C语言中的文件操作详解-优快云博客

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一.文件操作的意义

我们在运行程序的时候，会输入各种数据，当程序结束运行，这些数据就都不存在了。我们在想，是否可以做到数据的持久化，当我们想删除数据的时候数据才消失。我们一般数据持久化的方法是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。

二.什么是文件

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

这篇文章主要讲解的是数据文件

以前我们所处理的数据的输入输出都是以终端为对象，即从终端的键盘输入数据，运行结果显示到屏幕上。

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

其中C:\code\是文件路径，test是文件名主干，.txt是文件后缀

我们把这个唯一的文件标识称为文件名

三.文件的打开和关闭

3.1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。该结构体类型是有系统
声明的，取名FILE

例如，vs2013编译环境提供的头文件stdio.h下的文件类型声明

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

所以要引入一个关键的概念--“文件指针”，一般通过一个FILE类型的指针来维护这个结构类型的变量，使我们的使用更加方便

比如，我们可以通过创建一个文件指针pf1来访问文件f1

FILE*pf1=fopen(f1,"r");//打开文件f1并且创建一个文件指针pf1指向它

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

文件在打开的同时会返回一个与之关联的文件指针，我们只要接收这个指针就可以访问这个文件

ANSIC 规定使用fopen函数来打开文件，fclose来关闭文件

//打开文件
FILE * fopen(const char * filename,const char *mode);
//关闭文件
int fclose(FILE * stream);

filename表示要打开文件的名字，mode表示对文件进行操作的方式

fopen函数如果打开文件成功会返回指向这个文件的文件指针，如果打开失败会返回空指针NULL

fclose如果关闭文件成功会返回0，关闭失败会返回EOF

文件的打开方式有如下几种

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，同时会把该文件原有的内容清空	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，同时会把该文件原有的内容清空	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，打开一个文本文件，同时会把该文件原有的内容清空	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，打开一个二进制文件，同时会把该文件原有的内容清空	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

例如

FILE* fp = fopen("../date.txt", "w");//打开文件
if (fp == NULL)
 {
  perror("fopen:");
  return 0;
 }
else fclose(fp);//关闭文件

文件名路径可以写绝对路径和相对路径

例如

绝对路径就是把文件的路径完整地写下来

D:\\code\\test.txt

如果文件在当前目录，只需要写出主干+文件后缀即可，如果在上一级目录，需要写../+主干+后缀

test.txt文件和程序源文件在同一级目录下

test.txt

test.txt文件在源文件的上一级目录

../test.txt

3.3 文件的顺序读写

文件的顺序读写需要下面的函数来实现

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

fgetc和fputc

下述stream表示指向该文件的文件指针

int fgetc ( FILE * stream );//fgetc成功读到字符会返回该字符，失败返回EOF
int fputc ( int character, FILE * stream );//同fgetc

来看下面的代码示例

FILE* fp = fopen("../date.txt", "w");//打开文件
if (fp == NULL)
{
  perror("fopen:");
  return 0;
}
fputc('1', fp);
fputc('2', fp);
fputc('3', fp);
fputc('4', fp);
fputc('5', fp);
fclose(fp);

运行结果是

int main()
{
    FILE* fp = fopen("../date.txt", "r");//打开文件
    if (fp == NULL)
    {
        perror("fopen:");
        return 0;
    }
    char ch = 0;
    while ((ch = fgetc(fp)) != EOF)
    {
        putchar(ch);//将读到的字符打印
    }
    fclose(fp);
    return 0;
}

fgets和fputs

char * fgets ( char * str, int num, FILE * stream );
//从文件中最多读取num-1个字符放到str中
//再放入\0
int fputs ( const char * str, FILE * stream );
//将str指向的字符串写到stream指向的文件里

来看下面的代码示例

int main()
{
    FILE* fp = fopen("../date.txt", "w");
    if (fp == NULL)
    {
        perror("fopen:");
        return 0;
    }
    fputs("今天是个新开始\n", fp);
    fputs("所以要比昨天进步一点点", fp);
    fclose(fp);
    return 0;
}

