「C语言标准IO全解析：缓冲机制、文件操作与定位技巧」

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/weixin_64279500/article/details/146416766

1. 标准IO：水管系统的「高效输水」

概念：在C库中定义的一组用于输入输出的函数，围绕流进行操作，流用FILE *来描述。

特点：

通过缓冲机制减少系统调用，提高效率，就像快递中转站批量处理包裹。
标准IO默认打开了三个流：stdin（标准输入）、stdout（标准输出）、stderr（标准错误）。

缓冲区：

全缓冲：与文件相关，缓冲区刷新条件包括程序正常退出、缓冲区溢出、强制刷新fflush、fclose关闭对应的流。
行缓冲：与终端相关，缓冲区刷新条件包括遇到\n、程序正常退出、缓冲区溢出、强制刷新fflush、fclose关闭对应的流。
不缓冲：没有缓冲区，标准错误。

计算缓冲区大小一般为1kb。

2. 函数接口：操作文件的「工具箱」

打开文件fopen：

FILE *fopen(const char *path, const char *mode)

功能：打开文件

参数：

path：打开的文件路径
mode：打开的方式，包括r、r+、w、w+、a、a+ 返回值：成功返回文件流，失败返回NULL

示例：

FILE *file = fopen("example.txt", "w");
// 检查文件是否成功打开
if (file == NULL) {
    // 打印错误信息
    perror("Failed to open file");
    return 1;
}
// 文件操作...
// 关闭文件
fclose(file);

// 其他打开模式如 "r"、"a+" 等可根据需要修改，只需将 mode 参数改为对应的模式字符串

关闭文件fclose：

int fclose(FILE* stream);

功能：关闭文件参数：stream：文件流

示例：

FILE *file = fopen("example.txt", "w");
// 检查文件是否成功打开
if (file == NULL) {
    // 打印错误信息
    perror("Failed to open file");
    return 1;
}
// 文件操作...
// 关闭文件并检查是否成功
if (fclose(file) != 0) {
    // 打印错误信息
    perror("Failed to close file");
    return 1;
}

读写操作：

按照字符串读写：

char * fgets(char *s, int size, FILE * stream);
int fputs(const char *s, FILE * stream);

fgets示例：

FILE *file = fopen("example.txt", "r");
// 检查文件是否成功打开
if (file == NULL) {
    // 打印错误信息
    perror("Failed to open file");
    return 1;
}
// 定义缓冲区
char buffer[1024];
// 循环读取文件内容
while (fgets(buffer, sizeof(buffer), file) != NULL) {
    // 打印读取的每一行
    printf("Read line: %s", buffer);
}
// 关闭文件
fclose(file);

// 通过修改 mode 参数为 "w" 或 "a" 等，可以实现不同的写入操作，fputs 的使用方式与上述示例类似，只需将读取操作替换为写入操作即可

按照二进制的方式进行读写：

size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);
size_t fwrite(const void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);

fread示例：

FILE *file = fopen("example.bin", "rb");
// 检查文件是否成功打开
if (file == NULL) {
    // 打印错误信息
    perror("Failed to open file");
    return 1;
}
// 定义存储数据的数组
int data[5];
// 从文件中读取数据
if (fread(data, sizeof(int), 5, file) != 5) {
    // 打印错误信息
    perror("Failed to read file");
}
// 关闭文件
fclose(file);

// fwrite 的使用方式与 fread 类似，只需将 fopen 的 mode 参数改为 "wb"，并将 fread 替换为 fwrite 即可实现写入操作

通过fgets实现"wc -l 文件名"命令功能：计算文件行数。

#include <stdio.h>

int count_lines(const char *filename) {
    // 打开文件
    FILE *file = fopen(filename, "r");
    // 检查文件是否成功打开
    if (file == NULL) {
        // 打印错误信息
        perror("Failed to open file");
        return -1;
    }
    // 定义行数计数器
    int count = 0;
    // 定义缓冲区
    char buffer[1024];
    // 循环读取文件内容
    while (fgets(buffer, sizeof(buffer), file) != NULL) {
        // 每读取一行，计数器加1
        count++;
    }
    // 关闭文件
    fclose(file);
    // 返回行数
    return count;
}

int main(int argc, char *argv[]) {
    // 检查命令行参数是否正确
    if (argc != 2) {
        // 打印使用说明
        printf("Usage: %s <filename>\n", argv[0]);
        return 1;
    }
    // 调用函数计算行数
    int lines = count_lines(argv[1]);
    // 检查是否成功计算行数
    if (lines == -1) {
        return 1;
    }
    // 打印行数
    printf("Number of lines: %d\n", lines);
    return 0;
}

3. 文件定位操作：文件中的「导航系统」

void rewind(FILE *stream);
int fseek(FILE *stream, long offset, int whence);
long ftell(FILE *stream);

rewind：将文件位置指针定位到起始位置。
fseek：文件的定位操作，参数包括文件流、偏移量和相对位置。
ftell：获取当前的文件位置。

注：当打开文件的方式为a或a+时，fseek不起作用。

rewind示例：

FILE *file = fopen("example.txt", "r");
// 检查文件是否成功打开
if (file == NULL) {
    // 打印错误信息
    perror("Failed to open file");
    return 1;
}
// 定义缓冲区
char buffer[1024];
// 循环读取文件内容
while (fgets(buffer, sizeof(buffer), file) != NULL) {
    // 打印读取的每一行
    printf("Read line: %s", buffer);
}
// 重置文件位置指针到起始位置
rewind(file);
// 再次循环读取文件内容
while (fgets(buffer, sizeof(buffer), file) != NULL) {
    // 打印读取的每一行
    printf("Read line again: %s", buffer);
}
// 关闭文件
fclose(file);

// fseek 和 ftell 的使用方式与上述示例类似，只需根据需要设置 offset 和 whence 参数即可实现不同的定位操作

避坑指南

缓冲区溢出可能导致数据丢失，注意合理设置缓冲区大小。
文件操作完成后务必关闭文件，避免资源泄漏。
使用fseek时，注意打开文件的方式是否兼容定位操作。