【零基础玩转C语言】C语言文件操作

于 2023-09-02 19:03:31 发布
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文章标签： c语言 开发语言
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C语言文件操作

1. 为什么使用文件

  • 我们前面学习结构体时，写了通讯录的程序，当通讯录运行起来的时候，可以给通讯录中增加、删除数据，此时数据是存放在内存中，当程序退出的时候，通讯录中的数据自然就不存在了，等下次运行通讯录程序的时候，数据又得重新录入，如果使用这样的通讯录就很难受。
  • 我们在想既然是通讯录就应该把信息记录下来，只有我们自己选择删除数据的时候，数据才不复存在。这就涉及到了数据持久化的问题，我们一般数据持久化的方法有，把数据存放在磁盘文件、存放到数据库等方式。
  • 使用文件我们可以将数据直接存放在电脑的硬盘上，做到了数据的持久化。

2. 什么是文件

磁盘上的文件是文件。
但是在程序设计中，我们一般谈的文件有两种：程序文件、数据文件（从文件功能的角度来分类的）。

2.1 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）。

2.2 数据文件

  • 文件的内容不一定是程序，而是程序运行时读写的数据，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。

本篇讨论的是数据文件。

在以前各章所处理数据的输入输出都是以终端为对象的，即从终端的键盘输入数据，运行结果显示到显示器上。
其实有时候我们会把信息输出到磁盘上，当需要的时候再从磁盘上把数据读取到内存中使用，这里处理的就是磁盘上文件。

2.3 文件名

一个文件要有一个唯一的文件标识，以便用户识别和引用。
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
为了方便起见，文件标识常被称为文件名。

3. 文件的打开和关闭

3.1 文件指针

缓冲文件系统中，关键的概念是“文件类型指针”，简称“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。该结构体类型是有系统声明的，取名FILE.
在这里插入图片描述

例如，VS2013编译环境提供的stdio.h头文件中有以下的文件类型申明:

struct _iobuf {
	char *_ptr;
	int _cnt;
	char *_base;
	int _flag;
	int _file;
	int _charbuf;
	int _bufsiz;
	char *_tmpfname;
};
typedef struct _iobuf FILE;

不同的C编译器的FILE类型包含的内容不完全相同，但是大同小异。
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结构的变量，并填充其中的信息，使用者不必关心细节。
一般都是*通过一个FILE的指针来维护这个FILE结构的变量，这样使用起来更加方便。

下面我们可以创建一个FILE*的指针变量:

FILE* pf;//文件指针变量

定义pf是一个指向FILE类型数据的指针变量。可以使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。也就是说，通过文件指针变量能够找到与它关联的文件。

比如：
在这里插入图片描述

3.2 文件的打开和关闭

文件在读写之前应该先打开文件，在使用结束之后应该关闭文件。
在编写程序的时候，在打开文件的同时，都会返回一个FILE*的指针变量指向该文件，也相当于建立了指针和文件的关系。

ANSIC 规定使用fopen函数来打开文件。函数原型如下：

FILE * fopen ( const char * filename, const char * mode );
  • filename字符串，包含要打开的文件的名称,并可以包括路径
  • mode字符串表示文件访问模式
  • 返回值：如果文件成功打开，函数将返回一个指向file对象的指针，该对象可用于在未来的操作中标识流。否则，将返回一个空指针。

访问文件的模式如下：

文件使用方式含义如果指定文件不存在
“r”（只读）为了输入数据，打开一个已经存在的文本文件出错
“w”（只写）为了输出数据，打开一个文本文件。如果具有相同名称的文件已经存在，则会丢弃其内容，并将该文件视为新的空文件。建立一个新的文件
“a”（追加）向文本文件尾添加数据建立一个新的文件
“rb”（只读）为了输入数据，打开一个二进制文件出错
“wb”（只写）为了输出数据，打开一个二进制文件建立一个新的文件
“ab”（追加）向一个二进制文件尾添加数据出错
“r+”（读写）为了读和写，打开一个文本文件出错
“w+”（读写）为了读和写，建议一个新的文件建立一个新的文件
“a+”（读写）打开一个文件，在文件尾进行读写建立一个新的文件
“rb+”（读写）为了读和写打开一个二进制文件出错
“wb+”（读写）为了读和写，新建一个新的二进制文件建立一个新的文件
“ab+”（读写）打开一个二进制文件，在文件尾进行读和写建立一个新的文件

