文章目录
- 一、为什么使用文件？
- 二、什么是文件？
- 2.1 程序文件
- 2.2 数据文件
- 2.3 文件名
- 三、二进制文件和文本文件
- 3.1 二进制文件
- 3.2 文本文件
- 四、文件的打开和关闭
- 4.1 流和标准流
- 4.1.1 流
- 4.1.2 标准流
- 4.2 文件指针
- 4.3 fopen和fclose
- 五、文件的顺序读写
- 5.1 顺序读写函数
- 5.1.1 fgetc和fputc
- 5.1.2 fgets和fputs
- 5.1.3 fscanf和fprintf
- 5.1.4 fread和fwrite
- 5.2 对比一组函数
- 六、文件的随机读写
- 6.1 fseek
- 6.2 ftell
- 6.3 rewind
- 七、文件读取结束的判定
- 7.1 是否结束的判定
- 7.2 结束原因的判定
- 八、文件缓冲区
欢迎各位小伙伴关注我的专栏，和我一起系统学习C语言，共同探讨和进步哦！
学习专栏：
《零基础学C语言》
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。
我们讨论的重点就是对数据文件进行操作！
2.3 文件名
一个文件要有一个唯一的文件标识。
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
3.1 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。
3.2 文本文件
如果转换为以ASCII字符的形式存储的文件，就是文本文件。
那么，为什么要分两种不同文件存储呢？这就关系到数据在内存中的存储。
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
所以使用二进制文件可以节省内存空间，但是文本文件的优势在于可读性（二进制文件一般都是乱码）
四、文件的打开和关闭
4.1 流和标准流
4.1.1 流
因为程序的数据需要和外部设备进行交互，而不同的外部设备交互方式不同，所以为了简化操作，抽象出一种概念——流。
流相当于数据与外部设备的中转站，程序员对流进行操作，就可以将数据与不同的外部设备交互，而并不需要知道其中的细节（相当于封装）。
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，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，输出到屏幕，printf函数就是将信息输出到标准输出流中。
- stderr - 标准错误流，输出到屏幕。
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
文件类型指针，简称为文件指针。
- 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
//VS2013编译环境提供的 stdio.h
struct _iobuf
{
char *_ptr;
int _cnt;
char *_base;
int _flag;
int _file;
int _charbuf;
int _bufsiz;
char *_tmpfname;
};
typedef struct _iobuf FILE;
那么，我们可以创建⼀个FILE*的指针变量pf，来维护FILE结构体（文件信息区），间接达到操作该文件的效果
4.3 fopen和fclose
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（可以类比于malloc和free的关系）
//打开⽂件
FILE * fopen ( const char * filename, const char * mode );
//关闭⽂件
int fclose ( FILE * stream );
打开文件时，要输入文件名和打开模式，如下代码：
int main()
{
FILE* pf = fopen("data.txt", "w");
if (pf == NULL)
{
perror("fopen fail");
return 1;
}
//操作文件
//...
fclose(pf);
pf = NULL;
return 0;
}
下面是一些常用的打开模式：
| 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 |
以上指令打开的是文本文件，如果要打开二进制文件，那就在后面加个b，比如rb，wb，ab。
五、文件的顺序读写
5.1 顺序读写函数
| 函数名 | 功能 | 适用于 |
|---|---|---|
| fgetc | 字符输入 | 所有输入流 |
| fputc | 字符输出 | 所有输入流 |
| fgets | 文本行输入 | 所有输入流 |
| fputs | 文本行输出 | 所有输入流 |
| fscanf | 格式化输入 | 所有输入流 |
| fprintf | 格式化输出 | 所有输入流 |
| fread | 二进制输入 | 文件 |
| fwrite | 二进制输出 | 文件 |
5.1.1 fgetc和fputc
int fputc ( int character, FILE* stream );
将字符写入流
int main()
{
FILE* pf = fopen("data.txt", "w");
if (pf == NULL)
{
perror("fopen fail");
return 1;
}
for (int i = 0; i < 26; ++i)
{
fputc('a' + i, pf);
}
fclose(pf);
pf = NULL;
return 0;
}
int fgetc ( FILE* stream );
从流中读取字符
int main()
{
FILE* pf = fopen("data.txt", "r");
if (pf == NULL)
{
perror("fopen fail");
return 1;
}
for (int i = 0; i < 26; ++i)
{
printf("%c ", fgetc(pf));
}
fclose(pf);
pf = NULL;
return 0;
}
5.1.2 fgets和fputs
int fputs ( const char* str, FILE* stream );
将字符串写入流
int main()
{
FILE* pf = fopen("data.txt", "w");
