C语言——文件操作

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1 文件概述

2 文件的打开和关闭

2.1 文件指针

2.2 文件的打开与关闭

2.3 文件的顺序读写

2.3.1 顺序读写函数

2.3.2 fputc() & fgetc() 

 2.3.3 fputs() & fgets()

 2.3.4 fscanf() & fprintf()

2.4 文件的随机读写

2.4.1 fseek

2.4.2 ftell

2.4.3 rewind

2.5 文件读取结束的判定

2.5.1 文件流的“状态”

2.5.2 文件读取结束的判定

2.6 文件缓冲区

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1 文件概述

【文件分类】

从文件功能角度对文件进行分类，通常分为：程序文件、数据文件。

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：数据文件不是代码文件，而是包含程序运行时需要处理或存储的数据的文件。比如程序运行需要从中读取数据的文件，或者输出内容的文件。

【文件标识】

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

文件标识通常被称为文件名。

2 文件的打开和关闭

2.1 文件指针

        每个被使用的文件都在内存中开辟了一个相应的文件信息区，用于存放文件的相关信息（比如：文件的名字、状态及当前位置）。这些信息保存在一个结构体变量中。该结构体由系统声明，名为FILE。

FILE* pf;   
//pf是一个指向FILE类型数据的指针变量

        每当打开一个文件的时候，系统会根据文件的情况自动创建一个FILE结构变量，并填充其中的信息。但使用者不需要关心细节，只需要通过FILE指针维护该结构体变量。

        上述代码中，pf指向某个文件的文件信息区（是一个结构体变量）。通过该文件信息区中的信息就能够访问该文件。

2.2 文件的打开与关闭

//打开文件
FILE* fopen(const char* filename, const char* mode);
//                       文件名              打开方式
//返回类型是FILE*，要用指针接收 
                          
//关闭文件
int fclose(FILE* stream);  //成功时返回 0，失败时返回 EOF（通常是 -1）

【常用打开方式】

文件使用方式	含义	if 目标文件不存在
"r"	只读	出错
"w"	只写	创建一个新文件
"a"	再文本文件末尾追加	创建一个新文件

【文件操作示例】 

int main() {
	FILE* pf = fopen("test.txt", "w");  //位置：当前文件所在目录内
	if (pf == NULL) {   //打开失败会返回空指针
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//文件相关操作
	// ......
	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

2.3 文件的顺序读写

2.3.1 顺序读写函数

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

【输入流】：数据从外部流入程序（如：键盘输入等）

【输出流】：数据从程序流向外部（如：数据打印在显示器等）

2.3.2 fputc() & fgetc() 

fputc() 和 fgetc() 是C标准库中的两个文件操作函数，用于处理文件中的单个字符读写操作。

【fputc()函数】：用于将单个字符写入指定文件。 

int fputc(int character, FILE *stream);

• character：要写入的字符（实际是unsigned char类型值，这里转换成int表示）；
• stream：文件指针，指向被操作的文件；
• 返回值：成功——返回写入的字符；失败：返回EOF。

int main() {
	FILE* pf = fopen("test.txt", "w");
	if (pf == NULL) {
		perror("Error opening file");
		return 1;
	}

	for (int i = 0; i < 26; i++) {
		fputc('a' + i, pf);
		fputc(' ', pf);
	}

	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

 程序运行结果：

 【fgetc()函数】：从指定文件读取单个字符。

int fgetc(FILE *stream);

• stream：文件指针，指向代操作文件；
• 返回值：成功——返回读取的字符，失败——返回EOF。

int main() {
	FILE* pf = fopen("test.txt", "r");
	if (pf == NULL) {
		perror("Error opening file");
		return 1;
	}

	int ch = 0;  //定义变量接收读取到的字符
	while ((ch = fgetc(pf)) != EOF) {
    //fgetc读取成功后，文件指针会向后移动，指向下一个字符
		printf("%c", ch);
	}


	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

 程序运行结果：a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z

 2.3.3 fputs() & fgets()

fputs() 和 fgets() 函数用于处理文件中的字符串（写入 or 读取）。

int main() {
	FILE* writef = fopen("test2.txt", "w");
	if (writef == NULL) {
		perror("Error opening file");
		return 1;
	}

	fputs("HELLO WORLD\n", writef);
	fputs("HELLO C\n", writef);

	fclose(writef);
	writef = NULL;

	//读取文件
	FILE* readf = fopen("test2.txt", "r");
	if (readf == NULL) {
		perror("Error opening file");
		return 1;
	}

	char arr[100];
	while (fgets(arr, 100, readf) != NULL) {
		//一次读取100个字符，直到文件结束
		printf("%s", arr);
	}

	fclose(readf);
	readf = NULL;

	return 0;
}

 程序运行结果：

fputs() 和 fgets() 与 fputc() 和 fgetc() 功能类似，但有以下几点区别：

• fputs() 和 fgets()处理字符串；
• fgets() 读取失败或读取完成返回NULL，而非EOF；
• fgets() 如果一次读取的内容长度小于文件内容长度，会在读取结束位置补上'\0'。（如：fgets(arr, 10, readf);只会读取到前9个字符，最后一个补上'\0'）

 2.3.4 fscanf() & fprintf()

【fscanf()函数】：从指定文件流中读取数据，并按照指定格式进行解析，然后存储到相应变量中。

int fscanf(FILE *stream, const char *format, ...);

