C_Primer_Plus13.fileio

文件输入输出

要点

fopen(), getc(), putc(), exit(), fclose(), fprintf(), fscanf(), fgets(), fputs(), rewind(), fseek(), ftell(), fflush(), fgetpos(), fsetpos(), feof(), ferror(), ungetc(), setvbuf(), fread(), fwrite()
如何使用 C 标准 IO 系列的函数处理文件
文件模式和二进制模式，文本和二进制格式，缓冲和无缓冲IO
使用既可以顺序访问文件也可以随机访问文件的函数

与文件进行通信

文件可以存储程序、文档、图像、视频、语音、三维数据等。

文本模式和二进制模式

文本内容
二进制内容
文本文件格式
二进制文件格式
文件的文本模式
文件的二进制模式

所有文件的内容都是以二进制形式存储。但是，如果文件最初使用二进制编码的字符（ASCII或 Unicode）表示文本，该文件就是文本文件，它包含的内容是文本内容。如果文件中的二进制值代表机器语言代码或数值数据，或图像或视频或语音，该文件就是二进制文件，其中的内容也是二进制内容。

C 提供两种访问文件的途径：二进制模式和文本模式。二进制模式中，程序可以访问文件的每个字节；而文本模式中，程序所见的内容和文件的实际内容根据解码方式而不同。比如不同的平台换行符的不同会产生不同的内容。

IO 级别

除了选择文件的模式，大多数情况下，还可以选择 IO 的两个级别（处理文件访问的两个级别）。底层 IO 使用操作系统提供的基本 IO 服务。标准高级 IO 使用 C 库的标准包和 stdio.h 头文件定义。因为无法保证所有的操作系统都是用相同的底层 IO 模型，C 标准只支持标准 IO 包。有些实现会提供底层库，但 C 标准建立了可移植的 IO 模型。

标准文件

C 程序会自动打开3个文件：标准输入，标准输出，标准错误输出。标准输入是系统的普通输入设备，通常为键盘；标准输出和标准错误输出是系统的普通输出设备，通常为显示器。

程序通过 getchar() 和 scanf() 获得标准输入，通过 putchar(), puts() 和 printf() 发送标准输出。输入输出可以重定向到文件。

之所以把输出和错误输出区分出来，是为了在把输出重定向到文件时，错误输出仍然输出到屏幕上，这样就能直观地看到错误信息，而不是打开文件才能看到错误信息。

标准 IO

标准 IO 比底层 IO 的优点有两个：一是兼容了不同的平台，二是输入输出都是缓冲的。缓冲的存在极大地提高了数据传输速度，且程序可以检查缓冲区中的数据。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>    // 提供 exit() 的原型函数

int main(int argc, char* argv[]){
    char ch;
    FILE * fp;    // 文件指针
    unsigned long count = 0;

    if(argc != 2){
        printf("Usage: %s filename\n", argv[0]);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    if((fp = fopen(argv[1], "r")) == NULL){
        printf("Can't open %s\n", argv[1]);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    while((ch = getc(fp)) != EOF){
        putc(ch, stdout);    // equals to putchar()
        ++count;
    }

    fclose(fp);
    printf("File %s has %lu characters\n", argv[1], count);

    return 0;
}

输出：

$ ./count
Usage: ./count filename
$ ./count hello.txt d
Usage: ./count filename
$ ./count hello.tx
Can't open hello.tx
$ ./count hello.txx
Can't open hello.txx
$ ./count hello.txt
hello world!
hello Newton!
File hello.txt has 27 characters

fopen 函数打开文件的模式

模式字符串	含义
r	读
w	写，如果文件不存在，则新建文件
a	追加，如果文件不存在，则新建文件
r+	更新模式（读写）
w+	更新模式（读写），如果文件不存在，则新建文件
a+	更新模式（读写），追加，如果文件不存在，则新建文件
rb, wb, ab, ab+, a+b, wb+, w+b, ab+, a+b	与上个模式类似，但以二进制模式而不是文本模式打开文件
wx, wbx, w+x, wb+x, w+bx	(C11) 类似非x模式，但如果文件已存在或以独占模式打开文件，则打开文件失败

