C语言文件操作详解

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于 2025-07-23 18:49:38 首次发布

一、引言

C语言提供了强大的文件操作功能，允许程序读取、写入、修改和管理存储在磁盘上的文件。文件操作是实现数据持久化和程序功能的关键环节。本文将详细介绍C语言中文件操作的基本概念、常用函数、实现方法以及常见问题的解决策略。

二、C语言文件操作的基本概念

（一）文件的定义

文件是存储在磁盘或其他存储介质上的数据集合。它可以是文本文件（如 .txt 文件），也可以是二进制文件（如可执行文件、图片文件等）。文件通常由文件名、文件路径、文件内容和文件属性（如大小、创建时间、修改时间等）组成。

（二）文件类型

1. 文本文件

文本文件是以人类可读的字符形式存储数据的文件。常见的文本文件格式包括 .txt、.csv、.json 等。

文本文件的内容通常以行和列的形式组织，每行以换行符（\n）或回车符（\r）结束。

2. 二进制文件

二进制文件是以二进制形式存储数据的文件。它包含的是原始的字节数据，通常不可直接读取。

二进制文件可以是可执行文件（如 .exe 文件）、图片文件（如 .jpg、.png 文件）、音频文件（如 .mp3 文件）等。

二进制文件的读写操作需要严格按照文件的格式规范进行，否则可能导致数据损坏。

（三）文件路径

文件路径是指文件在文件系统中的位置。文件路径可以是绝对路径，也可以是相对路径。在文件路径中“.”代表当前目录路径，“..”代表上级目录路径。

1. 绝对路径

绝对路径是从文件系统的根目录开始的完整路径。它能够唯一地标识文件的位置。

例如，在 Windows 系统中，绝对路径可能类似于 C:\Users\username\Documents\example.txt；在 Linux 或 macOS 系统中，绝对路径可能类似于 /home/username/Documents/example.txt。

2. 相对路径

相对路径是从当前工作目录开始的路径。它依赖于程序的当前工作目录。

例如，如果当前工作目录是 C:\Users\username\Documents，则相对路径 example.txt 指向的是 C:\Users\username\Documents\example.txt。

三、C语言文件操作的常用函数

（一）文件的打开与关闭

1. 打开文件

C语言中使用 fopen 函数打开文件：

FILE* fopen(const char* filename, const char* mode);

参数

filename：文件路径。

mode：打开文件的模式，常见的模式包括：

使用方式	作用	如果文件不存在
"r"	为了输入数据，打开一个已经存在的文本文件	出错（返回`NULL`）
"w"	为了输出数据，打开一个文本文件	如果没有，建立一个新的文件；如果有，删除原有内容，再建立新的
"a"	向文本文件添加数据	如果没有，建立一个新的文件
"rb"	为了输入数据，打开一个二进制文件	出错（返回`NULL`）
"wb"	为了输出数据，打开一个二进制文件	如果没有，建立一个新的文件；如果有，删除原有内容，再建立新的
"ab"	向一个二进制文件尾添加数据	如果没有，建立一个新的文件
"r+"	为了读和写，打开一个文本文件	出错（返回`NULL`）
"w+"	为了读和写，建立一个新的文本文件	如果没有，建立一个新的文件；如果有，删除原有内容，再建立新的
"a+"	打开一个文本文件，在文件尾进行读写	如果没有，建立一个新的文件
"rb+"	为了读和写，打开一个二进制文件	出错（返回`NULL`）
"wb+"	为了读和写，建立一个新的二进制文件	如果没有，建立一个新的文件；如果有，删除原有内容，再建立新的
"ab+"	打开一个二进制文件，在文件尾进行读写	如果没有，建立一个新的文件

返回值

成功返回指向文件的指针（FILE*），失败返回 NULL。

2. 关闭文件

C语言中使用 fclose 函数关闭文件：

int fclose(FILE* stream);

参数

stream：文件指针。

返回值

成功返回 0，失败返回非零值。

（二）文件的读取

1. 读取文本文件

C语言中可以使用 fscanf 、 fgets 、 fgetc 函数读取文本文件：

int fscanf(FILE* stream, const char* format, ...);
char* fgets(char* s, int size, FILE* stream);
int fgetc ( FILE * stream );

fscanf

用于格式化读取，可以根据指定的格式读取数据。

示例：

int num;
fscanf(file, "%d", &num);

fgets

用于按行读取，每次读取一行内容。

示例：

char buffer[100];
fgets(buffer, sizeof(buffer), file);

fgetc

用于按字符读取，每次读取一个字符。

示例：

char ch;
ch=fgetc(file);

2. 读取二进制文件

C语言中使用 fread 函数读取二进制文件：

size_t fread(void* ptr, size_t size, size_t count, FILE* stream);

参数

ptr：存储读取数据的缓冲区。

size：每个数据项的大小。

count：要读取的数据项数量。

stream：文件指针。

返回值

返回实际读取的数据项数量。

（三）文件的写入

1. 写入文本文件

C语言中可以使用 fprintf、fputs和fputc函数写入文本文件：

int fprintf(FILE* stream, const char* format, ...);
int fputs(const char* s, FILE* stream);
int fputc ( int character, FILE * stream );

fprintf

用于格式化写入，可以根据指定的格式写入数据。

示例：

int num = 42;
fprintf(file, "Number: %d\n", num);

fputs

用于写入字符串，将字符串写入文件。

示例：

const char* str = "Hello, World!";
fputs(str, file);

fputc

用于写入字符串，将字符串写入文件。

示例：

char ch= 'a';
fputc(ch, file);