ANSIC 规定使用fclose函数来关闭文件。函数原型如下：

int fclose ( FILE * stream );

实例代码：

/* fopen fclose example */
#include <stdio.h>
int main()
{
	FILE* pFile;
	//打开文件
	pFile = fopen("myfile.txt", "w");
	//文件操作
	if (pFile != NULL)
	{
		fputs("fopen example", pFile);
		//关闭文件
		fclose(pFile);
	}
	return 0;
}

4. 文件的顺序读写

功能函数名适用于
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

任何一个C程序，只要运行起来就会默认打开3个流：

  1. FILE* stdin - 标准输入流（键盘）
  2. FILE* stdout - 标准输出流（屏幕）
  3. FILE* stderr - 标准错误流（屏幕）

4.1 fputc

fputc函数原型如下：

int fputc ( int character, FILE * stream );
  • 将字符写入流。
  • 向流中写入一个字符并推进位置指示器。
  • 字符被写入流的内部位置指示器所指示的位置，然后该指示器自动前进一个。
  • 一旦成功，所写的字符就会返回。
  • 如果发生写入错误，则返回EOF并设置错误指示器。

实例代码

#include <stdio.h>

int main()
{
	//打开文件
	FILE* pf = fopen("test.txt", "w");
	//如果打开文件失败，打印错误信息并退出
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}

	//写文件
	char i = 0;
	for (i = 'a'; i < 'f'; i++)
	{
		fputc(i, pf);
	}

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

执行代码后可以在该代码的存放路径下找到我们所写入的文件test.txt
在这里插入图片描述

4.2 fgetc

fgetc函数原型如下：

int fgetc ( FILE * stream );
  • 从流中获取字符。
  • 返回指定流的内部文件位置指示器当前指向的字符。然后，内部文件位置指示器前进到下一个字符。
  • 如果调用时流位于文件末尾，则函数返回EOF并设置流的文件末尾指示符。
  • 如果发生读取错误，函数将返回EOF并设置流的错误指示器。

实例代码：

#include <stdio.h>

int main()
{
	//打开文件
	FILE* pf = fopen("test.txt", "r");
	//如果打开文件失败，打印错误信息并退出
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}

	//读文件
	int ch = 0;
	while ((ch = fgetc(pf)) != EOF)
	{
		printf("%c", ch);
	}

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

运行结果：

abcde

4.3 fputs

fputs的函数原型如下：

int fputs ( const char * str, FILE * stream );
  • 将str指向的C字符串写入流。
  • 函数开始从指定的地址（str）复制，直到到达终止的null字符（“\0”）。此终止null字符不会复制到流中。
  • 返回值:成功后，将返回一个非负值。出现错误时，函数返回EOF并设置错误指示器。

实例代码：

#include <stdio.h>

int main()
{
	//打开文件
	FILE* pf = fopen("test.txt", "w");
	//如果打开文件失败，打印错误信息并退出
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}

	//写文件
	fputs("hello world\n", pf);
	fputs("hello world\n", pf);
	fputs("hello world\n", pf);