运行结果

fputs将字符串写入文件时不会自动增加换行符，所以如果想换行需要手动写\n

int main()
{
    FILE* fp = fopen("../date.txt", "r");
    if (fp == NULL)
    {
        perror("fopen:");
        return 0;
    }
    char read[100] = { 0 };
    fgets(read,50, fp);
    puts(read);
    fclose(fp);
    return 0;
}

fgets每次只能读取一行数据，所以“要比昨天进步一点点”并没有被打印出来

fscanf和fprintf

...表示是可变参数列表，表示可以是一个参数，也可以是多个参数

format是指输入/输出格式

比如printf("%d %s",8,"family");中的8和family就是可变参数列表里的参数，"%d %s"就是输出格式

int fscanf ( FILE * stream, const char * format, ... );
//把stream的内容按照format的格式写入到可变参数列表里的参数里
int fprintf ( FILE * stream, const char * format, ... );
//把参数按照format格式写到stream指向的文件里

来看代码示例

typedef struct Student
{
    char name[20];
    int age;
    int num;
}Stu;

int main()
{
    FILE* fp = fopen("../date.txt", "w");
    if (fp == NULL)
    {
        perror("fopen:");
        return 0;
    }
    Stu s1 = { "赵武",18,117 };//定义一个学生类型的变量
    fprintf(fp, "%s %d %d\n", s1.name, s1.age, s1.num);
    Stu s2 = { "张柳",19,118 };
    fprintf(fp, "%s %d %d\n", s2.name, s2.age, s2.num);
    fclose(fp);
    return 0;
}

运行结果是

FILE* fp = fopen("../date.txt", "r");
if (fp == NULL)
{
   perror("fopen:");
   return 0;
}
Stu s1 , s2;
fscanf(fp, "%s %d %d", s1.name, &s1.age, &s1.num);
fgetc(fp);//把\n读取出来
fscanf(fp, "%s %d %d", s2.name, &s2.age, &s2.num);
printf("%s %d %d\n", s1.name, s1.age, s1.num);
printf("%s %d %d\n", s2.name, s2.age, s2.num);
fclose(fp);

C语言中流的讲解

细心的同学会发现，上面的函数适用范围为是所有输入/输出流

这是什么意思呢，来看下图

数据不论是从内存到外部还是从外部流入内存都不是直接传输的，而是通过流作为介质

因此内存只需要关心将数据发给流即可，外部的数据导入内存也只需要传给流

任何一个C语言程序运行的时候都会默认打开三个流

stdin--标准输入流（键盘）
stdout--标准输出流（屏幕）
stderr--标准错误流（屏幕）

而我们经常使用的scanf函数适用对象是标准输入流，printf函数适用对象是标准输出流

上面讲解的fscanf和fprintf函数就比它们厉害，适用对象是所有流

来看下面一组代码

int main()
{
    Stu s1, s2;
    //从键盘读取s1，s2的数据
    fscanf(stdin,"%s%d%d", s1.name, &s1.age, &s1.num);
    fscanf(stdin,"%s%d%d", s2.name, &s2.age, &s2.num);
    fprintf(stdout, "%s %d %d\n", s1.name, s1.age, s1.num);
    fprintf(stdout, "%s %d %d\n", s1.name, s1.age, s1.num);
    return 0;
}

下面是运行的结果

fwrite和fread

size_t fwrite ( const void * ptr, size_t size, size_t count, FILE * stream );
//ptr指向数据要存储的位置，size指每个读入元素的大小，count指要读入的元素个数,
//stream指向被读入文件
size_t fread ( void * ptr, size_t size, size_t count, FILE * stream );//同fwrite

代码示例

int main()
{
    FILE* fp = fopen("../date.txt", "w");
    if (fp == NULL)
    {
        perror("fopen:");
        return 0;
    }
    Stu s[2] = { { "张三",18,120 }, { "赵四",19,121 } };//定义一个有两个元素的数组，元素类型为Stu
    fwrite(s, sizeof(Stu), 2, fp);
    fclose(fp);
    return 0;
}

