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一、为什么使用文件？
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，等再次运⾏程序，是看不到上次程序的数据的，如果要将数据进行持久化的保存，我们可以使用文件。
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
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。
本章讨论的是数据⽂件。
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。
三、二进制文件和文本文件
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的⽂件中，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。
⼀个数据在文件中是怎么存储的呢？
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（VS2019测试）。
测试代码如下所示：
# 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VS上打开⼆进制⽂件：
vs上打开二进制的方法
10000在二进制文件中
四、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。
C程序针对⽂件、画面、键盘等的数据输⼊输出操作都是通过流操作的。
⼀般情况下，我们要想向流里写数据，或者从流中读取数据，都是要打开流，然后操作。我们下面所使用的fopen就是打开一个文件流。
4.1.2 标准流
那为什么我们从键盘输⼊数据，向屏幕上输出数据，并没有打开流呢？
那是因为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。
这是默认打开了这三个流，我们使用scanf、printf等函数就可以直接进行输入输出操作的。
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
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* 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间接找到与它关联的文件。如下所示：
4.3 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， 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 )
fopen需要两个参数，第一个参数是文件名，第二个参数是文件的打开方式。
如果打开成功就会返回与这个文件相关的文件信息区的指针，如果打开失败就会返回NULL，所以我们在打开文件后，需要额外在判断一下返回的文件指针是否为NULL;
fclose需要一个参数，就是文件指针。
| 文件使用方式 | 含义 | 如果文件不存在 |
|---|---|---|
| “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，打开了一个文本文件 | 建立一个新文件 |
| “a”（追加） | 向文本文件末尾添加数据 | 建立一个新文件 |
| “rb”（只读） | 为了输⼊数据，打开⼀个二进制文本文件 | 出错 |
| “wb”（只写） | 为了输出数据，打开一个二进制文件 | 建立一个新文件 |
| “ab”（追加） | 向一个二进制文件末尾添加数据 | 建立一个新文件 |
| “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，建立一个新的文件 | 建立一个新文件 |
| “a+”（读写） | 打开一个文件，在文件尾进行读写 | 建立一个新文件 |
| “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 | 建立一个新文件 |
实例代码：
# 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);pFile=NULL;}return 0 ;}
五、文件的顺序读写
5.1 顺序读写函数介绍
| 函数名 | 功能 | 适用于 |
|---|---|---|
| fgetc | 字符输入函数 | 所有输入流 |
| fputc | 字符输出函数 | 所有输入流 |
| fgets | 文本行输入函数 | 所有输入流 |
| fputs | 文本行输出函数 | 所有输入流 |
| fscanf | 格式化输入函数 | 所有输入流 |
| fprintf | 格式化输出函数 | 所有输入流 |
| frend | 二进制输入 | 文件输入流 |
| fwrite | 二进制输出 | 文件输出流 |
5.1.1 fputc的使用
fputc的函数原型如下：
int fputc ( int character, FILE * stream );
将character字符写入到文件流stream中，如下所示：我们将字符abc写到文件中。
函数的返回值是写入的字符，如果写入失败，就会返回EOF
#include<stdio.h>
int main() {
FILE* pf = fopen("text.txt", "w");
if (pf == NULL) {
perror("fopen:");
return 1;
}
//写文件
fputc('a', pf);
fputc('b', pf);
fputc('c', pf);
//关闭文件
fclose(pf);
pf = NULL;
return 0;
}这样我们就会把字符abc写到文件中了，我们查看文件，文件中有了abc这三个字符了。
