C语言——文件操作

小李很执着

发布于 2024-06-15 08:21:02

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1.什么是文件

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

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.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.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.文件类型

文件类型有很多，以下是一些常见的文件类型：

文字文件，如.txt、.doc、.docx、.pdf、.rtf等。它们通常包含文本信息，可以用文本编辑器或文档处理软件打开和编辑。
图像文件，如.jpg、.png、.gif、.bmp等。它们通常包含图像信息，可以用图像编辑软件打开和编辑。
音频文件，如.mp3、.wav、.aac、.flac等。它们通常包含声音信息，可以用音频播放器或音频编辑软件播放和编辑。
视频文件，如.mp4、.avi、.mov、.wmv等。它们通常包含视频信息，可以用视频播放器或视频编辑软件播放和编辑。
压缩文件，如.zip、.rar、.7z等。它们通常包含多个文件或文件夹，可以用压缩软件解压缩。
可执行文件，如.exe、.dll、.bat等。它们通常是计算机程序，可以在计算机上运行。
数据文件，如.csv、.xlsx、.dbf等。它们通常包含数据信息，可以用数据处理软件打开和处理。
网页文件，如.html、.htm、.php等。它们通常包含网页代码，可以用浏览器查看。

4.文件指针

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. 例如,VS2008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：

5.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。

FILE * fopen ( const char * filename, const char * mode );

filename：文件名        mode：打开方式

int fclose ( FILE * stream );

文件路径：相对路径和绝度路径相对路径 . 表示当前路径 .. 表示上一级路径

例如：

int main()
{
	//打开文件
	//FILE* pf = fopen(".\..\\..\\data.txt", "r");//相对路径
	//FILE* pf = fopen("D:\\code\\2023\\class111\\data.txt", "r");//绝对路径
	FILE* pf = fopen("data.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//写文件
	//...
	
	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

打开方式如下：

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	建立一个新的文件
“a”（追加）	向文本文件尾添加数据	出错
“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

实例代码：

FILE * fopen ( const char * filename, const char * mode );
int fclose ( FILE * stream );
/* fopen fclose example */
#include <stdio.h>
int main ()
{
 FILE * pFile;
 pFile = fopen ("myfile.txt","w");
 if (pFile!=NULL)
{
  fputs ("fopen example",pFile);
  fclose (pFile);
}
 return 0;
}

6.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
文本行输入函数	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

对比一组函数： scanf/fscanf/sscanf printf/fprintf/sprintf

scanf是格式化的输入函数，针对是标准输入流（键盘） printf是格式化的输出函数，针对的是标准出流（屏幕） scanf:和printf是针对标准输入/输出流的格式化输入/输出函数 fscanf是针对所有输入流（文件流、标准输入流）的格式化输入函数 fprintf是针对所有输出流（文件流、标准输出流）的格式化输出函数 sscanf:将字符串转成格式化的数据 sprintf:将格式化的数据转换成字符串

1. fgetc

fgetc()函数是C语言标准库中的一个函数，用于从指定的文件流中读取一个字符

int fgetc(FILE *stream);

其中，stream为指向FILE类型的指针，指向要读取的文件流。

函数返回值为读取的字符，如果读取失败或到达文件结尾，则返回EOF（-1）。

使用fgetc()函数时，需要先打开文件流，可以使用fopen()函数打开文件，然后使用fclose()函数关闭文件流。在读取文件时，可以使用循环结构来读取文件中的所有字符，直到读取到文件结尾或出现错误为止。

使用fgetc()函数从文件中读取字符并输出：

#include <stdio.h>
 
int main() {
    FILE *fp;
    int c;
 
    fp = fopen("test.txt", "r");
    if (fp == NULL) {
        printf("Failed to open file.\n");
        return 1;
    }
 
    while ((c = fgetc(fp)) != EOF) {
        putchar(c);
    }
 
    fclose(fp);
    return 0;
}

2.fputc

fputc函数是一个适用于所有输出流的字符输出函数，它的作用是将一个字符写入到指定的文件中。

int fputc（int c， FILE *stream）;