像 Linux (Unix) 这种只要一种文件类型的系统，带 b 字母的模式和不带相同

打开的文件对象 fp 是一个 C 结构。

putc() 输出

输出到文件：
putc(ch, fpout)

fclose() 函数

fclose(fp)
关闭成功返回0，否则返回 EOF。较正式的程序应检查文件是否关闭成功。如果磁盘已满、移动硬盘被移除或出现 IO 错误的情况，都会导致调用 fclose() 函数失败

if(fclose(fp) != 0){
    printf("Error in closing fiel %s\n", argv[1]);
}

一个简单的文件压缩程序

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>    // exit()
#include <string.h>    // strcpy(), strcat()
#define LEN 40

int main(int argc, char* argv[]){
    FILE* in, * out;
    int count = 0;
    char ch;
    char name[LEN];

    if(argc < 2){
        fprintf(stderr, "Usage: %s filename\n", argv[0]);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    if((in = fopen(argv[1], "r")) == NULL){
        fprintf(stderr, "Can't open file \"%s\"\n", argv[1]);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    strncpy(name, argv[1], LEN-5);
    name[LEN-5] = '\0';
    strcat(name, ".red");

    if((out = fopen(name, "w")) == NULL){
        fprintf(stderr, "Can't open file \"%s\"\n", name);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    while((ch = getc(in)) != EOF){
        if(count++ % 3 == 0){
            putc(ch, out);    // keep 1 char from 3 chars
        }
    }

    if(fclose(in) != 0 || fclose(out) != 0){
        fprintf(stderr, "Error in closing files\n");
    }

    return 0;
}

fprintf(), fscanf(), fgets() 和 fputs()

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#define MAX 41

int main(void){
    FILE * fp;
    char words[MAX];
    char* filename = "wordy";

    if((fp = fopen(filename, "a+")) == NULL){
        fprintf(stdout, "Can't open \"%s\"\n", filename);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    puts("Enter words to add to the file;");
    puts("# at the beginning of a line to terminate.");
    while((fscanf(stdin, "%40s", words) == 1) && words[0] != '#'){
        fprintf(fp, "%s\n", words);
    }

    puts("File contents:");
    rewind(fp);  // return to the beginning of the file
    while(fscanf(fp, "%s", words) == 1){
        puts(words);
    }
    puts("Done!");
    if(fclose(fp) != 0){
        fprintf(stderr, "Error closing file\n");
    }

    return 0;
}

输出：

$ ./addword
Enter words to add to the file;
# at the beginning of a line to terminate.
a
b
c
#
File contents:
a
b
c
Done!
$ ./addword
Enter words to add to the file;
# at the beginning of a line to terminate.
hello world! hello Newton! this is world!!!
abcd
#
File contents:
a
b
c
hello
world!
hello
Newton!
this
is
world!!!
abcd
Done!

随机访问：fseek() 和 ftell()

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define CTL_Z '\032'   // ctrl z, DOS 文本文件中的文件结尾标记
#define SLEN 81

int main(void){
    char filename[SLEN];
    char ch;
    FILE* fp;
    long count, last;

    printf("Enter the name of the file to be processed:\n");
    scanf("%80s", filename);
    if((fp = fopen(filename, "rb")) == NULL){
        printf("Can't open file \"%s\"\n", filename);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    fseek(fp, 0L, SEEK_END);
    last = ftell(fp);
    for(count = 1; count <= last; ++count){
        fseek(fp, -count, SEEK_END);
        ch = getc(fp);
        if(ch != CTL_Z && ch !='\r'){  // DOS 文件
            putchar(ch);
        }
    }
    putc('\n', stdout);
    fclose(fp);

    return 0;
}

输出：

Enter the name of the file to be processed:
hello.txt

!notweN olleh
!dlrow olleh

fseek() 中的模式：

SEEK_SET
- 文件开始处
SEEK_CUR
- 当前位置
SEEK_END
- 文件末尾

ftell() 返回的是当前位置，距文件开头出的字节数，long 数据类型。
如果以文本模式打开文件，则情况不同。比如对于 MS-DOS，文本模式下 ftell() 会把 \r\n 当做一个字节计数。

fgetpos() 和 fsetpos() 函数

int fgetpos(FILE * restrict stream, fpos_t * restrict pos);

int fsetpos(FILE *stream, const fpos_t *pos);

fpos_t 类型不是基本类型，它根据其他类型定义，可以是结构，但不能是数组。之所以不使用 long，int 等类型，是因为随着计算机技术的发展，文件越来越大，可能有一天文件大小会超过 long 类型的最大值，所以要设计更大数值的类型。

标准 IO 机理

fopen() 在打开文件的同时，C 程序会自动打开3中标准文件，并创建了一个缓冲区（读写模式下会创建两个缓冲区），以及一个包含文件和缓冲区数据的结构。然后返回一个指向该结构的指针。
把指针赋给一个指针变量，就是说 fopen() 函数“打开了一个流”，如果以文本模式打开，就是文本流，以二进制模式打开，它就是二进制流。

