如果没有文件，我们写的程序的数据都存储在内存中，当程序退出，内存回收，数据就丢失了，下次再运行程序，已经看不到上次运行的数据了，而为了将数据持久性的保存，就需要使用文件。 

一、什么是文件

        磁盘（硬盘）上的文件就是文件。

        但是在程序设计中，我们一般谈论两种文件：程序文件，数据文件（从文件功能的角度来分类）。

1.1 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）。

1.2 数据文件

        文件的内容除了可以是程序，还可以是程序运行时读写的数据，比如程序运行时需要从中读取数据的文件，或者输出内容的文件。

        本篇博客谈论的数据文件。

        在以前我们程序所处理数据的输入输出都是以终端为对象，即从终端的键盘输入数据，运行结果显示在显示屏上。

        但是我们也可以将数据输出到磁盘上，当需要时再从磁盘上将数据读取到内存中使用，这里处理的就是磁盘中的文件。

1.3 文件名

        每一个文件都有一个独属于自己的文件标识，方便用户识别和引用

        为了方便，文件标识常被称为文件名

        文件名包含三个部分：文件路径 + 文件名主干 + 文件后缀

例如：C:\Users\1\Desktop\C代码\c-code-submission\X形图案\X形图案\test.c

• 在\之前的内容表示文件所在路径，比如这个test.c文件在C盘，桌面目录中C代码目录下的c-code-submission目录下的X形图案目录下X形图案目录下的位置
• 该文件的文件名主干是test
• 该文件的文件后缀是.c

二、二进制文件和文本文件

        根据数据的组织形式，数据文件可以分为文本文件和二进制文件。

• 我们都知道，数据在内存中都是以二进制形式存储的，如果不加以转换直接输出到外存的文件中，这种文件就是二进制文件。
• 如果要求在外存上以ASCII码形式存储，那么就需要在存储前加以转换。这种以ASCII码形式存储的文件就是文本文件。

在文件读写中会拓展一个数据在文件中的存储。

三 、文件的使用

         我们喝饮料一般分为三步：1. 打开瓶盖，2. 喝饮料，3. 观赏瓶盖。

        文件使用与喝饮料一样，也分为三步：1. 打开文件，2. 读写文件，3. 关上文件。

3.1 流和标准流

        在讲解文件之前，我们需要引入流的概念。

3.1.1 流

        我们的程序需要输出到各种外部设备，也需要从外部设备中获取数据，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，键盘等的数据输入输出操作都是通过流操作的。

        一般情况下，我们想向流里写数据，或者从流中读取数据，都是要打开流，然后操作。

3.1.2 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语言程序在启动时，默认打开3个流：

• stdin - 标准输入流，在大多数环境中从键盘输入，scanf函数就是从标准输入流中读取数据。
• stdout - 标准输出流，大多数环境中输出至显示屏界面，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屏界面。

由于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。

stdin，stdout，stderr这三个流的类型是：FILE*，通常称为文件指针。

在C语言中，就是通过FILE*的文件指针来维护流的各种操作。 

3.2 文件指针

        根据上面流的概念，我们需要对文件进行操作需要一个至关重要的桥梁——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，文件的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。

我们用图来更直观展示：

例如，VS2013编译环境提供的stdio.h头文件中有以下的文件类型声明：

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结构体的变量，这样使用起来更加方便。

现在我们可以创建一个FILE类型的指针变量：

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）。通过该文件的文件信息区就能访问该文件。也就是说，通过文件指针变量能够间接找到与它相关联的文件。

例如：

3.3 文件的打开和关闭

现在我们已经能够访问一个文件了，接下来就是如何打开文件，读写文件，关闭文件。

注意：

•  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，再打开文件的同时，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。
• ANSI C规定使用fopen函数来打开文件，fclose函数来关闭文件。

3.3.1 打开——fopen函数

功能：打开文件。

返回值：FILE*的指针

对于返回值，如果打开成功，则是一个有效地址，如果打开失败，则返回NULL。 

从fopen函数的定义上可以知道fopen有两个const char*的参数：filename和mode

filename：传入要打开的文件名（分为相对路径和绝对路径）。

 ①相对路径

例如：test.txt就是相对路径

相对路径是一个相对于当前源文件所在目录的一个路径。（必须与当前源文件在同一目录下）

我们看一下这个文件的位置：

②绝对路径

使用了绝对路径，我们打开的文件就不在局限于当前源文件同一目录下，可以使其他地方的文件。

总结：绝对路径不容易出错，但不够简便。相对路径是一个相对于当前源文件所在目录的一个路径，比绝对路径要简便，而且当某个外层文件夹的位置改动时，相对路径是不需要改变的，而绝对路径需要。