现在我们想要将26个英文字符都存到文件中，如下所示：
#include<stdio.h>
int main() {
FILE* pf = fopen("text.txt", "w");
if (pf == NULL) {
perror("fopen:");
return 1;
}
//写文件
char ch = 'a';
while (ch <= 'z') {
fputc(ch, pf);
ch = ch + 1;
}
//关闭文件
fclose(pf);
pf = NULL;
return 0;
}我们查看文件就可以看见26个英文字母了。
5.1.2 fgetc的使用
fgetc的函数原型如下：
int fgetc ( FILE * stream );
从文件流中读取一个字符，如果成功读取字符的话，返回的是字符的ASCII值，如果读取遇到文件末尾，或者读取失败的时候就会返回EOF（-1）。
如下所示：
#include<stdio.h>
int main() {
FILE* pf = fopen("text.txt", "r");
if (pf == NULL) {
perror("fopen:");
return 1;
}
//读文件
char ch;
ch = fgetc(pf);
printf("%c ", ch);
ch = fgetc(pf);
printf("%c ", ch);
ch = fgetc(pf);
printf("%c ", ch);
//关闭文件
fclose(pf);
pf = NULL;
return 0;
}那我们如何把上面存取的26个字符都读出来呢？如下所示：
#include<stdio.h>
int main() {
FILE* pf = fopen("text.txt", "r");
if (pf == NULL) {
perror("fopen:");
return 1;
}
//读文件
char ch;
while ((ch=fgetc(pf)) != EOF) {
printf("%c", ch);
}
//关闭文件
fclose(pf);
pf = NULL;
return 0;
}运行结果如下：
5.1.3 fputs的使用
fputs函数原型如下：
int fputs ( const char * str, FILE * stream );
这个函数是将一个str所指向的字符串或者一个字符串常量写到stream文件流中，如下所示：
#include<stdio.h>
int main() {
FILE* pf = fopen("text.txt", "w");
if (pf == NULL) {
perror("fopen:");
return 1;
}
//写文件
fputs("hello world", pf);
fputs("hello bit", pf);
//关闭文件
fclose(pf);
pf = NULL;
return 0;
}我们使用两次fputs函数，会将“hello world”和“hello bit”写到文件中，那现在我们猜一下文件中是一行还是两行呢？答案如下所示：
为什么文件中不是两行，而是一行呢？
原因是：我们在写入hello world后，光标会停在d的后面，下一次写就会从光标的位置开始写，如果我们想要每一次写字符串都新起一行，可以在字符串后面加一个\n换行符，如下所示：
#include<stdio.h>
int main() {
FILE* pf = fopen("text.txt", "w");
if (pf == NULL) {
perror("fopen:");
return 1;
}
//写文件
fputs("hello world\n", pf);
fputs("hello bit\n", pf);
//关闭文件
fclose(pf);
pf = NULL;
return 0;
}文件中显示如下：
5.1.4 fgets的使用
fgets函数原型如下：
char * fgets ( char * str, int num, FILE * stream );
fgets有三个参数，它是指，从stream流中读取数据，读取最多num个字符，读到str所指向的内存中。
注意1：最多读取num个字节，但是最后一个包’\0’，所以相当于最多读取num-1个字节。如实例1:
注意2：如果文件中的数据小于num字符，他就只会读取这一行，\n也会被读进去，但是第二行是不会被读的。如实例2
注意3：如果读取成功，返回是是str地址，如果读取遇到文件末尾或者遇到错误，就会返回NULL.
实例1如下所示：
#include<stdio.h>
int main() {
FILE* pf = fopen("text.txt", "r");
if (pf == NULL) {
perror("fopen:");
return 1;
}
//读文件
char arr[10] = { 0 };
fgets(arr, 10, pf);
printf("%s", arr);
//关闭文件
fclose(pf);
pf = NULL;
return 0;
}输出结果如下：
我们最多读取10个字符，但是实际上只读取九个字符，第10个字符是‘\0’。
实例2如下所示：现在文件中的内容如下所示：
我们读取10个字符：
#include<stdio.h>
int main() {
FILE* pf = fopen("text.txt", "r");
if (pf == NULL) {
perror("fopen:");
return 1;
}
//读文件
char arr[20] ="xxxxxxxxxxxxxxxxxxx";
fgets(arr, 10, pf);
printf("%s", arr);
//关闭文件
fclose(pf);
pf = NULL;
return 0;
}
内存显示如下所示：
我们要读取10个字符，但是第一行只有5个字符，我们就会将换行符\n读进来，在加一个\0.
