【C语言进阶】文件操作：文件的打开与文件的读写以及文本文件和二进制文件

1、为什么使用文件

2、什么是文件

2.1 程序文件

2.2 数据文件

2.3 文件名

3、文件的打开和关闭

3.1文件指针

3.2文件的打开与关闭

4、文件的顺序读写

4.1 几个函数的区别

5、文件随机读写

5.1 fseek

5.2 ftell

5.3 rewind

6、文本文件和二进制文件

7、文件读取结束的判定

7.1 被错误使用的feof

8、文件缓冲区

1、为什么使用文件

我们学习结构体时，写了静态通信录，可以在通讯录中增加、删除数据，此时数据是存放在内存中，当程序退出的时候，数据又要重新录入，当程序退出时，通讯录中的数据就不存在了，等下次运行通讯录，数据又要重新录入。我们想既然是通讯录就应该把信息记录下来，只有我们删除数据时，数据才不复存在。

使用文件主要是为了数据持久化、用户交互和数据交换。文件可以存储数据，即使程序关闭或计算机重启，数据也不会丢失。同时，文件也是程序与用户之间以及不同程序之间交换信息的重要媒介。

2、什么是文件

磁盘上的文件就是文件，但在程序设计中，我们一般只谈程序文件和数据文件

2.1 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）

2.2 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

这篇文章所要讨论的是数据文件。以前所处理的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+文件名主干+文件后缀

比如：c:\code\test.txt

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.

//文件类型声明
typedef struct _iobuf
{
	char *_ptr;
	int _cnt;
	char *_base;
	int _flag;
	int _file;
	int _charbuf;
	int _bufsiz;
	char *_temfname;
}FILE;

不同的C编译器的FILE类型包含的内容不完全相同，但基本差不多。

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，使用者不用过于担心。

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

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。可以使用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相关联的文件

3.2文件的打开与关闭

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。

//打开文件
FILE* fopen(const char* filename, const char* mode);//filename是文件名，mode是文件打开模式（读或写）
//关闭文件
int fclose(FILE* stream);

文件的使用：

#include<stdio.h>
#include<errno.h>
#include<string.h>
int main()
{
	FILE* pf=fopen("test.txt", "r");//在对应路径创建文件名为“text”，系统默认扩展名为txt
	if (pf == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 1;
	}
	//读文件
	//......
	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

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	建立一个新文件
"a"（追加）	向文本文件尾添加数据	建立一个新文件
"rb"（只读）	为了输入数据打开一个二进制文本	出错
"wb"（只写）	为了输出数据打开一个二进制文本	建立一个新文件
"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）	为了读和写建立一个文本文件	建立一个新文件
"a+"（读写）	打开一个文件，在文件尾进行读写	建立一个新文件
"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二进制文件	建立一个新文件
"ab+"（读写）	为了追加和读新建一个二级制文本	建立一个新文件

4、文件的顺序读写

功能	函数名	适用场景
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

/举个栗子
#include<stdio.h>
#include<errno.h>
#include<string.h>
int main()
{
	FILE* pf = fopen("text.txt.txt", "w");
	if (pf == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 1;
	}
	//写文件
	char i = 0;
	for (i = 'a'; i <= 'z'; i++)
	{
		fputc(i, pf);
	}
	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf == NULL;
	return 0;
}

其他函数就不在这里一一举例了，大家可以在cplusplus.com官网查看函数的使用方法

注意：如果文件里面有原始数据，我们在写文件时会把原始数据给覆盖掉，如果不想销毁就改成追加。

4.1 几个函数的区别

scanf：是针对标准输入的的格式化输入语句

printf：是针对标准输出的的格式化输出语句

fscanf：是针对所有输入流的格式化输入语句

fprintf：是针对所有输出流的格式化输出语句

sscanf：从一个字符串中转换出格式化的数据

sprintf：是把一个格式化的数据转换成字符串

//sprintf
//int sprintf(char* str, const char* format, ...);
//将格式化数据写入字符串
struct S
{
	char name[20];
	int age;
	float score;
};
int main()
{
	struct S s = { "张三",20,50.5f };
	char buffer[100] = { 0 };
	sprintf(buffer, "%s %d %f\n", s.name, s.age, s.score);
	printf("%s\n", buffer);//字符串打印（此时已经转化为字符串）
	//sscanf
    //int sscanf(const char* s, const char* format, ...);
   //从字符串中读取格式化数据
	sscanf(buffer, "%s %d %f", s.name, &(s.age), &(s.score));
	printf("%s %d %lf\n", s.name, s.age, s.score);
	return 0;
}

5、文件随机读写

5.1 fseek

根据文件指针的位置和偏移量来定位文件指针

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

//文件中放的是abcdef
int main()
{
	FILE* pf = fopen("text.txt.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 1;
	}
	//定位文件指针
	fseek(pf, 2, SEEK_SET);
	int ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);
	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf == NULL;
	return 0;
}

5.2 ftell

返回文件指针相对应起始位置的偏移量

long int ftell (FILE* sream);

int main()
{
	FILE* pf = fopen("text.txt.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 1;
	}
	//定位文件指针
	fseek(pf, 2, SEEK_SET);
	int ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);
	printf("%d\n", ftell(pf));
	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf == NULL;
	return 0;
}

5.3 rewind

让文件指针的位置回到文件的起始位置

void rewind(FILE* stream);

int main()
{
	FILE* pf = fopen("text.txt.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 1;
	}
	//定位文件指针
	fseek(pf, 2, SEEK_SET);
	int ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);
	printf("%d\n", ftell(pf));
	rewind(pf);
	ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);
	fclose(pf);
	pf == NULL;
	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二进制文件。根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码值的形式存储，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如何存储的？

字符一律以ASCII码值的形式存储，数值型数据既可以用ASCII形式存储，也可以用二进制形式存储；如果有整数10000，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

int main()
{
	int a = 100000;
	FILE* pf=fopen("text.txt.txt", "wb");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	fwrite(&a, 4, 1, pf);
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

7、文件读取结束的判定

7.1 被错误使用的feof

注意：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是否结束。而是应用于当文件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NULL（fgets）

2、二进制文件读取结束判断，判断返回值是否小于实际要读的个数

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”。从内存此磁盘输出数据会先送到内存中的缓冲区，装满缓冲区才一起送到磁盘上。如果从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>
int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.txt.txt", "w");
	fputs("abcdef", pf);
	printf("睡眠10秒-已经写数据，打开test.txt.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，才将缓冲区的数据写到文件
	printf("再睡眠10秒-此时再次打开test.txt.txt文件，文件有内容了\n");
	Sleep(10000);
	fclose(pf);//关闭文件时也会刷新缓冲区
	pf = NULL;
	return 0;
}

结论：因为缓冲区的存在，C语言在操作文件时，需要做刷新缓冲区或者在文件操作结束的时候关闭文件。否则可能导致读写文件的问题！