【C语言】有关“文件操作”的总结

已于 2024-02-06 17:44:50 修改
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分类专栏： C语言基础学习 文章标签： C
于 2024-02-06 17:43:46 首次发布
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本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/hdz_wiz_csdn/article/details/136060164
本文详细介绍了C语言中的文件操作。首先讲解了文件指针的定义，接着阐述了fopen()、fclose()等多个文件操作函数，包括其功能、原型、参数、返回值及注意事项，还说明了文件读写过程、标准流等内容，有助于掌握C语言文件操作。

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	🚀按照c语言学习的顺序，我总结了有关文件操作的函数和技巧，在此篇博客中我列写了一些主
要的文件操作函数及其相关技巧，以及文件相关的概念和定义，与此同时，还有对部分函数的简单
使用。

文章目录

一、文件指针

FILE *fp; 定义了一个文件指针fp

C 语言提供了一个 FILE 类型的数据结构，定义在头文件stdio.h中，所有文件操作函数都要通过这个数据结构，获取文件信息。

开始操作一个文件之前，就要定义一个指向该文件的 FILE 指针，相当于获取一块内存区域，用来保存文件信息。

二、fopen()

功能：使用指定模式打开并操作文件，它名字的第一个字符f，就代表file

函数原型：FILE *fopen(char *filename, char *mode);

参数：第一个参数是文件名(可以包含路径)；第二个参数是模式字符串，指定对文件执行的操作

返回值：返回一个 FILE 类型指针，其他函数可以用这个指针操作文件。如果无法打开文件（比如文件不存在或没有权限），会返回空指针 NULL。

fp = fopen("hello.txt", "r");
if (fp == NULL) {
  printf("Can't open file!\n");
  exit(EXIT_FAILURE);
}
模式描述
r读模式，只用来读取数据。如果文件不存在，返回 NULL 指针。
w写模式，只用来写入数据。如果文件存在，文件长度会被截为0，然后再写入；如果文件不存在，则创建该文件。
a写模式，只用来在文件尾部追加数据。如果文件不存在，则创建该文件。
r+读写模式。如果文件存在，指针指向文件开始处，可以在文件头部添加数据。如果文件不存在，返回 NULL 指针。
w+读写模式。如果文件存在，文件长度会被截为0，然后再写入数据。这种模式实际上读不到数据，反而会擦除数据。如果文件不存在，则创建该文件。
a+读写模式。如果文件存在，指针指向文件结尾，可以在现有文件末尾添加内容。如果文件不存在，则创建该文件。

比较一下，以上的模式有+相比之前产生了什么变化？

fopen()函数会为打开的文件创建一个缓冲区。C 语言通过缓存区，以流的形式，向文件读写数据。

  • 读模式下，创建的是读缓存区；
  • 写模式下，创建的是写缓存区；
  • 读写模式下，会同时创建两个缓冲区。

数据在文件里面，都是以二进制形式存储。

  • 以原本的二进制形式解读，叫做“二进制流”；
  • 将二进制数据转成文本，以文本形式解读，叫做“文本流”。
  • 写入操作也是如此，分成以二进制写入和以文本写入，后者会多一个文本转二进制的步骤。

模式字符串的后缀有b和x

  • 以上的模式字符串**，默认是以文本流读写。如果添加b后缀（表示 binary），就会以“二进制流”进行读写。**比如，rb是读取二进制数据模式，wb是写入二进制数据模式。

  • 模式字符串还有一个**x后缀**，表示独占模式（exclusive）。**如果文件已经存在，则打开文件失败；如果文件不存在，则新建文件，打开后不再允许其他程序或线程访问当前文件。**比如，wx表示以独占模式写入文件，如果文件已经存在，就会打开失败

  • 文本文件：每个字符都使用字符编码（如ASCII或Unicode）进行表示的文件

  • 二进制文件：使用01机器码表示的文件

  • 标准流

    Linux 系统默认提供三个已经打开的文件，它们的文件指针如下。

    • stdin（标准输入）：默认来源为键盘，文件指针编号为0。
    • stdout（标准输出）：默认目的地为显示器，文件指针编号为1。
    • stderr（标准错误）：默认目的地为显示器，文件指针编号为2。