这个结构通常包含一个指定流中当前位置的文件位置指示器。另外，他还包含错误和文件结尾的指示器、一个指向缓冲区开始处的指针、一个文件标识符和一个计数（统计实际拷贝进缓冲区的字节数）。

缓冲区一般是512字节的倍数。调用 fscanf(), getc(), fgets() 时会将文件中的数据块拷贝到缓冲区。当缓冲区的所有字符都已读完，就会请求把下一个缓冲大小的数据块从文件拷贝到缓冲区。

其他 IO 函数

int ungetc(int c, FILE* fp)

往流中放回一个字符
比如要读取下一个冒号之前的所有字符，但不包括冒号，使用 getchar() 读取，当读到冒号时，使用 ungetc() 函数将冒号放回输入流中

int fflush() 函数

刷新缓冲区
将缓冲区中所有未写入数据发送到输出流
对于输入流，该函数是未定义的；对于空指针，所有输出缓冲区都被刷新

int setvbuf() 函数

int setvbuf(FILE* restrict fp, char* restrict buf, int mode, size_t size);
创建一个供标准 IO 函数替换使用的缓冲区。
在打开文件后，且未对流进行其他操作之前，调用该函数。
buf 指向待使用的存储区
- 若 buf 不是 NULL，则必须创建一个缓冲区。例如声明一个内含1024个字节的数组，并传递该数组的地址
- 若 buf 为 NULL，则函数会自己创建一个缓冲区。
size 告诉函数缓冲数组的大小
mode：
- _IOFBF 完全缓冲（缓冲区满时刷新）
- _IOLBF 行缓冲（缓冲区满或写入一个换行符时）
- _IONBF 表示无缓冲
操作成功则返回10，否则返回非零值
应用场景：比如要存储一种数据对象，每个对象大小是3000字节，可以使用 setvbuf() 函数创建一个缓冲区，其大小是该数据对象大小的倍数

fwrite()

把二进制数据写入文件
size_t fwrite(const void * restrict ptr, size_t size size_t nmemb, FILE * restrict fp);
把 nmemb 个大小为 size 个字节的内容从内存 ptr 位置写到文件 fp 中
ptr 是代谢如数据块的地址；size 是数据块大小（字节数）；nmemb 是待写入数据块的数量；fp 是待写入文件
为什么以二进制模式写入文件？比如小数，如果以文本模式保存在文件中，可能会有小数截断问题存在，如果以小数本来的二进制码保存，则不会有截断问题，而且占用的空间更小

size_t fread() 函数

该函数用于读取被 fwrite() 函数写入文件的数据
size_t fread(void* restrict ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE* restrict fp);
把 nmemb 个大小为 size 的字节数据拷贝到指针 ptr 指向的内存中
返回成功读取项的数量，正常情况下，返回 nmemb，但如果读取错误或读到文件结尾，该返回值就会比 nmemb 小

int feof(FILE* fp) 和 int ferror(FILE* fp) 函数

文件达到结尾时会返回 EOF，出现读写错误时也可能会返回 EOF。feof() 和 ferror() 用于区分这两种情况
当上一次输入调用检测到文件结尾时，feof() 函数返回一个非零值，否则返回0
当出现读写错误时，ferror() 函数返回一个非零值，否则返回0

程序示例

把一系列文件中的内容添加在另一个文件末尾

询问目标文件名称并打开它
使用一个循环询问源文件
以读模式依次打开每个源文件，并将其添加到目标文件的末尾

利用 setvbuf() 设置不同的缓冲区大小：

以附加模式打开目标文件
打开失败则退出程序
为文件创建4096字节的缓冲区
如果创建失败则退出程序

略

小结

C 程序把输入看作是字节流，来源于文件、输入设备，或另一个程序的输出。输出也看成字节流，目的地可以是文件、视频显示等。

如果要在不损失精度的情况下保存或恢复数值数据，应使用二进制模式以及 fread(), fwrite() 函数。如果想要使用文本模式保存，应使用 getc() (以及 fgets(), fscanf()) 和 fprintf() 函数。

C 输入函数只有在读过文件结尾后才会检测到文件结尾，这意味着应该在尝试读取之后立即判断是否是文件结尾。

fseek() 和 ftell() 函数能够实现自由访问文件中的任意位置。fgetpos() 和 fsetpos() 把类似的功能扩展至更大的文件。与文本模式相比，二进制模式更容易进行随机访问。

posted @ 2020-08-14 19:59 keep-minding 阅读(116) 评论(0) 收藏举报

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但问耕耘，莫问前程