if (pf == NULL)
{
perror("fopen fail");
return 1;
}
for (int i = 0; i < 5; ++i)
{
fputs("hello world\n", pf);
}
fclose(pf);
pf = NULL;
return 0;
}
char* fgets ( char* str, int num, FILE* stream );
从流中读取num个字符（包含\0）放入字符数组
int main()
{
FILE* pf = fopen("data.txt", "r");
if (pf == NULL)
{
perror("fopen fail");
return 1;
}
char arr[20] = "xxxxxxxxxxxxxxxxx";
fgets(arr, 10, pf);
fclose(pf);
pf = NULL;
return 0;
}
5.1.3 fscanf和fprintf
int fscanf ( FILE* stream, const char* format, ... );
从流中读取格式化数据
int fprintf ( FILE* stream, const char* format, ... );
将格式化数据写入流
typedef struct stu
{
char name[20];
int age;
float score;
}stu;
int main()
{
stu s = { 0 };
fscanf(stdin, "%s %d %f", s.name, &(s.age), &(s.score));
fprintf(stdout, "%s %d %f", s.name, s.age, s.score);
return 0;
}
5.1.4 fread和fwrite
size_t fwrite ( const void* ptr, size_t size, size_t count, FILE* stream );
将ptr中count个大小为size的数据写入流
int main()
{
stu s = { "lisi", 19, 69.36 };
FILE* pf = fopen("data.txt", "wb");
if (pf == NULL)
{
perror("fopen fail");
return 1;
}
fwrite(&s, sizeof(s), 1, pf);
fclose(pf);
pf = NULL;
return 0;
}
size_t fread ( void* ptr, size_t size, size_t count, FILE* stream );
从流中读取count个大小为size的数据到ptr
int main()
{
stu s = { 0 };
FILE* pf = fopen("data.txt", "rb");
if (pf == NULL)
{
perror("fopen fail");
return 1;
}
fread(&s, sizeof(s), 1, pf);
fclose(pf);
pf = NULL;
return 0;
}
5.2 对比一组函数
| 函数名 | 应用场景 |
|---|---|
| scanf/printf | 针对标准输入/输出流 |
| fscanf/fprintf | 针对所以输入/输出流 |
| sscanf/sprintf | 针对字符串 |
六、文件的随机读写
6.1 fseek
int fseek ( FILE* stream, long int offset, int origin );
可以根据偏移量和流起始位置，重定位文件指针
流起始位置有三种：
| 常量名 | 位置 |
|---|---|
| SEEK_SET | 文件开头 |
| SEEK_CUR | 文件指针当前位置 |
| SEEK_END | 文件结尾 |
int main()
{
FILE* pf = fopen("data.txt", "r");
printf("%c", fgetc(pf));
printf("%c", fgetc(pf));
fseek(pf, -3, SEEK_END);
printf("%c", fgetc(pf));
printf("%c", fgetc(pf));
return 0;
}
6.2 ftell
long int ftell ( FILE * stream );
返回当前文件指针相对于文件开头的偏移量
6.3 rewind
void rewind ( FILE * stream );
让文件指针返回文件开头
七、文件读取结束的判定
7.1 是否结束的判定
文本文件读取是否结束：
- fgetc返回值是否为EOF
- fgets返回值是否为NULL
二进制文件读取是否结束：
- fread返回值是否小于实际要读的个数
7.2 结束原因的判定
int feof ( FILE * stream );
判断是否遇到文件末尾（非0代表遇到）
int ferror ( FILE * stream );
判断是否遇到错误（非0代表遇到）
举个例子：
int main()
{
FILE* pf = fopen("data.txt", "r");
if (pf == NULL)
{
perror("fopen fail");
return 1;
}
int ch = 0;
while ((ch = fgetc(pf)) != EOF)
{
putchar(ch);
}
if (feof(pf))
{
printf("reach the end of file");
}
else if (ferror(pf))
{
printf("I/O error while reading");
}
fclose(pf);
pf = NULL;
return 0;
}
八、文件缓冲区
其实，程序数据区和磁盘之间，并不是直接进行交互的，它们有一个中转站——文件缓冲区。无论是写入数据还是读取数据，都要等待缓冲区充满或者刷新，才能进行传递。
有了文件缓冲区，操作系统才能保持较高效率。要不然读取一个字符，就要打断一次操作系统，那效率将低的无法想象。
#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;
}
结论：因为有缓冲区的存在，C语言在操作文件的时候，需要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。
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