其中， c是要写入的字符，stream是指向要写入的文件的指针。如果函数执行成功，则返回写入的字符，否则返回EOF。

下面是一个使用fputc函数将字符写入文件的例子：

#include <stdio.h>
int main()
{
    FILE *fp;
    char ch = 'A';
    fp = fopen("test.txt", "w");
    if(fp == NULL)
    {
        printf("文件打开失败！");
        return 0;
    }
    fputc(ch, fp);
    fclose(fp);
    return 0;
}

3.fgets

fgets是C语言中的一个函数，它用于从指定的流中读取一行数据，直到达到指定的最大字符数或者遇到换行符或EOF（End Of File，文件结束标志）。

char *fgets(char *

4.fputs

fputs是C语言中的一个函数，用于将一个字符串写入到指定的文件流中，将一个字符串输出到指定的文件中，通常用于向文件中写入数据。

其函数原型如下：

int fputs(const char *str, FILE *stream);

参数解释：

str：这是指向要写入的字符串的指针。
stream：这是指向FILE对象的指针，该对象指定了一个输出流。

fputs函数将字符串写入文件流，直到遇到字符串结束符\0为止。如果成功写入字符串，则函数返回一个非负值；否则，返回EOF（-1）。

#include <stdio.h>

int main() {
    FILE *fp;
    char str[] = "Hello, World!";

    fp = fopen("output.txt", "w");  // 以写入模式打开文件
    if (fp == NULL) {
        perror("Error opening file");  // 打开文件失败
        return -1;
    }

    if (fputs(str, fp) == EOF) {  // 写入字符串到文件中
        perror("Error writing to file");  // 写入文件失败
        return -1;
    }

    fclose(fp);  // 关闭文件
    return 0;
}

5.fscanf

scanf函数是C语言标准库中的一个函数，用于从文件中读取格式化输入。

它的定义如下：

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

该函数从指定的流（stream）中读取数据，按照format中指定的格式进行解析，将解析出的数据存储到对应的变量中。其返回值为成功读取和解析的匹配项数量。

例如，以下代码可以从文件中读取一个整数并将其存储到变量n中：

#include <stdio.h>

int main() {
    FILE *fp = fopen("test.txt", "r");
    int n;
    if (fscanf(fp, "%d", &n) == 1) {
        printf("读取到的整数为：%d\n", n);
    } else {
        printf("读取失败！\n");
    }
    fclose(fp);
    return 0;
}

注意，在使用fscanf函数时需要注意格式字符串（format），格式字符串中使用了与printf函数类似的转换说明符，如%d表示读取一个整数，%f表示读取一个浮点数，%s表示读取一个字符串等。如果格式字符串中包含多个转换说明符，则对应传入的参数数量应与之相等，并且按照从左到右的顺序进行对应。在读取字符串时，需要特别注意字符串中不能有空格或换行符，否则会导致读取失败。

6.fprintf

fprintf函数是C语言中的一个标准函数, 用于将数据按照一定的格式输出到文件中。

其基本用法为：

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

参数解释：

stream：要输出到的文件指针，可以是标准输出、标准错误或者用户指定的文件指针。
format：输出格式字符串，与 printf 函数的格式字符串相同。
...：可变参数列表，与 printf 函数的参数相同。

fprintf函数的返回值为成功写入文件的字符数。如果出现错误则返回一个负数。

举个例子，输出字符串到标准输出：

#include <stdio.h>

int main() {
    char str[] = "Hello, world!";
    fprintf(stdout, "%s\n", str);
    return 0;
}

在这个例子中，fprintf函数将字符串 str 输出到了标准输出 stdout 中，输出的格式为字符串 %s。\n 表示换行。如果想将字符串输出到文件中，只需要将 stdout 替换为自定义的文件指针即可。

7.fread

read() 函数是用于从文件中读取二进制数据（如图像，音频等）的标准C函数。

它的语法如下：

size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t count, FILE *stream);

它的参数解释如下：

ptr：指向要读取数据的缓冲区的指针。
size：每个数据项的大小（单位是字节）。
count：要读取的数据项数。
stream：指向 FILE 结构的指针。

函数的返回值是实际读取的数据项数，如果没有读取到任何数据，则返回 0。

使用 fread() 函数时，需要先打开文件（可以使用 fopen() 函数），然后使用 fread() 函数从文件中读取数据。要读取的数据项数是 count，每个数据项的大小是 size。数据读取到缓冲区 ptr 中。