    Linux 系统的文件，不一定是数据文件，也可以是设备文件，即文件代表一个可以读或写的设备。文件指针stdin默认是把键盘看作一个文件，读取这个文件，就能获取用户的键盘输入。同理，stdout和stderr默认是把显示器看作一个文件，将程序的运行结果写入这个文件，用户就能看到运行结果了。它们的区别是，stdout写入的是程序的正常运行结果，stderr写入的是程序的报错信息。

三、fclose()

功能：关闭 已接受文件指针 指向的文件

函数原型：int fclose(FILE *stream);

参数：文件指针

返回值：如果成功关闭文件，返回整数0；若操作失败(比如磁盘已满，或者出现 I/O 错误)，则返回一个特殊值 EOF（一般为-1）。

  • 有关EOF

    C 语言的文件操作函数的设计是，如果遇到文件结尾，就返回一个特殊值。程序接收到这个特殊值，就知道已经到达文件结尾了。

    头文件stdio.h为这个特殊值定义了一个**宏EOF（end of file 的缩写），它的值一般是-1。**这是因为从文件读取的二进制值，不管作为无符号数字解释，还是作为 ASCII 码解释，都不可能是负值，所以可以很安全地返回-1，不会跟文件本身的数据相冲突。

    需要注意的是，不像字符串结尾真的存储了\0这个值，EOF并不存储在文件结尾，文件中并不存在这个值，完全是文件操作函数发现到达了文件结尾，而返回这个值。

注意：

  1. 一般来说，系统对同时打开的文件数量有限制，及时关闭文件可以避免超过这个限制。
  2. 对于文件，有打开就有关闭，这样才能及时回收内存
#include <stdio.h>

int main(void) {
  FILE* fp;
  char c;
  fp = fopen("hello.txt", "r");
  if (fp == NULL) {
    return -1;
  }
  c = fgetc(fp);
  printf("%c\n", c);
  fclose(fp);
  return 0;
}

新建文件指针fp以后，依次使用了下面三个文件操作函数，分成三个步骤。其他的文件操作，大致上也是这样的步骤。

第一步，使用fopen()打开指定文件，返回一个 FILE 指针。如果出错，返回 NULL。

它相当于将指定文件的信息与新建的文件指针fp相关联，在 FILE 结构内部记录了这样一些信息：文件内部的当前读写位置、读写报错的记录、文件结尾指示器、缓冲区开始位置的指针、文件标识符、一个计数器（统计拷贝进缓冲区的字节数）等等。后继的操作就可以使用这个指针（而不是文件名）来处理指定文件。

同时，它还为文件建立一个缓存区。由于存在缓存区，也可以说fopen()函数“打开一个了流”，后继的读写文件都是流模式。

第二步，使用读写函数，从文件读取数据，或者向文件写入数据。上例使用了fgetc()函数，从已经打开的文件里面，读取一个字符。

fgetc()一调用，文件的数据块先拷贝到缓冲区。不同的计算机有不同的缓冲区大小，一般是512字节或是它的倍数，如4096或16384。随着计算机硬盘容量越来越大，缓冲区也越来越大。

fgetc()从缓冲区读取数据，同时将文件指针内部的读写位置指示器，指向所读取字符的下一个字符。所有的文件读取函数都使用相同的缓冲区，后面再调用任何一个读取函数，都将从指示器指向的位置，即上一次读取函数停止的位置开始读取。

当读取函数发现已读完缓冲区里面的所有字符时，会请求把下一个缓冲区大小的数据块，从文件拷贝到缓冲区中。读取函数就以这种方式，读完文件的所有内容，直到文件结尾。不过，上例是只从缓存区读取一个字符。当函数在缓冲区里面，读完文件的最后一个字符时，就把 FILE 结构里面的文件结尾指示器设置为真。于是，下一次再调用读取函数时，会返回常量 EOF。

第三步，fclose()关闭文件，同时清空缓存区。

上面是文件读取的过程，文件写入也是类似的方式，先把数据写入缓冲区，当缓冲区填满后，缓存区的数据将被转移到文件中。

四、fprintf()

功能：fprintf()用于向文件写入格式化字符串，用法与printf()类似。区别是printf()总是写入stdout，而fprintf()则是写入指定的文件。

函数原型：int fprintf(FILE* stream, const char* format, ...)