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

执行代码后可以在该代码的存放路径下找到我们所写入的文件test.txt
在这里插入图片描述

4.4 fgets

fgets的函数原型如下：

char * fgets ( char * str, int num, FILE * stream );
  • 从流中读取字符，并将其作为C字符串存储到str中，直到读取了（num-1）个字符，或者到达换行符或文件末尾，以先发生的为准。
  • 换行符会使fgets停止读取，但函数会将其视为有效字符，并将其包含在复制到str的字符串中。
  • 在复制到str的字符之后，会自动附加一个终止的null字符。
  • 成功后，函数返回str。
  • 如果发生读取错误，则返回一个空指针（但str指向的内容可能已更改）。

实例代码：
将test.txt文件中的内容修改为abcdef，然后读取文件

#include <stdio.h>

int main()
{
	//打开文件
	FILE* pf = fopen("test.txt", "r");
	//如果打开文件失败，打印错误信息并退出
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}

	//读一行数据
	char str[6] = { 0 };
	fgets(str, 6, pf);//最多只能读5个字符，要留一个空位来放'\0'

	printf("%s\n", str);

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

运行结果：

abcde

4.5 fprintf

fprintf的函数原型如下：

int fprintf ( FILE * stream, const char * format, ... );
  • 将格式化数据写入流。
  • 如果format包含格式说明符（以%开头的子序列），则格式化后面的其他参数，并将其插入到结果字符串中，以替换其各自的说明符。
  • 成功后，将返回写入的字符总数。
  • 如果发生写入错误，则设置错误指示器（ferror）并返回负数。

代码示例：

#include <stdio.h>

typedef struct S
{
	char str[10];
	int age;
	float score;
}S;

int main()
{
	S s = { "zhangsan", 20, 90.5f };
	//打开文件
	FILE* pf = fopen("test.txt", "w");
	//如果打开文件失败，打印错误信息并退出
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}

	//写文件
	fprintf(pf, "%s %d %f", s.str, s.age, s.score);

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

执行代码后可以在该代码的存放路径下找到我们所写入的文件test.txt
在这里插入图片描述

4.6 fscanf

fscanf的函数原型如下：

int fscanf ( FILE * stream, const char * format, ... );
  • 从流中读取格式化数据，并根据参数格式将其存储到附加参数所指向的位置。
  • 附加参数应指向由格式字符串中相应的格式说明符指定的类型的已分配对象。
  • 成功时，函数返回成功填充的参数列表的项数。此计数可能与预期的项数匹配，也可能由于匹配失败、读取错误或到达文件末尾而减少（甚至为零）。
  • 如果在读取时发生读取错误或到达文件末尾，则设置正确的指示器（feof或ferror）。并且，如果在成功读取任何数据之前发生任何一种情况，则返回EOF。

实例代码：

#include <stdio.h>

typedef struct S
{
	char str[10];
	int age;
	float score;
}S;

int main()
{
	S s = {0};
	//打开文件
	FILE* pf = fopen("test.txt", "r");
	//如果打开文件失败，打印错误信息并退出
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}

	//读取数据
	fscanf(pf, "%s %d %f", s.str, &s.age, &s.score);

	//printf("%s %d %f\n", s.str, s.age, s.score);
	//fprintf这样写也等价于printf
	fprintf(stdout, "%s %d %f\n", s.str, s.age, s.score);

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

运行结果：

zhangsan 20 90.500000

4.7 fwrite

fwrite的函数原型如下：

size_t fwrite ( const void * ptr, size_t size, size_t count, FILE * stream );
  • 将count个元素的数组从ptr指向的内存块写入流中的当前位置，每个元素的大小为字节。
  • ptr指向要写入的元素数组的指针，转换为常量void*。
  • size表示要写入的每个元素的大小（以字节为单位）。
  • count表示元素的数量，每个元素的大小为字节。
  • stream指向指定输出流的FILE对象的指针。
  • 返回成功写入的元素总数。

实例代码：

#include <stdio.h>

typedef struct S
{
	char str[10];
	int age;
	float score;
}S;

int main()
{
	S s = { "zhangsan", 25, 50.5f };
	//以二进制的形式写到文件中
	FILE* pf = fopen("test.txt", "wb");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//二进制的方式写
	fwrite(&s, sizeof(struct S), 1, pf);