以下是一个例子，从文件中读取 10 个 int 型变量的值：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
   FILE *fp;
   int data[10];
   
   fp = fopen("datafile.bin", "rb");
   if (fp == NULL) {
      printf("Error opening file");
      exit(1);
   }
   
   fread(data, sizeof(int), 10, fp); 
   // 从文件中读取 10 个整数值，每个整数占 4 个字节

   fclose(fp);
   
   return 0;
}

8.fwrite

fwrite函数是C/C++中的一个文件写入函数，用于将数据写入文件。

函数的原型如下：

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

参数说明：

const void* ptr：指向要写入数据的指针。
size_t size：每个数据项的字节大小。
size_t count：要写入的数据项数目。
FILE* stream：文件指针，指向要写入的文件。

返回值为成功写入的数据项数。

使用示例：

#include <stdio.h>

int main() {
    FILE *fp = fopen("test.txt", "w");
    char str[] = "Hello, world!";
    int num = 123;
    fwrite(str, sizeof(char), strlen(str), fp); // 写入字符串
    fwrite(&num, sizeof(int), 1, fp); // 写入整数
    fclose(fp);
    return 0;
}

上述示例中，调用fwrite函数将字符串和整数写入了一个名为test.txt的文件中。注意，fwrite函数是按照二进制方式写入数据的，如果想要按照文本方式写入数据，需要使用fprintf函数。在调用fwrite函数之前，需要通过fopen函数打开文件并获取文件指针。最后，要通过fclose函数关闭文件。

7.文件的随机读写

1.fseek

seek函数是C标准库中的文件操作函数之一，用于在打开的文件中移动文件指针的位置。

它的原型为：

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

其中，stream是指向FILE类型的文件指针，offset是要移动的字节数，whence指定了基准位置。whence可以取以下值：

SEEK_SET：从文件开头计算偏移量
SEEK_CUR：从当前位置计算偏移量
SEEK_END：从文件末尾计算偏移量

例如，要将文件指针移动到文件开头，可以使用以下代码：

fseek(fp, 0L, SEEK_SET);

要将文件指针移动到文件末尾，可以使用以下代码：

fseek(fp, 0L, SEEK_END);

要将文件指针向前移动10个字节，可以使用以下代码：

fseek(fp, 10L, SEEK_CUR);

fseek函数返回0表示成功，返回非0值表示失败

以下是一个使用fseek函数移动文件指针的例子

#include <stdio.h>

int main() {
    FILE *fp = fopen("test.txt", "r");
    if (fp == NULL) {
        printf("Failed to open file.");
        return 1;
    }

    // 移动文件指针到第10个字节处
    fseek(fp, 10, SEEK_SET);

    // 读取文件指针当前位置的字符
    char ch = fgetc(fp);
    printf("The character at position 10 is '%c'\n", ch);

    fclose(fp);
    return 0;
}

2. ftell

返回文件指针相对于起始位置的偏移量

long int ftell ( FILE * stream );

参数stream是指向FILE类型的指针，指定要获取位置的文件流。

返回值为long int类型，表示当前读写指针相对于文件开头的偏移量。如果ftell执行失败，则返回-1。

例如，以下代码演示了如何使用ftell函数获取文件读写指针的当前位置：

#include <stdio.h>

int main() {
    FILE *fp = fopen("example.txt", "r");
    if (fp == NULL) {
        printf("Failed to open file.");
        return 1;
    }

    long int pos = ftell(fp);
    printf("Current position: %ld\n", pos);

    fclose(fp);
    return 0;
}

此代码打开一个名为example.txt的文件并使用ftell函数获取当前读写指针的位置，并将其打印到控制台上。最后关闭文件。

3.rewind

让文件指针的位置回到文件的起始位置

void rewind ( FILE * stream );

在编程中，rewind函数是C语言标准库中的一个文件操作函数，它的作用是将文件指针重置为文件开头。具体用法如下：

引入头文件：#include <stdio.h>
打开文件：使用fopen函数打开文件，并返回一个指向文件的指针。

FILE *fp;
fp = fopen("file.txt", "r");

3.读取文件：使用fgets、fscanf、fread等函数读取文件内容。

char buffer[4096];
fgets(buffer, 4096, fp);