现在我们想要将文件中的多行数据都读出来，那应该怎么办呢：文件结构如下所示：
代码如下所示：
int main() {
FILE* pf = fopen("text.txt", "r");
if (pf == NULL) {
perror("fopen:");
return 1;
}
//读文件
char arr[20] = {0};
while (fgets(arr, 20, pf) != NULL) {
printf("%s", arr);
}
//关闭文件
fclose(pf);
pf = NULL;
return 0;
}输出结果如下所示：
那么问题来了，如果我们的第一行很长呢？超过20个字符，还会按照文件的格式输出出来吗？答案是可以的。如下所示：
文件结构如下：
使用上面的代码输出如下：
也是按照文件的格式输出出来的，这是为什么呢？
原因：程序第一次读取20个字符，它就会读取19个字符，再加一个\0，第二次读取就会从第20个字符开始读，如果读取的字符没有换行符，输出的时候就不会换行，而当我们读取到换行符的时候，读取就结束了，下一行的内容是不会被读取的。 下一次读取就从下一行开始。
5.1.5 fprintf的使用
fprintf的函数原型如下：
int fprintf ( FILE * stream, const char * format, ... );
printf的函数原型如下：
int printf ( const char * format, ... );
我们可以看到这两个函数非常相似，只是fprintf多了一个文件流，所以我们在使用fprintf的时候可以参考printf。如下所示：
#include<stdio.h>
struct S {
char name[20];
int age;
float score;
};
int main() {
struct S s = { "zhangsan",10,78.0f };
//想要把s中的数据存到文件中
FILE* pf=fopen("text.txt", "w");
if (pf == NULL) {
perror("fopen:");
return 1;
}
//写文件
fprintf(pf,"%s %d %f", s.name, s.age, s.score);
fclose(pf);
pf = NULL;
return 0;
}文件内容如下所示：
5.1.6 fscanf的使用
fscanf的函数原型如下：
int fscanf ( FILE * stream, const char * format, ... );
scanf的函数原型如下：
int scanf ( const char * format, ... );
我们可以看到这两个函数也非常相似，只是fscanf多了一个文件流，所以我们在使用fscanf的时候可以参考scanf。如下所示：
#include<stdio.h>
struct S {
char name[20];
int age;
float score;
};
int main() {
struct S s = { 0 };
//想要从文件text.txt中读取数据到s中
FILE* pf=fopen("text.txt", "r");
if (pf == NULL) {
perror("fopen:");
return 1;
}
//读文件
fscanf(pf,"%s %d %f", s.name, &s.age, &s.score);
//打印到屏幕上
printf("%s %d %f", s.name, s.age, s.score);
fclose(pf);
pf = NULL;
return 0;
}5.1.7 fwrite的使用
fwrite函数的原型如下：
size_t fwrite ( const void * ptr, size_t size, size_t count, FILE * stream );
ptr--Pointer to the array of elements to be written, converted to a const void*.
ptr是指指向数组元素的指针
size--Size in bytes of each element to be written
size是指我要写的数据多少个字节
count--Number of elements, each one with a size of size bytes
count是指我要写多少个数据
stream--Pointer to a FILE object that specifies an output stream
如下所示：
#include<stdio.h>
int main() {
int arr[] = { 1,2,3,4,5 };
FILE* pf = fopen("text.txt", "wb");
if (pf == NULL) {
perror("fopen");
return 1;
}
//写数据
fwrite(arr, sizeof(arr[0]), sizeof(arr) / sizeof(arr[0]), pf);//以二进制形式写
//关闭文件
fclose(pf);
pf = NULL;
return 0;
}5.1.8 fread的使用
fread函数原型如下：
size_t fread ( void * ptr, size_t size, size_t count, FILE * stream );
ptr--Pointer to a block of memory with a size of at least (size*count) bytes, converted to a void*.
从流中读取数据放到ptr所指向的空间里面
size--Size, in bytes, of each element to be read
size是指一个数据多大
count--Number of elements, each one with a size of size bytes
count是指要读多少个数据
stream--Pointer to a FILE object that specifies an input stream.