2. 写入二进制文件

C语言中使用 fwrite 函数写入二进制文件：

size_t fwrite(const void* ptr, size_t size, size_t count, FILE* stream);

参数

ptr：要写入的数据缓冲区。

size：每个数据项的大小。

count：要写入的数据项数量。

stream：文件指针。

返回值

返回实际写入的数据项数量。

（四）文件的定位

文件的定位操作用于移动文件指针到指定的位置。C语言中使用 fseek 函数定位文件指针：

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

参数

stream：文件指针。

offset：偏移量。

whence：偏移的基准点，常见的值包括：

SEEK_SET：文件开头。

SEEK_CUR：当前位置。

SEEK_END：文件末尾。

返回值

成功返回 0，失败返回非零值。

（五）文件读取结束判定

1. `fgetc` 和 `getc`

使用fgetc或getc时，通过检查返回值是否为EOF来判断是否到达文件末尾。
```
int ch;
while ((ch = fgetc(file)) != EOF) {
    // 处理字符
}
```

2. `fread`

使用fread时，通过检查返回值是否小于请求的数据项数量来判断是否到达文件末尾

size_t bytesRead;
while ((bytesRead = fread(buffer, sizeof(char), sizeof(buffer), file)) > 0) {
    // 处理 buffer
}

3. `fgets`

使用fgets时，通过检查返回值是否为NULL来判断是否到达文件末尾。

char buffer[1024];
while (fgets(buffer, sizeof(buffer), file) != NULL) {
    // 处理 buffer
}

4. `feof` 和 `ferror`

feof函数用于检查是否到达文件末尾。
```
int feof(FILE* stream);
```
- 如果到达文件末尾，返回非零值；否则返回零。
ferror函数用于检查是否发生错误。
```
int ferror(FILE* stream);
```
- 如果发生错误，返回非零值；否则返回零。

（六）文件的其他操作

1. 获取文件大小

C语言中可以通过 fseek 和 ftell 函数获取文件大小：

fseek(file, 0, SEEK_END);
long fileSize = ftell(file);

ftell

返回当前文件指针的位置。

2. 删除文件

C语言中使用 remove 函数删除文件：

int remove(const char* filename);

参数

filename：文件路径。

返回值

成功返回 0，失败返回非零值。

3. 重命名文件

C语言中使用 rename 函数重命名文件：

int rename(const char* oldname, const char* newname);

参数

oldname：原文件路径。

newname：新文件路径。

返回值

成功返回 0，失败返回非零值。

四、C语言文件操作的注意事项

（一）文件路径的处理

跨平台兼容性

不同操作系统对文件路径的表示方式不同。例如，Windows 系统使用反斜杠（\）作为路径分隔符，而 Linux 和 macOS 系统使用正斜杠（/）作为路径分隔符。

在编写跨平台程序时，建议使用标准库提供的路径处理函数（如 #include <dirent.h> 或第三方库）来处理文件路径。

相对路径与绝对路径

使用相对路径时，需要确保程序的当前工作目录正确。否则，可能会导致文件路径错误。

在某些情况下，建议使用绝对路径以避免路径问题。

（二）文件的错误处理

文件打开失败

在打开文件时，可能会因为文件不存在、权限不足等原因导致失败。需要检查文件打开操作的返回值，并进行错误处理。

示例：

FILE* file = fopen("example.txt", "r");
if (file == NULL) {
    perror("文件打开失败");
    return -1;
}

文件读写失败

在读写文件时，可能会因为磁盘空间不足、文件损坏等原因导致失败。需要检查读写操作的返回值，并进行错误处理。

示例：

if (fread(buffer, sizeof(char), 100, file) != 100) {
    perror("文件读取失败");
}

（三）文件的同步

在多线程或多进程环境中，多个线程或进程可能会同时访问同一个文件。为了避免数据竞争和文件损坏，需要对文件操作进行同步。

互斥锁

在多线程环境中，可以使用互斥锁（Mutex）来保护文件操作。互斥锁可以确保同一时间只有一个线程可以访问文件。

示例：

pthread_mutex_t lock;
pthread_mutex_init(&lock, NULL);

pthread_mutex_lock(&lock);
// 文件操作
pthread_mutex_unlock(&lock);

五、C语言文件操作示例代码

（一）文件操作示例代码

以下是一个完整的示例代码，展示如何在C语言中打开文件、写入文件内容和关闭文件与打开文件、读取文件内容和关闭文件：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include string.h>

int main() {
    // 打开文件
    FILE* file = fopen("example.txt", "w");
    if (file == NULL) {
        perror("文件打开失败");
        return -1;
    }

    // 写入文件内容
    const char* content = "Hello, File Operations!";
    fprintf(file, "%s", content);

    // 关闭文件
    fclose(file);
    file=NULL;

    // 打开文件
    FILE* file = fopen("example.txt", "r");
    if (file == NULL) {
        perror("文件打开失败");
        return -1;
    }

    // 读取文件内容
    char buffer[1024];
    if (fgets(buffer, sizeof(buffer), file) != NULL) {
        printf("文件内容: %s\n", buffer);
    } else {
        perror("文件读取失败");
    }

    // 关闭文件
    fclose(file);
    file=NULL;

    return 0;
}