【C语言】文件的输入和输出

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前言

文件是当今计算机系统不可或缺的部分。它可以用来存储程序，文档，数据等不同种类的信息。
因此作为一位程序员，必须学会文件的相关知识。本文重点介绍从c语言的角度来操作文件。

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一、文件介绍

1.1、文件是什么

文件通常指在硬盘或固态硬盘上的一段已命名的区域
比如我们用c语言编写程序时，用到的源文件和头文件，我们对文件的定义了解这些就已经足够（除非你未来选择编写操作系统）

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1.2、文本模式和二进制模式

C语言把文件看作一系列的连续的字节，每个字节都能被单独读取。这与UNIX操作系统中的文件结构相当应，但考虑到在其他环境中可能并不能完全适应该模型，因此c语言提供两种文件模式：

文本模式 和 二进制模式

首先我们先要区分文件类型

其中为了规范文本文件的操作，c语言提供了访问文件途径：文本模式和二进制模式。
至于二者的区别，要从不同操作环境进行解释，感兴趣的朋友可以自行查阅，本文重点介绍文件操作。

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二、文件操作

先看关键概念，再看文件操作函数

2.1、关键概念

2.1.1、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，用来存放文件的相关信息（如文件的名
字，文件状态及文件当前的位置等），这些信息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FILE.不同的编译器的该结构体变量内容不完全相同。
例如：

vs2013下的stdio.h对文件类型的声明
struct _iobuf {
        char *_ptr;
        int   _cnt;
        char *_base;
        int   _flag;
        int   _file;
        int   _charbuf;
        int   _bufsiz;
        char *_tmpfname;
       };
typedef struct _iobuf FILE;

vs2022下的stdio.h对文件类型的声明
 typedef struct _iobuf
    {
        void* _Placeholder;
    } FILE;

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2.1.2、流(stream)

了解文件操作之前，我们先要介绍一个抽象的概念：流

流的产生：当我们写了一个程序,想把它应用的不同的设备，由于不同的设备的读写形式不同，对应的程序也不同，这就要求程序员编写不同的程序，这显然对程序员很不友好。
因此，在程序与设备之间加了一层，即流，程序将数据传给流，流再将数据传给对应的设备。

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当一个c语言程序运行时，默认打开三个流

1. 标准输入流：stdin 对应 键盘
2. 标准输出流：stdout 对应 屏幕
3. 标准错误流：stderr 对应 屏幕

当看到这，我想读者一定会想到之前学过的输入输出函数：
如scanf 从stdin流获取数据， printf 将数据给 stdout流，可以说我们早就已经用到了流。

介绍完流的概念，我们将正式介绍文件操作函数，这意味这我们不再只是进行 键盘 -> 程序 ->屏幕 这一个单调的过程，可以加上文件了。

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2.2、文件操作函数

2.2.1、文件打开函数-fopen()

fopen的坤函数形式：FILE *fopen( const char *filename, const char *mode );
参数1：文件名
参数2：文件使用方式

使用举例：

FILE *pf = fopen("D:\\暂存\\test.txt", "r");

下面介绍其中的意思
先介绍参数2

参数2 - 文件使用方式

文件使用方式	作用	文件不存在时
r	仅对文本文件进行读取操作，不改变文件内容	出错
w	清除文件所有内容，再仅对文本文件进行写入操作，文件内容改变	创建一个新文件，再写入
a	在该文件内容末尾，仅对文本文件进行写入操作，追加文件内容	创建一个新文件，在写入
rb,wb,ab	对应的文本文件改为二进制文件，其余不变	不变
r+,w+,a+,rb+,wb+,ab+	操作改为即可以读取又可以写入	不变

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注意使用时要加双引号

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参数1：

1. 我们平时看到的文件路径：D:\学习资料 中间为 单斜杠
   但是fopen中需要用\\,这是用到了转义字符，即D:\\学习资料
2. 但参数1只写一个文件名也可以
   若参数2为r,rb,rb+，必须要求该文件与你编写的源文件在同一目录下。
   若参数2为w,wb,w+,wb+.a,a+,ab,ab+,若该文件不在同一目录下，则在你编写的源文件所处的目录下创建一个新文件进行操作。列如我在timu.c中 使用 FILE* pf = fopen("sfw.txt","w");
   
   总结：最好加上文件路径

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2.2.2、文件关闭函数-fclose()

库函数形式：int fclose( FILE *stream );
作用:关闭文件

#include <stdio.h>
#include <assert.h>
int main(void)
{
    //打开文件
	FILE* pf = fopen("sfw.txt", "w");
	assert(pf);//检验打开文件是否成功
	
	//写文件
	//……
	
	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;//习惯：把野指针手动制空
	return 0;
}

关于关闭文件的必要性：
一个程序能打开的文件是有限的，打开多了而不改变，则会打不开新文件
文件打开，便记得要关闭，这个习惯对我们未来工作很重要。

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2.2.3、文件写入和读取函数

操作单个字符 - 文本模式

fputc() - 写一个字符
库函数形式：int fputc( int c, FILE * stream ); 返回该字符
作用：写入一个字符到文件或屏幕（stdout)