如下所示：
#include<stdio.h>
int main() {
int arr[5] = { 0 };
FILE* pf = fopen("text.txt", "rb");
if (pf == NULL) {
perror("fopen");
return 1;
}
fread(arr, sizeof(arr[0]), 5, pf);
for (int i = 0; i < 5; i++) {
printf("%d ", arr[i]);
}
fclose(pf);
pf = NULL;
return 0;
}运行结果如下：
5.2 对比一组函数
scanf----从标准输入流上读取格式化的数据
fscanf----从指定的输出流上读取格式化的数据
sscanf----在字符串中读取格式化的数据
fscanf的函数原型如下：
int fscanf ( FILE * stream, const char * format, ... );
scanf的函数原型如下：
int scanf ( const char * format, ... );
sscanf的函数原型如下：
int sscanf ( const char * s, const char * format, ...);
printf----把数据以格式化的形式打印在标准输出流上
fprintf----把数据以格式化的形式打印在指定的输出流上
sprintf----把格式化的数据转换成字符串
fprintf的函数原型如下：
int fprintf ( FILE * stream, const char * format, ... );
printf的函数原型如下：
int printf ( const char * format, ... );
sprintf的函数原型如下：
int sprintf ( char * str, const char * format, ... );
使用如下：
#include<stdio.h>
struct S {
char name[20];
int age;
float score;
};
int main() {
char buf[200] = { 0 };
struct S s = { "zhangsan",10,78.0f };
sprintf(buf,"%s %d %f", s.name, s.age, s.score);
printf("1以字符串的形式打印%s\n", buf);
struct S t = { 0 };
sscanf(buf,"%s %d %f", t.name, &(t.age), &(t.score));
printf("2按照格式打印 %s %d %f", s.name, s.age, s.score);
return 0;
}输入如下：
六、文件的随机读写
6.1 fseek
int fseek ( FILE * stream, long int offset, int origin );
offset：偏移量
origin：起始位置，有三个值可以选择。
| SEEK_SET | Beginning of file ---文件的起始位置 |
| SEEK_CUR | Current position of the file pointer ---文件指针的当前位置 |
| SEEK_END | End of file * ---文件末尾 |
如下所示：
int main() {
FILE* pf = fopen("text.txt", "r");
if (pf == NULL)
{
perror("fopen:");
return 1;
}
//读文件
char ch;
ch = fgetc(pf);
printf("%c ", ch);
fseek(pf, 4, SEEK_CUR);
ch = fgetc(pf);
printf("%c", ch);
fclose(pf);
pf = NULL;
return 0;
}6.2 ftell
返回⽂件指针相对于起始位置的偏移量。
函数原型如下：
long int ftell ( FILE * stream );
6.3 rewind
让⽂件指针的位置回到⽂件的起始位置
函数原型如下：
void rewind ( FILE * stream );
七、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函数的返回值直接来判断文件的是否结束。
feof 的作用是：当⽂件读取结束的时候，判断读取结束的原因是否是：遇到⽂件尾结束。
文件现在读取结束了，但是是什么原因读取结束的呢？
1.有可能是遇到文件末尾----使用feof判定
2.读取的时候发生了错误----使用ferror判定
打开一个流的时候，这个流上有两个标记值：1：是否遇到文件末尾。2：是否发生错误。
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。
int main() {
FILE* pf = fopen("text.txt", "r");
if (pf == NULL) {
perror("fopen:");
return 1;
}
char ch = 0;
while ((ch = fgetc(pf)) != EOF) {
printf("%c ", ch);
}
//判断是什么原因到时读取文件结束
if (feof(pf)) {
printf("遇到文件末尾正常结束");
}
else if (ferror(pf)) {
perror("fgetc:");
}
fclose(pf);
pf = NULL;
return 0;
}输出如下所示：
文件读取发生错误实例：我以读的方式打开文件。现在向文件里面写数据
#include<stdio.h>
int main() {
FILE* pf = fopen("text.txt", "r");
if (pf == NULL) {
perror("fopen:");
return 1;
}
//写文件
char ch = 0;
for (ch = 'a'; ch <= 'z'; ch++) {
fputc(ch, pf);
}
//判断是什么原因到时读取文件结束
if (feof(pf)) {
printf("遇到文件末尾正常结束");
}
else if (ferror(pf)) {
perror("fgetc:");
}
fclose(pf);
pf = NULL;
return 0;
}输出如下所示：
八、文件缓冲区
#include <stdio.h>
#include <windows.h>
//VS2019 WIN11环境测试
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;
}
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