来看date.txt文件的二进制显示

下面我们再来二进制读取date.txt文件

int main()
{
    FILE* fp = fopen("../date.txt", "r");
    if (fp == NULL)
    {
        perror("fopen:");
        return 0;
    }
    Stu s1, s2;
    //读取文件内容
    fread(&s1, sizeof(Stu), 1, fp);
    fread(&s2, sizeof(Stu), 1, fp);
    //打印出来
    printf("%s %d %d\n", s1.name, s1.age, s1.num);
    printf("%s %d %d\n", s2.name, s2.age, s2.num);
    fclose(fp);
    return 0;
}

读者们在这里有没有感到一丝疑惑，为什么第一次读到的是张三的信息，第二次读的时候编译器很聪明的为我们读到了赵四的信息？

实际上，文件指针每读取/写入内容，都会移动到下一个要读取/写入的位置，那么我们是否可以把张三的信息读取两遍呢？这就不得不谈到随机读写了

3.4 文件的随机读写

fseek

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 );

stream指向被打开的文件，offset是文件指针相对于origin的偏移量（负数表示左偏移量，正数表示右偏移量），origin有三个参数，分别是文件开头SEEK_SET,文件指针当前位置SEEK_CUR,文件结尾SEEK_END

举例

int main()
{
    FILE* fp = fopen("../date.txt", "r");
    if (fp == NULL)
    {
        perror("fopen:");
        return 0;
    }
    Stu s1, s2;
    //读取文件内容
    fread(&s1, sizeof(Stu), 1, fp);
    fseek(fp, 0, SEEK_SET);//把文件指针移到文件开头
    fread(&s2, sizeof(Stu), 1, fp);
    //打印出来
    printf("%s %d %d\n", s1.name, s1.age, s1.num);
    printf("%s %d %d\n", s2.name, s2.age, s2.num);
    fclose(fp);
    return 0;
}

那么我们就可以打印两遍张三的信息了

ftell

返回文件指针相对于起始位置的偏移量
long int ftell ( FILE * stream );

int main()
{
    FILE* fp = fopen("../date.txt", "r");
    if (fp == NULL)
    {
        perror("fopen:");
        return 0;
    }
    Stu s1, s2;
    //读取文件内容
    fread(&s1, sizeof(Stu), 1, fp);
    printf("%d\n", ftell(fp));//打印文件指针偏移量
    fclose(fp);
    return 0;
}
//28

rewind

让文件指针的位置回到文件的起始位置
void rewind(FILE *fp)


int main()
{
    FILE* fp = fopen("../date.txt", "r");
    if (fp == NULL)
    {
        perror("fopen:");
        return 0;
    }
    Stu s1, s2;
    //读取文件内容
    fread(&s1, sizeof(Stu), 1, fp);//把张三信息给s1
    rewind(fp);//文件指针回到起始点
    fread(&s2, sizeof(Stu), 1, fp);//张三信息又给了s2
    fclose(fp);
    return 0;
}

四.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下十六进制显示
10 27 00 00（小端字节序）

五.文件读取结束的判定

被错误使用的feof和ferror

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是否读取结束

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。

来通过下面一组代码看看它们的正确使用

int main()
{
    FILE* fp = fopen("../date.txt", "r");
    if (fp == NULL)
    {
        perror("fopen:");
        return 0;
    }
    char str[100] = { 0 };
    while ((fgets(str, 50, fp)) != NULL)//判断文件是否读取结束
    {
        puts(str);
    }
    if (ferror(fp))//如果ferror返回真，说明文件读取异常结束
        puts("I/O error when reading");
    else if (feof(fp))//如果feof返回真，说明遇到文件结束标志正常结束
        puts("End of file reached successfully");
    fclose(fp);
    return 0;
}

六.文件缓冲区

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。

来看图说话

数据无论是从内存到硬盘还是从硬盘到内存，都要经过文件缓冲区。而只有文件缓冲区满了或者刷新文件缓冲区的时候，数据才会被传输到目的地

可以用下面这段代码验证文件缓冲区的存在

#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("已经写数据了，打开test.txt文件，发现文件没有内容，先睡眠20秒\n");
    Sleep(20000);
    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）
    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;
}

因此，我们在对文件进行读写操作时，一定要记得关闭文件，否则对文件所做的更改会没有保存