• stream：代操作文件指针
• format：指定格式
• 返回值：操作成功——返回输入项数量，操作失败/错误/文件结束——返回EOF

 【fprintf()函数】：将格式化数据写入到文件中。

int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...);

• stream：代操作文件指针
• format：指定格式
• 返回值：操作成功——返回写入的字符输出，操作失败——返回负值

struct Stu
{
	char name[20];
	int age;
	float score;
};

int main() {
	struct Stu s1 = { "haha",18,99.92 };
	struct Stu s2 = { "xixi",20,96.57 };

	FILE* pf = fopen("test3.txt", "w");
	if (pf == NULL) {
		perror("Error opening file");
		return 1;
	}

	//格式化数据写入文件
	fprintf(pf, "%s %d %f\n", s1.name, s1.age, s1.score);
	fprintf(pf, "%s %d %f\n", s2.name, s2.age, s2.score);

	rewind(pf);  //重置文件指针到文件开头

	//格式化数据读取
	fscanf(pf, "%s %d %f\n", s1.name, &(s1.age), &(s1.score));
	printf("姓名：%s 年龄：%d 分数：%.2f\n", s1.name, s1.age, s1.score);
	fscanf(pf, "%s %d %f\n", s2.name, &(s2.age), &(s2.score));
	printf("姓名：%s 年龄：%d 分数：%.2f\n", s2.name, s2.age, s2.score);

	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

程序运行结果： 

2.4 文件的随机读写

2.4.1 fseek

用于在文件中移动文件指针的位置。

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

•  stream：要操作的文件指针
• offset：相对位置的偏移量，以字节为单位
• origin：起始位置
• fseek() 执行成功返回0，失败返回-1

关于origin的取值：

SEEK_SET：从文件开头位置开始计算偏移量

SEEK_CUR：从当前位置开始

SEEK_END：从文件末尾开始

int main() {
    FILE* pFile = fopen("example.txt", "r");  // 以只读模式打开文件
    if (pFile == NULL) {
        perror("Error opening file");
        return 1;
    }

    // 将文件指针移动到第 9 个字符位置
    fseek(pFile, 9, SEEK_SET);
    int ch = fgetc(pFile);  // 读取该位置的字符
    printf("Character at position 9: %c\n", ch);  // 输出 'n'

    // 将文件指针移动到文件末尾的第一个字符
    fseek(pFile, -1, SEEK_END);
    ch = fgetc(pFile);  // 读取文件的最后一个字符
    printf("Last character in file: %c\n", ch);  // 输出 '.'

    // 将文件指针移动到当前位置的前 3 个字符
    fseek(pFile, -3, SEEK_CUR);
    ch = fgetc(pFile);
    printf("Character at current-3: %c\n", ch);  // 输出 'l'

    fclose(pFile);
    return 0;
}

2.4.2 ftell

返回文件指针当前相对于起始位置的偏移量。

long int ftell ( FILE * stream );

int main()
{
	FILE* pFile;
	pFile = fopen("example.txt", "w");
	if (pFile == NULL) {
		perror("Error opening file");
		return 1;
	}
	fputs("This is an apple.", pFile);  //T是第0个字符
	fseek(pFile, 9, SEEK_SET);
	printf("%d\n", ftell(pFile));   //9
	fclose(pFile);
	pFile = NULL;
	return 0;
}

2.4.3 rewind

让文件指针回到文件的起始位置。

void rewind ( FILE * stream );

2.5 文件读取结束的判定

2.5.1 文件流的“状态”

FILE类型指针不仅仅指向文件，还维护文件操作的相关信息，包括文件状态标志。

这些标志记录了文件流当前的状态：是否与到文件末尾（EOF）、是否出现错误（如硬盘故障等）。

文件操作相关函数的返回值中会记录不同的文件状态。

2.5.2 文件读取结束的判定

因此，在文件读取的过程中，直接使用 feof() 函数判断是否结束并不可靠，更好的方法时检查文件操作函数（如：fgetc()、fgets()等）的返回值，区分具体状态。

feof() 用于确认读取是否因为文件结束而停止

ferror() 用于确认读取是否因为出现错误而停止

【文本文件读取结束判定】

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 1;
    }
    //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) 
    {
        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);
}

 【二进制文件读取结束判定】

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);
}

1.  通过fread()返回值与期望读取的数目对比判断是否达读取成功
2. 结合feof()和ferror()进一步确认状态

2.6 文件缓冲区

【缓冲机制】

• 写操作：当你向文件中写入数据时，这些数据首先会被写入到内存中的缓冲区，而不是立即写入磁盘。这是为了提高性能，避免频繁的磁盘操作。
• 读操作：在从文件读取数据时，系统会先将数据从磁盘读取到内存中的缓冲区，然后再从缓冲区传输到程序使用的变量中。
• 缓冲区的大小根据C编译系统决定的。

【缓冲区优点】

• 提升性能： 通过减少与磁盘的直接交互，缓冲机制显著提高了文件读写的效率。
• 减少I/O操作：在很多情况下，程序会一次性读取或写入大量数据，而不是逐字节或逐行进行操作。

 【刷新缓冲区】

• fclose() ：关闭文件时，fclose()  也会自动刷新缓冲区。这意味着在关闭文件之前，所有在缓冲区中的数据都会被写入到磁盘。

因此： 由于缓冲机制，数据并不总是立即写入文件，因此在处理文件时要小心。如果你的程序在写入数据后没有刷新缓冲区或关闭文件，可能导致数据丢失。