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

执行代码后可以在该代码的存放路径下找到我们所写入的文件test.txt
在这里插入图片描述
不过由于我们是以二进制的方式写入的，所以我们可能看不懂

4.8 fread

fread的函数原型如下：

size_t fread ( void * ptr, size_t size, size_t count, FILE * stream );
  • 从流中读取count个元素的数组，每个元素的大小为字节，并将它们存储在ptr指定的内存块中。
  • 返回成功读取的元素总数。

实例代码：

#include <stdio.h>

typedef struct S
{
	char str[10];
	int age;
	float score;
}S;

int main()
{
	S s = { 0 };

	FILE* pf = fopen("test.txt", "rb");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//二进制的方式读
	fread(&s, sizeof(struct S), 1, pf);
	printf("%s %d %f\n", s.str, s.age, s.score);

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

运行结果：

zhangsan 25 50.500000

4.9 对比一组函数

  • scanf/fscanf/sscanf
  • printf/fprintf/sprintf

scanf是针对标准输入的格式化输入语句

int scanf ( const char * format, ... );

printf是针对标准输出的格式化输出语句

int printf ( const char * format, ... );

fscanf是针对所有输入流的格式化输入语句

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

fprintf是针对所有输出流的格式化输出语句

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

sscanf是把一个字符串转换成一个格式化的数据

int sscanf ( const char * s, const char * format, ...);

sprintf是一个格式化的数据转换成一个字符串

int sprintf ( char * str, const char * format, ... );

实例代码：

#include <stdio.h>
struct S
{
	char arr[10];
	int age;
	float score;
};

int main()
{
	struct S s = { "zhangsan", 20, 55.5f };
	struct S tmp = { 0 };
	char buf[100] = { 0 };
	//把s中的格式化数据转化成字符串放到buf中
	sprintf(buf, "%s %d %f", s.arr, s.age, s.score);

	//"zhangsan 20 55.500000";
	printf("字符串：%s\n", buf);

	//从字符串buf中获取一个格式化的数据到tmp中
	sscanf(buf, "%s %d %f", tmp.arr, &(tmp.age), &(tmp.score));
	printf("格式化：%s %d %f\n", tmp.arr, tmp.age, tmp.score);
	return 0;
}

运行结果：

字符串：zhangsan 20 55.500000
格式化：zhangsan 20 55.500000

5. 文件的随机读写

5.1 fseek

fseek函数可以根据文件指针的位置和偏移量来定位文件指针

int fseek ( FILE * stream, long int offset, int origin );
  • offset是偏移的字节数
  • origin用作偏移参考的位置。它由中定义的以下常量之一指定，专门用作此函数的参数：
  • 在这里插入图片描述
  • 如果成功，函数将返回零。否则，它将返回非零值。

例子：
将test.txt文件中的内容设置为abcdef，然后执行代码

#include <stdio.h>
int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//读文件
	//定位文件指针
	fseek(pf, 2, SEEK_SET);
	int ch = fgetc(pf);//c
	printf("%c\n", ch);
	
	return 0;
}

运行结果：

c

5.2 ftell

ftell函数返回文件指针相对于起始位置的偏移量

long int ftell ( FILE * stream );

示例：

#include <stdio.h>
int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//读文件
	//定位文件指针
	fseek(pf, 2, SEEK_SET);
	int ch = fgetc(pf);//c
	printf("%c\n", ch);
	printf("%d\n", ftell(pf));//3
	
	return 0;
}

运行结果：

c
3

5.3 rewind

rewind函数让文件指针的位置回到文件的起始位置

void rewind ( FILE * stream );

