C语言——文件操作

0. 思维导图

1. 为什么使用文件

相信大多数的小伙伴，都写过一个名为“学生信息管理系统”的小程序，万年不变的增删改查操作。可是，我们有没有想过，我们写的这个小程序， 运行起来的时候可以增删改查数据，此时数据是存放在内存当中，可当程序退出的时候，数据就还给操作系统了，等下次运行的时候，数据又得重新录入。
那如何才能将数据持久化呢？我们一般的方法就是把数据放入硬盘（文件、数据库）。

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。

2. 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（从文件功能角度分类）。

2.1 程序文件

C语言为例：
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。

本篇文章重点讲解的就是数据文件。
学生信息管理系统所处理的数据输入输出就是以终端为对象

即从终端的键盘输入数据，运行结果显示到显示器上
scanf – 输入
printf – 输出

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把数据读取到内存中使用，这里处理的就是磁盘上的文件。

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 + 文件主干名 + 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. 文件的打开和关闭

3.1 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。该结构体类型是有系统声明的，取名FILE。

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结构变量，并填充其中的信息。
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。
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。

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。

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

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	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	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

代码示例：

int main()
{//E:\\Code\\test.txt  绝对路径FILE* pf = fopen("E:\\Code\\test.txt","r");if (pf == NULL){perror("fopen fail");return 1;}//读文件//...//关闭文件fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

4. 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

4.1 字符/字符串写入（出）

fputc函数示例（字符输入）：

fgetc函数示例（字符输出）：

fputs函数示例（文本行输入）：

fgets函数示例（文本行输出）：

• 小贴士：
• fputc与fputs区别：
  这里区分c和s就是，c理解为char，单个字符，s则是字符串
  fputc一次写入一个字符，fputs一次写入一个字符串。
• fgetc与fgets区别：
  与上面同理，但这里需要注意的是，fgets是会补上 \0，且一次只读取一行的数据。

4.2 格式化写入（出）

fprintf函数示例：

fscanf函数示例：

这里的fprintf和fscanf与之前所使用的printf和scanf有什么区别呢？

通过参数对比发现，fprintf和fscanf多了一个文件指针的参数，那么在格式化写入（出）使用的时候，前面多添加一个参数即可，但是fprintf和fscanf是针对所以输入(出)流的格式化函数。

scanf - 从键盘上读取格式化的数据 stdio流
printf - 把数据写到（输出）屏幕上 stdout流
fscanf - 针对于所以输入流的格式化的输入函数：stdin流、打开的文件
fprintf - 针对于所以输出流的格式化的输出函数：stdout流、打开的文件

另外有还一点，我们通常理解的输入就是scanf输入，printf输出，可是为什么在文件操作的时候，确相反了呢？

4.3 二进制输入（出）

二进制写入示例：

当然了， .tex文件中并不是乱码，而是以二进制形式写入，我们当然无法识别，但机器还是能识别的。
二进制读示例：

5. 文件的随机读写

5.1 fseek

根据文件指针的位置和偏移量来定位文件指针。
fseek参数及返回类型：
int fseek ( FILE * stream, long int offset, int origin );

代码示例：

int main()
{//假设文本里是abcdFILE* pf = fopen("E:\\Code\\test.txt", "r");if (pf == NULL){perror("fopen fail");}else{int ch = fgetc(pf);printf("%c\n", ch);//ach = fgetc(pf);printf("%c\n", ch);//bch = fgetc(pf);printf("%c\n", ch);//c//如果继续往下读，那必然会读到d//通过fseek函数调整，读取b//fseek(pf, -2, SEEK_CUR);fseek(pf, 1, SEEK_SET);ch = fgetc(pf);printf("%c\n", ch);//b}return 0;
}

5.2 ftell

在随机调整的时候，我们无法精准的确定这个相对起始位置的偏移量，那么ftell函数就能计算文件指针相对起始位置的偏移量。

返回文件指针相对于起始位置的偏移量
ftell参数及其返回类型：
long int ftell ( FILE * stream );

代码示例：

		//延续上面的代码int ch = fgetc(pf);printf("%c\n", ch);//ach = fgetc(pf);printf("%c\n", ch);//bch = fgetc(pf);printf("%c\n", ch);//c//如果继续往下读，那必然会读到d//通过fseek函数调整，读取b//fseek(pf, -2, SEEK_CUR);fseek(pf, 1, SEEK_SET);ch = fgetc(pf);printf("%c\n", ch);//b//找到相对起始位置偏移量printf("%d\n", ftell(pf));

5.3 rewind

让文件指针的位置回到文件的起始位置
rewind参数及返回类型：
void rewind ( FILE * stream );

代码示例：

int main()
{FILE* pf = fopen("E:\\Code\\test.txt", "r");if (pf == NULL){perror("fopen fail");}else{int ch = fgetc(pf);printf("%c\n", ch);//ach = fgetc(pf);printf("%c\n", ch);//bch = fgetc(pf);printf("%c\n", ch);//c//如果继续往下读，那必然会读到d//通过fseek函数调整，读取b//fseek(pf, -2, SEEK_CUR);fseek(pf, 1, SEEK_SET);ch = fgetc(pf);printf("%c\n", ch);//b//找到相对起始位置偏移量printf("%d\n", ftell(pf));//返回起始位置rewind(pf);ch = fgetc(pf);//aprintf("%c\n", ch);}return 0;
}

6. 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。

代码示例：

int main()
{int a = 10000;FILE* pf = fopen("E:\\Code\\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;
}

这里文本里的信息我们看不懂，但是我们可以通过编译器进行翻译查看

7. 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.

文本文件示例：

int main()
{int c; // 注意：int，非char，要求处理EOFFILE* 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EOFwhile ((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);
}

首先文件读取结束了
结束后想知晓原因：
feof：返回真，说明文件正常读取遇到了结束标志而结束；
ferror：返回真，说明文件在读取过程中出错而导致结束。

8. 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。

代码示例：

#include <stdio.h>
#include <windows.h>
//VS2022 WIN11环境测试
int main()
{FILE* pf = fopen("E:\\Code\\test.txt", "w");fputs("abcdef", pf);//先将代码放在输出缓冲区printf("睡眠5秒-已经写数据了，打开test.txt文件，发现文件没有内容\n");Sleep(5000);//5秒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5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;
}

这里可以得出一个结论：
因为有缓冲区的存在，C语言在操作文件的时候，需要做刷新缓冲区或者在文件操作结束的时候关闭文件；如果不做，可能导致读写文件的问题。