1. 到屏幕

#include <stdio.h>
int main(void)
{
	fputc('b', stdout);
	fputc('\n', stdout);
	int ret = fputc('a', stdout);
	printf("%c", ret);
	return 0;
}

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2. 到文件

#include <stdio.h>
#include <assert.h>
int main(void)
{
	FILE* pf = fopen("sfw.txt", "w");
	assert(pf);
	fputc('c', pf);
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

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fgetc() - 读一个字符
库函数形式：int fgetc(FILE * stream);
作用：从文件或键盘(stdin)读取一个字符

1. 从键盘

#include <stdio.h>
int main(void)
{
	int n = fgetc(stdin);
	printf("%c\n", n);
	int a = fgetc(stdin);
	printf("%c\n", a);
	int b = fgetc(stdin);
	printf("%c\n", b);
	return 0;
}

2. 从文件
   

#include <stdio.h>
#include <assert.h>
int main(void)
{
	FILE* pf = fopen("sfw.txt", "r");
	assert(pf);
	
	int ret = fgetc(pf);
	printf("%c", ret);

	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

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操作多个字符 - 文本模式

fgets() - 获取一行
char * fgets( char * string, int n, FILE * stream );
作用：从文件或键盘(stdin)读取（n-1）个字符
n即最大字符数 = 字符数+\0
失败返回NULL

列如：

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fputs()
库函数形式：int fputs( const char * string, FILE * stream );
作用：写入一个字符串到文件或屏幕（stdout)

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fseek() - 文件的随机读写
库函数： int fseek(FILE * stream, long offset, int origin);
特别：可以将文件指针移到指定位置.

1. SEEK_CUR : 文件指针当前位置
2. SEEK_END : 文件末尾
3. SEEK_SET : 文件最开始的位置
   第二个参数 向什么方向偏移 ： -1向左偏移， 2向右偏移

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ftell() - 告诉偏移量是多少
库函数形式：long ftell(FILE * stream);

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rewind - 使文件指针回到其实位置
**库函数形式：void rewind( FILE *stream );

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#include <stdio.h>
#include <assert.h>
int main(void)
{
	FILE* pf = fopen("D:\\code\\.c\\study_01\\test.txt", "r");
	assert(pf);
	//fgetc函数执行完，会使文件指针向后移一位
	printf("%c %d\n", fgetc(pf), ftell(pf)); //a 0
	printf("%c %d\n", fgetc(pf), ftell(pf)); //b 1
	
	fseek(pf, 2, SEEK_CUR);  
	printf("%c %d\n", fgetc(pf), ftell(pf)); //e 4
	
	fseek(pf, -1, SEEK_CUR);   
	printf("%c %d\n", fgetc(pf), ftell(pf)); //e 4

	rewind(pf);
	printf("%c %d\n", fgetc(pf), ftell(pf)); //a 0
	
	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

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为什么fgetc(),fputc()……返回值是int类型?
1. 字符返回的是ASCII码值，因此可以用int类型
2. 获取失败返回EOF，EOF本质是-1，不是ASCII码，因此不能用char类型
举例：fgetc读到字符0xFF时转换成32位为0x000000FF返回 ，代码中用 char类型的ch接收，0x000000FF被截断，ch等于0xFF。 EOF值为 - 1，即0xFFFFFFFF, 与值为 0xFF（即 char 类型 - 1的表示方式）的ch比较时，ch转换成32位后为0xFFFFFFFF(32系统中int 类型 - 1的表示方式)，比较结果为相等，导致判断失误，程序提早退出。

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二进制模式操作文本文件

fwrite() - 二进制写文件
库函数形式 size_t fwrite(const void * buffer, size_t size, size_t count, FILE * stream);
返回写入的字符个数

#include <stdio.h>
struct S
{
	char arr[10];
	int num;
	float sc;
};
int main(void)
{
	struct S s = { "abcdef", 10, 5.5f };//字符串以二进制写入，
	//和以文本写入是一样的，故文本编译器提取时可以打印成正常所见
	FILE* pf = fopen("test.txt", "w");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//写文件
	fwrite(&s, sizeof(struct S), 1, pf);
	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

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fread() - 以二进制读
库函数形式：size_t fread( void * buffer, size_t size, size_t count, FILE * stream );
返回读取的元素个数

#include <stdio.h>
struct S
{
	char arr[10];
	int num;
	float sc;
};
int main(void)
{
	struct S s = {0};//字符串以二进制写入，
	//和以文本写入是一样的，故文本编译器提取时可以打印成正常所见
	FILE* pf = fopen("D:\\个人规划\\test.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//写文件
	fread(&s, sizeof(struct S), 1, pf);
	printf("%s %d %f\n", s.arr, s.num, s.sc);
	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

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结尾

文件相关函数不止这些，还有fprintf(),fscanf(),feof()……感兴趣的朋友可自行查阅。学完文件之后，可以尝试去做一下小程序，如通讯录，尝试将数据保存在文件中。