参数：第一个参数必须是文件指针，其余的用法和printf一样

返回值：返回值也和printf一样

// fprintf()可以替代printf()。
printf("Hello, world!\n");
fprintf(stdout, "Hello, world!\n");

五、fscanf()

功能：按照给定的模式，从文件中读取内容，用法跟scanf()类似。区别是scanf()总是从stdin读取数据，而fscanf()是从文件读入数据

函数原型：int fscanf(FILE* stream, const char* format, ...)

参数：第一个参数必须是文件指针，其余用法和scanf一样

返回值：fscanf()的返回值和scanf一样，是赋值成功的变量数量，如果赋值失败会返回 EOF。

注意：

  1. **使用fscanf()的前提是知道文件的结构，它的占位符解析规则与scanf()完全一致。**由于fscanf()可以连续读取，直到读到文件尾，或者发生错误（读取失败、匹配失败），才会停止读取，所以fscanf()通常放在循环里面。

    while(fscanf(fp, "%s", words) == 1) 
  puts(words); // fscanf()依次读取文件的每个词，将它们一行打印一个，直到文件结束。

  2. 一定情况下，fscanf和scanf是等价的

    // 等价scanf("%d", &a)
fscanf(stdin, "%d", &a);

六、fgetc()，getc()

功能：fgetc()和getc()用于从文件读取一个字符。

函数原型：int fgetc(FILE *stream); int getc(FILE *stream);

返回值：返回读取的字符，读取失败的情况下，它们会返回 EOF（-1）。

参数：都只有文件指针一个参数。

注意：

  1. 两者的区别是，getc()一般用宏来实现，而fgetc()是函数实现，所以前者的性能可能更好一些。
  2. 读取的文件必须是以读或者读写的方式打开的
  3. 使用一次该函数，文件指针的位置就会向后移动一个字节

  • 使用getc完成文件中字符出现次数的统计

    #include <stdio.h>
#include <stdlib.h> // for `exit`
#include <ctype.h> // for `isalpha`

int main(int argc, char *argv[]){
    int ch, get_ch;   // for accident EOF (-1)
    FILE *fp;
    unsigned long count = 0;

    if (argc != 3 && isalpha(argv[2][0])){
        printf("Usage %s file letter\n", argv[0]);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
		
		// receive charachter, DO NOT WRITE ERROR NUMBER SUCH AS 3 OR 1
		get_ch = argv[2][0]; 

    if ((fp = fopen(argv[1], "r")) == NULL){
        printf("can't open %s\n", argv[1]);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    while ((ch = getc(fp)) != EOF){
        if (ch == get_ch){
					count++;
				} 
    }

    fclose(fp);
    printf("The file `%s` have  `%2lu` `%c`.\n", argv[1], count, get_ch);
    return 0;
}

七、fputc()，putc()

功能：fputc()和putc()用于向文件写入一个字符。

函数原型：int fputc(int char, FILE *stream); int putc(int char, FILE *stream);

返回值：返回写入的字符，若是写入失败，返回 EOF（-1）。

参数：第一个参数是待写入的字符，第二个参数是文件指针。

注意：

  1. **putc()通常是使用宏来实现，而fputc()只作为函数来实现，所以理论上，putc()的性能会好一点。**
  2. 被写入的文件可以用写、读写、追加的方式打开
  3. 每写入一个字符，文件指针的位置就会向后移动一个字节。

  • 使用putc和getc实现文件复制

    FILE *fp1, *fp2;
char ch; // 临时变量

// 将fp1... 复制到 fp2...
while ((ch = getc(fp1)) != EOF){ // 核心代码
    putc(ch, fp2);
}

  • 使用putc和getc实现输出文件内容的同时并记录文件的字符长度

    #include <stdio.h>
#include <stdlib.h> // for `exit`

int main(int argc, char *argv[]){
    int ch;   // for accident EOF (-1)
    FILE *fp;
    unsigned long count = 0;

    if (argc != 2){
        printf("Usage %s letter\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);
        count++;
    }

    fclose(fp);
    printf("\nThe file `%s` have  `%2lu` Bytes length.\n", argv[1], count);
    return 0;
}

