【C语言(十六)】

文件操作

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??

磁盘上的文件是文件。
但是在程序设计中，我们?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。

本次讨论的是数据文件。
在以前所处理数据的输?输出都是以终端为对象的，即从终端的键盘输?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?

?个文件要有?个唯?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?进制文件。
数据在内存中以?进制的形式存储，如果不加转换的输出到外存，就是?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。
?个数据在内存中是怎么存储的呢？
字符?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?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?5个字节（每个字符?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：

#include <stdio.h>

int main()
{
	int a = 10000;
	FILE* pf = fopen("test.txt", "wb");
	fwrite(&a, 4, 1, pf);//?进制的形式写到?件中
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

在VS上打开?进制文件：

?10000在?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?输出操作都是通过流操作的。
?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。

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?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?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?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?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?个文件的时候，系统会根据文件的情况自动创建?个FILE结构的变量，并填充其中的信
息，使用者不必关心细节。
?般都是通过?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?个FILE*的指针变量:

FILE* pf;//?件指针变量?

定义pf是?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?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。

比如:

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

//关闭?件
int fclose(FILE* stream);

mode表示文件的打开模式，下面都是文件的打开模式：

实例代码：

int main()
{
	//若打开方式为"w"
	//如果打开的文件不存在,则会新创建一个文件
	//如果打开的文件存在并且里面含有内容,那么在打开后则会自动将文件已经有的内容清空

	FILE* pf = fopen("data.txt", "r");//相对于当前程序的路径(相对路径) - 代码在哪个路径文件就放在哪个路径
	//FILE* pf = fopen("C:\\Users\\Public\\Desktop\\data.txt", "w");//绝对路径 - 从根上开始写
	//. 表示当前目录
	//.. 表示上一级路径
	FILE* pf = fopen("./../data.txt", "w");//在当前路径的上一级路径打开data.txt

	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}

	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

五、文件的顺序读写?

5.1、顺序读写函数介绍?

上面说的适用于所有输入流?般指适用于标准输入流和其他输入流(如文件输入流)；所有输出流一般指适用于标准输出流和其他输出流(如文件输出流)。

//将data1.txt文件的内容,拷贝一份生成data2.txt文件
//1.从data1.txt中读取数据
//2.写到data2.txt的文件中
int main()
{
	FILE* pfread = fopen("data1.txt", "r");
	if (pfread == NULL)
	{
		perror("fopen -> data1.txt");
		return 1;
	}
	FILE* pfwrite = fopen("data2.txt", "w");
	if (pfwrite == NULL)
	{
		fclose(pfread);
		pfread = NULL;
		perror("fopen -> data2.txt");
		return 1;
	}

	//数据的读写(拷贝)
	int ch = 0;
	while ((ch = fgetc(pfread)) != EOF)
	{
		fputc(ch, pfwrite);
	}

	fclose(pfwrite);
	fclose(pfread);

	return 0;
}

?

int main()
{
	FILE* pf = fopen("data.txt", "r");
	/*if (pf == NULL)
	{
		return 1;
	}*/
	//读取
	char arr[20] = "xxxxxxxxxxxxxxx";
	fgets(arr, 10, stdin);//读取的字符要为\0留一个位置,故参数num其实实际传入10-1 = 9个字符
	fputs(arr, stdout);

	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

struct Stu {
	char name[20];
	int age;
	float score;
};

int main()
{
	struct Stu s = { "zhangsan" , 20,90.5 };
	FILE* pf = fopen("data.txt", "w");
	if (pf == NULL)
	{
		return 1;
	}
	//写文件
	fprintf(pf, "%s %d %.1f", s.name, s.age ,s.score);

	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

struct Stu {
	char name[20];
	int age;
	float score;
};

int main()
{
	struct Stu s = { 0 };
	FILE* pf = fopen("data.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		return 1;
	}
	//写读文件
	fscanf(pf, "%s %d %f", s.name, (&s.age), (&s.score));

	fprintf(stdout, "%s %d %.1f", s.name, s.age, s.score);

	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

struct Stu {
	char name[20];
	int age;
	float score;
};

int main()
{
	struct Stu s = { "zhangsan" , 20,90.5 };
	FILE* pf = fopen("data.txt", "wb");
	if (pf == NULL)
	{
		return 1;
	}
	//二进制的形式写文件
	fwrite(&s, sizeof(s), 1, pf);

