深入理解文件系统：操作、分类与C语言实现-优快云博客

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1.为什么要使用文件

如果没有⽂件，我们写的程序的数据是存储在电脑的内存中，如果程序退出，内存回收，数据就丢失了。所以使用文件是为了将数据持久化地保存

2.什么是文件

文件是存储在某种长期储存设备或临时存储设备中的一段数据流，并且归属于计算机文件系统管理之下。所谓“长期储存设备”一般指磁盘、光盘、磁带等。

从文件功能的角度来区分分为程序文件和数据文件

2.1程序文件

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）。

2.2数据文件

数据文件用于储存数据，供程序运行时储存数据或读取数据。

程序运行时读取数据可以由键盘输入读取

也可以由磁盘上的数据文件里读取

2.3文件名

文件名：文件路径 + 文件名主干 + 文件后缀

3.二进制文件和文本文件

根据数据的组织形式，数据⽂件可区分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。

4.文件的打开和关闭

4.1流和标准流

4.1.1流

我们程序的数据需要输出到各种外部设备，也需要从外部设备获取数据，不同的外部设备的输⼊输出操作各不相同，为了⽅便程序员对各种设备进⾏⽅便的操作，我们抽象出了流的概念，我们可以把流想象成流淌着字符的河。

4.1.2标准流

为什么我们平时输入输出的时候感受不到流呢？

因为C语⾔程序在启动的时候，默认打开了3个流：

-stdin ：标准输⼊流，在⼤多数的环境中从键盘输⼊，scanf函数就是从标准输⼊流中读取数据。

-stdout ：标准输出流，⼤多数的环境中输出⾄显⽰器界⾯，printf函数就是将信息输出到标准输出流中。

-stderr ：标准错误流，⼤多数环境中输出到显⽰器界⾯。

stdin、stdout、stderr 三个流的类型是： FILE* ，通常称为⽂件指针。 C语⾔中，就是通过 FILE* 的⽂件指针来维护流的各种操作的。

4.2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

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* fp;//文件指针变量

定义fp是⼀个指向FILE类型数据的指针变量。可以使fp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间接找到与它关联的⽂件。

如图：

4.3C语言程序中文件的打开和关闭

c语言程序中要对文件进行操作，需要对文件进行打开，使用完后要关闭

打开文件需要用到函数

fopen

有以下打开方式

若指定文件不存在就在当前目录创建一个文件

如下例子：

#include<stdio.h>
int main()
{
    //打开文件
    FILE* pf = fopen("date.txt","w");
    if(pf == NULL)
    {
        //打开失败返回1
        return 1;
    }    
    //向文件写入数据
    fputs("fopen ",pf);
    //关闭文件
    fclose(pf);
    pf = NULL;
    return 0;
}

5.文件的顺序读写

5.1 文件的顺序读写的函数

fgetc 与 getchar 、fputc 与 putchar 、 fgets 与 gets 、 fputs 与 puts 、fscanf 与 scanf 、fprintf 与 printf 的使用很相似，不同点为后者们为对标准输入/输出（键盘/屏幕）进行操作，前者们为对文件进行输入/输出，在此不详细介绍

fread以二进制格式读取文件，读取count个大小为size字节的元素，将数据放入ptr指向空间中

fwrite将ptr指向空间的count个s大小为ize字节的元素以二进制格式写入文件

举例：

char * fgets ( char * str, int num, FILE * stream );//与gets的使用方法相似，从文件读取字符串

FILE* pf = fopen("date1.txt", "r");

char arr[10] = { 0 };

fgets(arr, 10, pf);//从pf所指向的文件里读取10个字符

int fscanf ( FILE * stream, const char * format, ... );//与scanf的使用方法相似，以指定格式从文件里读取数据

	struct Stu s = { "zhangsan",18,90.5 };
	
	FILE* fp = fopen("date2.txt", "r");
	struct Stu s2 = { 0 };

	fscanf(fp, "%s %zd %f", s2.name, &s2.age, &s2.score);//按格式读取文件里的数据赋给结构体s2

6.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。