4.重置文件指针：使用rewind函数将文件指针重置为文件开头。

rewind(fp);

5.关闭文件：使用fclose函数关闭文件

fclose(fp);

需要注意的是，rewind函数仅适用于顺序访问模式打开的文件。对于二进制文件或随机访问模式打开的文件，使用fseek函数进行指针重定位。

使用例子：

#include <stdio.h>

int main() {
    FILE *fp;
    char c;

    fp = fopen("example.txt", "r");
    if (fp == NULL) {
        printf("Cannot open file \n");
        return 0;
    }

    // 读取文件内容
    while ((c = getc(fp)) != EOF) {
        printf("%c", c);
    }

    // 将文件指针重置到开始位置
    rewind(fp);

    // 再次读取文件内容
    while ((c = getc(fp)) != EOF) {
        printf("%c", c);
    }

    fclose(fp);
    return 0;
}

在上述示例中，首先打开了一个文件对象example.txt，读取了该文件的内容，并将文件指针移到了文件结尾。然后，使用rewind()函数将文件指针重置到文件开头，再次读取文件的内容。

8.文本文件和二进制文件

文本文件是可阅读的，例如用Windows自带的记事本、写字板所编辑出来的文件，就是文本文件，文本文件是以字符码（字符的二进制码）的形式进行存储的，用户可以随时打开文本文件，阅读文件的内容。

而二进制文件则不是以字符码形式进行存储的文件，例如图片、音乐、视频都是属于二进制文件，由于这些文件所存储的并非是字符，无法以字符的形式进行阅读，通常要用专门的软件进行图片的查看或者音乐、视频的播放。因此，我们所编写的程序源代码文件就属于文本文件，而编译生成的可执行文件就属于二进制文件。

二进制文件的存取与文本文件的存取类似，两者只是编解码的方式不同。文本文件的可读性好，而二进制文件的可读性差。

9.文件结束的判定

被错误使用的 feof

int feof(FILE *stream);

参数stream是指向已打开文件的指针。如果函数返回值为非零，表示已经到达文件结尾。

feof函数的使用一般结合文件读取函数（如fgetc、fgets、fread等）来判断文件读取是否已经结束。

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。

例如：

#include <stdio.h>

int main() {
    FILE *fp = fopen("test.txt", "r");
    if (fp == NULL) {
        printf("Could not open file test.txt\n");
        return 1;
    }

    int c;
    while ((c = fgetc(fp)) != EOF) {
        putchar(c);
    }

    if (feof(fp)) {
        printf("End of file reached.\n");
    } else {
        printf("File read error occurred.\n");
    }

    fclose(fp);
    return 0;
}

注意，在使用feof函数之前，一定要先读取文件内容。否则，如果文件为空，feof函数会返回true，从而将误判为空文件。

1.文件文本例子：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(void)
{
	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);
}

2.二进制文件的例子：

#include <stdio.h>
enum { SIZE = 5 };
int main(void)
{
  double a[SIZE] = {1.0,2.0,3.0,4.0,5.0};
  double b = 0.0;
  size_t ret_code = 0;
  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);
  fp = fopen("test.bin","rb");
  // 读 double 的数组
  while((ret_code = fread(&b, sizeof(double), 1, fp))>=1)
 {
    printf("%lf\n",b);
 }
  if (feof(fp))
    printf("Error reading test.bin: unexpected end of file\n");
  else if (ferror(fp)) {
    perror("Error reading test.bin");
 }
  fclose(fp);
  fp = NULL;
}

10.文件缓冲区

文件缓冲区是在读写文件时数据传输过程的一个中间环节。在进行文件读写时，数据会先被读入到内存中的文件缓冲区，然后再由文件缓冲区输出到外存上。文件缓冲区存在的目的是为了提高文件读写的效率，因为与直接读写外存相比，内存中的读写速度更快。此外，文件缓冲区还可以减少对外存的访问次数，从而减少了对外设的磨损。文件缓冲区需要装满后再输送是因为这样可以减少对外存的访问次数，提高读写效率。最终，文件缓冲区会通过系统调用接口刷新到文件内核缓冲区，再通过文件内核缓冲区刷新到外设（磁盘、显示器等等）。

证明文件缓冲区的存在：

#include <stdio.h>
#include <windows.h>
//VS2022 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;
}