mode：文件的打开模式。下面是文件的打开模式：

注意：当使用“w”，“wb”，“w+”，“wb+”打开一个已经存在的文件时，会清空该文件所有内容。

3.3.2 关闭——fclose函数

功能：关闭文件

fclose函数只有一个参数：FILE* stream。

stream：传入要关闭的文件的文件指针。

返回值：整型。如果关闭成功返回0，关闭失败返回EOF（-1）。

下面是使用示例：

注意：不能对同一个指针连续fclose多次，否则编译器报错。

四、文件的读写

我们打开文件后，自然要对打开的文件进行读写操作，下面我们详细讲解如何进行文件读写。

文件的读写分为两种：顺序读写和随机读写。

4.1 文件顺序读写

对于顺序读写，我们经常使用一下函数：

下面来一一介绍。

4.1.1 字符输入——fgetc函数

功能：从文件中得到一个字符。

参数stream：要读取的文件的文件指针。

返回值：整型。返回的是这个字符的ASCII码值。

有些人觉得读取的是字符，为什么要返回它的ASCII码值呢，直接返回这个字符不行吗？这就涉及到文件末尾了。

如果这个函数读取到文件末尾或者读取出错，该函数会返回EOF（-1）。

运用实例：

先在文件中存一些数据

#include<stdio.h>
int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.txt", "r");//打开文件
	//文件操作
	//判断文件是否打开成功
	if (pf == NULL)
	{
		printf("打开失败\n");
		return 1;
	}
	//读取文件
	int c = fgetc(pf);
	printf("%c ", c);
	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

运行结果：

 

4.1.2 字符输出——fputc函数

功能：写入一个字符到文件中。

 参数有两个：int character；FILE* stream

character：被写入的字符的ASCII码值，被写入时这个值要是unsigned char范围内的。

stream：一个指向打开的文件的指针。

返回值：整型。返回这个字符的ASCII码值。

同样，如果写入出错，返回EOF（-1）。所以返回值为int，而不是char。

运行示例：

我们让文件清空

#include<stdio.h>
int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.txt", "w");//打开文件
	//要写入文件，以“w”模式打开文件
	//文件操作
	//判断文件是否打开成功
	if (pf == NULL)
	{
		printf("打开失败\n");
		return 1;
	}
	//写入文件
	int c = 'a';
	fputc(c, pf);
	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

 运行结果：

4.1.3 文本行输入——fgets函数

功能：从文件中得到字符串。

该函数有三个参数：char* str，int num，FILE* stream

• str：指向复制读取的字符串的 char数组的指针。
• num：要复制到 str 中的最大字符数（包括终止 null 字符）。
• stream：指向标识输入流的 FILE 对象的指针。

返回值：指向该字符串的地址。

成功后，该函数返回 str。
如果在尝试读取字符时遇到文件末尾，则设置 eof 指示符 （feof）。如果在读取任何字符之前发生这种情况，则返回的指针为空指针（并且 str 的内容保持不变）。
如果发生读取错误，则设置错误指示符 （ferror），并返回 null 指针（但 str 指向的内容可能已更改）。

使用示例：

注意：该函数读取成功有两种结果：

①读取到了最大个数num时，这时函数并不会读取num个字符，只会读取num-1个，第num个字符会自动补充为'\0'。

很明显，a[9] != 'g'，反而a[9] == '\0'。

②还未读取到num-1个字符时，读取到了换行符'\n'，会结束读取，并在后面补上'\0'。所以，该函数最多只能读取一行的数据，也就知道了这函数叫文本行输入函数的原因。

这种情况，我们要将文件中的内容全部读取，而文件中有两行数据，就要使用两次fgets函数：

4.1.4 文本行输出——fputs函数

功能：写入一字符串到文件中。

参数有两个：const char* str；FILE* stream

• str：指向一个要存放到文件里的字符串的指针。
• stream：指向接收字符串的文件的指针。

返回值： 成功后，将返回一个非负值。
出错时，该函数返回 EOF 并设置错误指示器 （ferror）。

使用示例：

注意：fputs函数会把整个字符串全部写入文件，而且会读取换行符('\n')。

4.1.5 格式化输入——fscanf函数

功能：从文件中读取格式化的数据。

参数：

• stream：指向要读取数据的文件的指针。
• format：被接受的数据的格式（与scanf一样，有%d，%s，%c等格式）。
• …表示接收要读取的数据的变量名（与scanf后面的要输入的变量名一样）。

返回值：

•  成功后，该函数返回成功填充的参数列表的项数。此计数可能与预期的项目数匹配，也可能由于匹配失败、读取错误或文件末尾的范围而更少（甚至为零）。
• 如果在读取时发生读取错误或到达文件末尾，则设置正确的指示器（feof 或 ferror）。而且，如果在成功读取任何数据之前发生任何情况，则返回 EOF。

实际上，fscanf函数只比scanf多了stream这一个参数，如果stream为标准输入（stdin）时，与scanf函数没有区别。

使用示例：

 

4.1.6 格式化输出——fprintf函数

功能：将格式化的数据输入到文件中。

参数：

• stream：指向要写入数据的文件的指针。
• format：被写入的数据的格式（与printf一样，有%d，%s，%c等格式）。
• …表示要输出到文件里的数据的变量名（与printf后面的变量名一样）。