	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

struct Stu {
	char name[20];
	int age;
	float score;
};

int main()
{
	struct Stu s = { 0 };
	FILE* pf = fopen("data.txt", "rb");
	if (pf == NULL)
	{
		return 1;
	}
	//二进制的形式读文件
	fread(&s, sizeof(s), 1, pf);

	printf("%s %d %f\n", s.name, s.age, s.score);

	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

5.2、对比一组函数：

struct Stu 
{
	char name[20];
	int age;
	float score;
};
	
int main()
{
	struct Stu s = { "zhangsan" , 20,90.5f };
	struct Stu tmp = { 0 };

	char arr[100] = { 0 };
	printf("%s %d %f\n", s.name, s.age, s.score);
	sprintf(arr, "%s %d %f\n", s.name, s.age, s.score);//把格式化的数据转换成字符串

	scanf("%s %d %f", tmp.name, &(tmp.age), &(tmp.score));
	sscanf(arr , "%s %d %f", tmp.name, &(tmp.age), &(tmp.score));//在字符串中读取一个格式化的数据
	printf("%s %d %f\n", tmp.name, tmp.age, tmp.score);
	return 0;
}

scanf - 针对标准输入(键盘)的格式化输入函数

printf - 针对标准输出(屏幕)的格式化的输出函数

---

fscanf - 针对所有输入流的格式化输入函数

fprintf - 针对所有输出流的格式化输出

---

sscanf -?从一个字符串中读取一个格式化的数据

sprintf -?把一个格式化的数据转换成字符串

六、文件的随机读写?

6.1、fseek?

根据文件指针的位置和偏移量来定位文件指针。

例子：

/* fseek example */
#include <stdio.h>

int main()
{
	FILE* pFile;
	pFile = fopen("example.txt", "wb");
	fputs("This is an apple.", pFile);
	fseek(pFile, 9, SEEK_SET);
	fputs("sam", pFile);
	fclose(pFile);
	return 0;
}

6.2、ftell?

返回文件指针相对于起始位置的偏移量。

例子：

/* ftell example : getting size of a file */
#include <stdio.h>

int main()
{
	FILE* pFile;
	long size;
	pFile = fopen("myfile.txt", "rb");
	if (pFile == NULL)
		perror("Error opening file");
	else
	{
		fseek(pFile, 0, SEEK_END); // non-portable
		size = ftell(pFile);
		fclose(pFile);
		printf("Size of myfile.txt: %ld bytes.\n", size);
	}
	return 0;
}

6.3、rewind?

让文件指针的位置回到文件的起始位置。

void rewind ( FILE * stream );?

例子：

/* rewind example */
#include <stdio.h>

int main()
{
	int n;
	FILE* pFile;
	char buffer[27];
	pFile = fopen("myfile.txt", "w+");
	for (n = 'A'; n <= 'Z'; n++)
		fputc(n, pFile);
	rewind(pFile);
	fread(buffer, 1, 26, pFile);
	fclose(pFile);
	buffer[26] = '\0';
	printf(buffer);
	return 0;
}

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，判断是读取结束的原因是否是：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。

文本文件的例子：

#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?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);
}

二进制文件的例子：

#include <stdio.h>

enum { SIZE = 5 };

int main(void)
{
	double a[SIZE] = { 1.,2.,3.,4.,5. };
	FILE* fp = fopen("test.bin", "wb"); // 必须?二进制模式
	fwrite(a, sizeof * a, SIZE, fp); // 写 double 的数组
	fclose(fp);
	double b[SIZE];
	fp = fopen("test.bin", "rb");
	size_t ret_code = fread(b, sizeof * b, SIZE, fp); // 读 double 的数组
	if (ret_code == SIZE) {
		puts("Array read successfully, contents: ");
		for (int n = 0; n < SIZE; ++n) printf("%f ", b[n]);
		putchar('\n');
	}
	else { // error handling
		if (feof(fp))
			printf("Error reading test.bin: unexpected end of file\n");
		else if (ferror(fp)) {
			perror("Error reading test.bin");
		}
	}
	fclose(fp);
}

八、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?个正在使用的文件开辟?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?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。

#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?版本的VS上不能使?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;
}

fputs函数底层还会调用操作系统提供的接口，操作系统将数据写入硬盘，硬盘的操作是操作系统来完成的。c语言里的读写函数都会再次去调用操作系统提供的接口，让操作系统来真实的帮我们完成读或者写。故这些函数在执行过程中会打断操作系统，如果频繁的打断操作系统那么其效率会大大降低，这就是缓冲区的由来。?

这里可以得出?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。