  • 使用fputc和fgetc向文件中输入一句话

    // 其实截至条件就是 ENTER，若是改成其他的可以无限输入
while ((fputc(fgetc(stdin), fp)) != '\n')
		continue;

八、fgets()

功能：fgets()用于从文件读取指定长度的字符串。

函数原型：char *fgets(char *str, int STRLEN, File *fp);

参数：它的第一个参数str是一个字符串指针，用于存放读取的内容。第二个参数STRLEN指定读取的长度，第三个参数是一个 FILE 指针，指向要读取的文件。

返回值：返回指向第一个参数的指针，读取失败则返回空指针 NULL。

注意：

  1. fgets()读取 STRLEN - 1 个字符之后，或者遇到换行符与文件结尾，就会停止读取，然后在已经读取的内容末尾添加一个空字符\0，使之成为一个字符串。注意，fgets()会将换行符（\n）存储进字符串。

  • 读取文件的每一行

    #include <stdio.h>

int main(void) {
  FILE* fp;
  char s[1024];  // 数组必须足够大，足以放下一行
  int linecount = 0;

  fp = fopen("hello.txt", "r");

  while (fgets(s, sizeof(s), fp) != NULL)
    printf("%d: %s", ++linecount, s); // 输出该行和行号

  fclose(fp);
}

  • 循环读取用户的输入。

    // 如果用户输入的字符串大于9个字符，fgets()会多次读取。直到遇到q + 回车键，才会退出循环。
char words[10];

puts("Enter strings (q to quit):");

// 字符串地址保持不变
// 内容会不断变化，直至条件为真跳出循环
while (fgets(words, 10, stdin) != NULL) {
  if (words[0] == 'q' && words[1] == '\n')
    break;

  puts(words);
}

puts("Done.");

  • 读取输入行，删除存储在字符串中的换行符，如果没有换行符，则丢弃数组装不下的字符。

    #include <stdio.h>

int main(){
	char s[1024];
	while(s_gets(s, 1024) != NULL && s[0] != '\0'){ // '\n' -> '\0'
		puts(s);
		printf("Enter string: ");
	}
	return 0;
}

char *s_gets(char *str, int length){
	char *ret_val = fgets(str, length, stdin); // 从键盘获取输入
	int i = 0;

	if (ret_val){ // 若输入字符串成功， 对字符串进行二次处理
		while(str[i] != '\0' && str[i] != '\n')
			i++;
		/*
		然而，如果输入的字符串长度超过了定义的length参数，fgets函数会将多
余的字符留在输入缓冲区中，导致下一次循环时仍然可以读取到这些字符，从而
陷入死循环。要解决这个问题，您可以在清空缓冲区之前，先判断输入缓冲区中
是否还有剩余字符，如果有的话就使用一个循环来读取并丢弃这些字符。
		*/

		if (str[i] == '\n'){
			str[i] = '\0'; // 彻底成为字符串，末尾是'\0'而不是fgets自带的'\n'
		} else { // else 换成if判断的话，出现的问题！！
			while (getchar() != '\n') // 目的是清空缓存区
				continue; 
		}
	}
	return ret_val;
}

九、fputs()

功能：fputs()函数用于向文件写入字符串

函数原型：int fputs(const char *str, FILE *stream);

返回值：返回一个非负整数，写入失败则返回 EOF（-1）。

参数：它接受两个参数，第一个参数是字符串指针，第二个参数是要写入的文件指针。

注意：

  1. 和puts()函数只有一点不同，**那就是它不会在字符串末尾添加换行符。**这是因为fgets()保留了换行符，所以fputs()就不添加了。fputs()函数通常与fgets()配对使用。

十、fwrite()

功能：fwrite()用来一次性写入较大的数据块，主要用途是将数组数据一次性写入文件，适合写入二进制数据。它的原型定义在头文件stdio.h。

函数原型：

size_t fwrite( const void *ptr, // 数组指针。 size_t size, // 每次输入内存的字节大小。 size_t nmemb, // 输入多少个内存。 FILE *fp // 要写入的文件指针。 );
参数：fwrite()原型的第一个参数类型是void*，这是一个无类型指针，编译器会自动将参数指针转成void*类型。正是由于fwrite()不知道数组成员的类型，所以才需要知道每个成员的大小（第二个参数）和成员数量（第三个参数）。