返回值：

• 成功后，将返回写入的字符总数。
• 如果发生写入错误，则设置错误指示符 （ferror） 并返回负数 

 fprintf与printf也只多了一个stream参数，表示写入的文件，当stream为标准输出（stdout）时，与printf的作用没有区别。

使用示例：

4.1.7 二进制输入——fread函数

对于二进制的文件，我们需要使用二进制的方式来读取，接下来介绍二进制输入输出函数。

注意：二进制的输入输出都是以字节为单位。

功能：从文件中读取数据块。

参数：

• ptr：指向大小至少为 （size*count） 字节的内存块的指针，转换为 void*。
• size：要读取的每个元素的大小（以字节为单位）。
• count：元素数，每个元素的大小为字节。
• stream：指向指定输入流的 FILE 对象的指针。

返回值： 

• 返回成功读取的元素总数。
• 如果此数字与 count 参数不同，则表示读取时发生读取错误或到达文件末尾。在这两种情况下，都设置了正确的指标，可以分别使用 ferror 和 feof 进行检查。
• 如果 size 或 count 为零，则该函数返回零，并且 ptr 指向的流状态和内容保持不变。

 

二进制文件无法使用txt文件打开来获得想要的信息。

4.1.8 二进制输出——fwrite函数

功能：将数据块写入文件中。

参数：

• ptr：指向要写入的元素数组的指针，转换为 const void*。
• size：要写入的每个元素的大小（以字节为单位）。
• count：元素数，每个元素的大小为字节。
• stream：指向指定输出流的 FILE 对象的指针。

返回值：

• 返回成功写入的元素总数。
• 如果此数字与 count 参数不同，则写入错误会阻止函数完成。在这种情况下，将为流设置错误指示器 （ferror）。
• 如果 size 或 count 为零，则函数返回零，错误指示器保持不变。 

使用示例： 

4.1.9 拓展——sscanf，sprintf解析

4.1.9.1 sscanf函数

功能：从字符串中读取格式化数据。

参数：

• s：被读取的字符串。
• format：被接受的数据的格式（与scanf一样，有%d，%s，%c等格式）。
• …（附加参数）：接收要读取的数据的变量名（与scanf后面的要输入的变量名一样）。

返回值：成功后，该函数返回成功填充的参数列表中的项数。此计数可以与预期的项目数匹配，也可以在匹配失败的情况下更少（甚至为零）。如果在成功解释任何数据之前发生输入失败，则返回 EOF。 

 使用示例：

4.1.9.2 sprintf函数

功能：将格式化的数据转换成字符串。

参数：

• str：指向转换的字符串的指针。
• format：被写入的数据的格式（与printf一样，有%d，%s，%c等格式）。
• …：输出到字符串里的数据的变量名（与printf后面的变量名一样）。

返回值：成功后，将返回写入的字符总数。此计数不包括自动追加在字符串末尾的其他 null 字符。
失败时，返回负数。

 使用示例：

4.2 文件随机读写

当用到文件随机读写，我们常会使用这三个函数：fseek，ftell，rewind。

4.2.1 fseek函数

功能：根据文件指针当前位置和偏移量重新定位文件指针。

参数：

• stream：指向要改变定位的文件的指针。
• offset：二进制文件：传入要偏移的偏移量。文本文件：零或 ftell 返回的值（不能直接传除0以外的整数，结果可能达不到预期，一定传ftell的返回值）。
• origin：设置stream指针的起始位置。

origin有以下3个参数：

1. SEEK_SET：设置在文件开头。
2. SEEK_CUR：设置在指针的当前位置。（不改变指针位置）
3.  SEEK_END：设置在文件结尾。

返回值：如果成功，该函数将返回零。否则，它将返回非零值。
如果发生读取或写入错误，则设置错误指示符 （ferror）。

使用示例：

 

4.2.2 ftell函数

功能：返回文件指针相对于起始位置的偏移量。

参数：stream：指向要计算偏移量的文件的指针。

返回值：成功后，返回位置指标的当前值。
失败时，返回 -1L，并将 errno 设置为特定于系统的正值。

使用示例：

 

4.2.3 rewind函数

功能：让指针的位置回到文件的起始位置。

参数：stream：指向要回到起始位置的文件的指针。

返回值：无。

使用示例：

 

五、文件读取结束的判定

feof和ferror这个函数会被许多人错误用来文件是否结束，我们来了解一下这两个函数以及如何判断文件是否读取结束。

5.1 feof函数

功能：当文件读取结束时，判断读取结束的原因是否是：遇到文件尾结束。

参数：stream：传入需要判断的文件的指针。

返回值：与到文件末尾而读取结束则返回非0值，其他原因返回0。

使用示例将与后面判断是否读取结束的用例在一起。

5.2 ferror函数

功能：判断读取的时候是否发生了错误。

参数：stream：传入要判断是否读取出错的文件的指针。

返回值：如果发生了错误则返回非0值，如果没有错误返回0。

5.3 文本文件判断

在前面的顺序读写函数中，我们通过其返回值可以判断是否读取结束。

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判断是否为NULL

使用示例：

5.4 二进制文件判断

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。

使用示例：

六、文件缓冲区

我们看看下面这个代码及其输出来感受一下：

 

这里我们可以得到一个结论：

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。