin", "rb");
size_t ret_code = fread(b, sizeof *b, 5, pf);
if (ret_code == 5)
{
puts("Array read successfully,contents:");
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
printf("%d ", b[i]);
}
putchar('\n');
}
else
{
if (feof(pf))
printf("Error reading test.bin: unexpected end of file\n");
else if (ferror(pf))
perror("Error reading test.bin");
}
fclose(pf);
return 0;
}

八、文件缓冲区

1. 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”。
2. 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。
3. 如果从磁盘向计算机读⼊数据，则从磁盘⽂件中读取数据先输⼊到内存缓冲区（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）。
4. 缓冲区的⼤⼩根据C编译系统决定的。

• 因为有缓冲区的存在，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，可能导致读写⽂件的问题。

总结

以上就是文件操作的全部内容啦！同学们学“废”了嘛？有任何不清楚或者不明白的都可以在下方评论区留言，大家一起交流学习！