返回值：fwrite()函数的返回值是成功写入的数组成员的数量（注意不是字节数）。正常情况下，该返回值就是第三个参数nmemb，但如果出现写入错误，只写入了一部分成员，返回值会比nmemb小。

注意：

  1. fwrite()实际上可以写入任何类型的数据，而不仅仅是数组。比如，fwrite()可以将一个 struct 结构写入文件保存。

    fwrite(&s, sizeof(s), 1, fp);

    上面示例中，s是一个 struct 结构指针，可以看成是一个成员的数组。注意，如果s的属性包含指针，存储时需要小心，因为保存指针可能没意义，还原出来的时候，并不能保证指针指向的数据还存在。

  • 写入二进制文件

    #include <stdio.h>

int main(void) {
  FILE* fp;
  unsigned char bytes[] = {5, 37, 0, 88, 255, 12};

  fp = fopen("output.bin", "wb"); // wb 二进制写入
  fwrite(bytes, sizeof(char), sizeof(bytes) / sizeof(char), fp);
  fclose(fp);
  return 0;
}

    上面例子写入的文件output.bin，使用十六进制编辑器打开，05 25 00 58 ff 0c。

十一、fread()

功能：fread()函数用于一次性从文件读取较大的数据块，主要用途是将文件内容读入一个数组，适合读取二进制数据。它的原型定义在头文件stdio.h。

函数原型：

size_t fread( void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *fp );

参数：fread()原型的第一个参数类型是void*，这是一个无类型指针，编译器会自动将参数指针转成void*类型。正是由于fread()不知道数组成员的类型，所以才需要知道每个成员的大小（第二个参数）和成员数量（第三个参数）。

返回值：读取的内存的数量。正常情况下，该返回值就是第三个参数nmemb，但如果出现读取错误或读到文件结尾，该返回值就会比nmemb小。所以，检查fread()的返回值是非常重要的。

注意：

  1. fread()和fwrite()可以配合使用。在程序终止之前，使用fwrite()将数据保存进文件，下次运行时再用fread()将数据还原进入内存。
  2. 二进制数据可能包含空字符\0，这是 C 语言的字符串结尾标记，所以读写二进制文件，不适合使用文本读写函数（比如fprintf()等）

  • 生成二进制文件

    #include <stdio.h>

int main(void) {
  FILE* fp;
  unsigned char c;

  fp = fopen("output.bin", "rb");

  while (fread(&c, sizeof(char), 1, fp) > 0) 
    printf("%d\n", c);
  return 0;
}

  • 使用fwrite和fread实现文件复制

    FILE *fp1, *fp2;
char buffer[1024];

size_t readBytes;
// 将fp1指向文件中的内容 复制到 fp2指向文件中
// 利用每次的返回值都为第三个参数的特性来不断循环，直至完全复制成功
while ((readBytes = fread(buffer, sizeof(char), sizeof(buffer)/sizeof(char), fp1)) > 0){
		fwrite(buffer, sizeof(char), readBytes, fp2);
}

十二、feof()

功能：判断文件的内部指针是否指向文件结尾

函数原型：int feof(FILE *fp);

参数：文件指针

返回值：如果已经到达文件结尾，会返回一个非零值（表示 true）；否则返回0（表示 false）

注意：

  1. 文件操作函数若返回 EOF，有两种可能，一种可能是已读取到文件结尾，另一种可能是出现读取错误。feof()可以用来判断到底是那一种情况。

    // 通过循环判断feof()是否读到文件结尾，从而实现读出整个文件内容

int num;
char name[50];

FILE *cfPtr = fopen("clients.txt", "r");

// 要求文件内容有一定格式
while (!feof(cfPtr)) {
  fscanf(cfPtr, "%d%s\n", &num, name);
  printf("%d %s\n", num, name);
}

fclose(cfPtr);

  2. feof()为真时，表明文件内部的指针已经到达文件结尾，可以通过fseek()、rewind()、fsetpos()函数改变文件内部读写位置的指示器，从而清除这个函数的状态。