示例：

#include <stdio.h>
int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//读文件
	//定位文件指针
	fseek(pf, 2, SEEK_SET);
	int ch = fgetc(pf);//c
	printf("%c\n", ch);
	printf("%d\n", ftell(pf));//3

	rewind(pf);
	ch = fgetc(pf);//a
	printf("%c\n", ch);
	
	return 0;
}

运行结果：

c
3
a

6. 文本文件和二进制文件

根据数据的组织形式，数据文件被称为文本文件或者二进制文件。

  • 数据在内存中以二进制的形式存储，如果不加转换的输出到外存，就是二进制文件。
  • 如果要求在外存上以ASCII码的形式存储，则需要在存储前转换。以ASCII字符的形式存储的文件就是文本文件。

一个数据在内存中是怎么存储的呢？
字符一律以ASCII形式存储，数值型数据既可以用ASCII形式存储，也可以使用二进制形式存储。
如有整数10000，如果以ASCII码的形式输出到磁盘，则磁盘中占用5个字节（每个字符一个字节），而二进制形式输出，则在磁盘上只占4个字节（VS2013测试）。
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
测试代码：

#include <stdio.h>
int main()
{
	int a = 10000;
	FILE* pf = fopen("test.txt", "wb");
	fwrite(&a, 4, 1, pf);//二进制的形式写到文件中
	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

在这里插入图片描述

7. 文件读取结束的判定

7.1 被错误使用的feof

牢记：在文件读取过程中，不能用feof函数的返回值直接用来判断文件的是否结束.
而是应用于当文件读取结束的时候，判断是读取失败结束，还是遇到文件尾结束。

  1. 文本文件读取是否结束，判断返回值是否为EOF（fgetc），或者NULL（fgets）
    例如：
    fgetc判断是否为EOF .
    fgets判断返回值是否为NULL .
  2. 二进制文件的读取结束判断，判断返回值是否小于实际要读的个数。
    例如：
    fread判断返回值是否小于实际要读的个数

正确的使用：
文本文件的例子：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
	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 EXIT_FAILURE;
	}
	//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) // 标准C I/O读取文件循环
	{
		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);
	fp = NULL;

	return 0;
}

二进制文件的例子：

#include <stdio.h>
enum { SIZE = 5 };
int main()
{
	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");//只有小于5个的元素
		else if (ferror(fp)) {
			perror("Error reading test.bin");
		}
	}
	fclose(fp);
	fp = NULL;

	return 0;
}

8. 文件缓冲区

ANSIC 标准采用“缓冲文件系统”处理的数据文件的，所谓缓冲文件系统是指系统自动地在内存中为程序中每一个正在使用的文件开辟一块“文件缓冲区”。从内存向磁盘输出数据会先送到内存中的缓冲区，装满缓冲区后才一起送到磁盘上。如果从磁盘向计算机读入数据，则从磁盘文件中读取数据输入到内存缓冲区（充满缓冲区），然后再从缓冲区逐个地将数据送到程序数据区（程序变量等）。缓冲区的大小根据C编译系统决定的。
在这里插入图片描述

#include <stdio.h>
#include <windows.h>

int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.txt", "w");
	fputs("abcdef", pf);//先将代码放在输出缓冲区
	printf("睡眠10秒-已经写数据了，打开test.txt文件，发现文件没有内容\n");
	Sleep(10000);
	printf("刷新缓冲区\n");
	fflush(pf);//刷新缓冲区时，才将输出缓冲区的数据写到文件（磁盘）
	//注：fflush 在高版本的VS上不能使用了
	printf("再睡眠10秒-此时，再次打开test.txt文件，文件有内容了\n");
	Sleep(10000);
	fclose(pf);
	//注：fclose在关闭文件的时候，也会刷新缓冲区
	pf = NULL;

	return 0;
}

这里可以得出一个结论：

  • 因为有缓冲区的存在，C语言在操作文件的时候，需要做刷新缓冲区或者在文件操作结束的时候关闭文件。
  • 如果不做，可能导致读写文件的问题。
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