  3. 每个文件指针都有一个内部指示器（内部指针），记录当前打开的文件的读写位置（file position），即下一次读写从哪里开始。文件操作函数（比如getc()、fgets()、fscanf()和fread()等）都从这个指示器指定的位置开始按顺序读写文件。

十三、fseek()

功能：fseek()可以改变文件内部指针的位置。

函数原型：int fseek(FILE *stream, long int offset, int whence);

参数：

  1. stream：文件指针。

  2. offset：移动字节数。类型为 long int**（后缀加L）**，可以为正值（向文件末尾移动）、负值（向文件开始处移动）或 0（保持不动）。3.

  3. whence：位置基准，用来确定计算起点。

    它的值是以下三个宏（定义在stdio.h）：SEEK_SET（文件开始处）、SEEK_CUR （内部指针的当前位置）、SEEK_END（文件末尾）

返回值：正常情况下，fseek()的返回值为0。如果发生错误（如移动的距离超出文件的范围），返回值为非零值（比如-1)。

注意

  1. fseek()最好只用来操作二进制文件，不要用来读取文本文件。因为文本文件的字符有不同的编码，某个位置的准确字节位置不容易确定。

    // 定位到文件开始处
fseek(fp, 0L, SEEK_SET);

// 定位到文件末尾
fseek(fp, 0L, SEEK_END);

// 从当前位置后移2个字节
fseek(fp, 2L, SEEK_CUR);

// 定位到文件第10个字节
fseek(fp, 10L, SEEK_SET);

// 定位到文件倒数第10个字节
fseek(fp, -10L, SEEK_END);

  • 逆向输出文件的所有字节，即逆序输出文件内容

    for (count = 1L; count <= size; count++) {
  fseek(fp, -count, SEEK_END);
	putchar(getc(fp));
}

十四、ftell()

功能：确定文件内部指示器的当前位置。

函数原型：long int ftell(FILE *stream);

参数：一个文件指针

返回值：返回文件内部指示器从开头到当前位置的字节数。0表示文件开始处。如果发生错误，ftell()返回-1L。

十五、rewind()

功能：让文件的内部指示器回到文件开始处。

函数原型：void rewind(file *stream);

参数：一个文件指针

无返回值

注意：

  • rewind(fp)基本等价于fseek(fp, 0L, seek_set)，唯一的区别是rewind()没有返回值，而且会清除当前文件的错误指示器。

十六、ferror()

所有的文件操作函数如果执行失败，都会在文件指针里面记录错误状态。后面的操作只要读取错误指示器，就知道前面的操作出错了。

功能：ferror()函数用来返回错误指示器的状态。可以通过这个函数，判断前面的文件操作是否成功。

函数原型：int ferror(FILE *stream);

参数：一个文件指针。

返回值：如果前面的操作出现错误，ferror()就会返回一个非零整数（表示 true），否则返回0。

十七、clearerr()

功能：clearerr()函数用来重置出错指示器。它的原型定义在头文件stdio.h。

函数原型：void clearerr(FILE* fp);

参数：一个文件指针

没有返回值。

下面是一个例子。

FILE* fp = fopen("file.txt", "w");
char c = fgetc(fp);

if (ferror(fp)) {
  printf("读取文件：file.txt 时发生错误\\n");
}

clearerr(fp);

上面示例中，fgetc()尝试读取一个以”写模式“打开的文件，读取失败就会返回 EOF。这时调用ferror()就可以知道上一步操作出错了。处理完以后，再用clearerr()清除出错状态。

文件操作函数如果正常执行，ferror()和feof()都会返回零。如果执行不正常，就要判断到底是哪里出了问题。

if (fscanf(fp, "%d", &n) != 1) {
  if (ferror(fp)) {
    printf("io error\\n");
  }
  if (feof(fp)) {
    printf("end of file\\n");
  }

  clearerr(fp);

  fclose(fp);
}

上面示例中，当fscanf()函数报错时，通过检查ferror()和feof()，确定到底发生什么问题。这两个指示器改变状态后，会保持不变，所以要用clearerr()清除它们，clearerr()可以同时清除两个指示器。

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