C语言进阶——6-C语言文件操作

本章重点
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 文件的打开和关闭
4. 文件的顺序读写
- 4.1 顺序写
- 4.2 顺序读
- 4.3 文本行输入函数——写一行数据
- 4.4 文本行输出函数——读一行数据
- 4.5 格式化写入文件
- 4.6 格式化读出函数
- 4.7 二进制输出—— fwrite
- 4.8 二进制输入——fread
- 4.9 对比一组函数：
- 4.10 站在程序角度，理解下输出出入
- 4.11 所有输入流的理解
5. 文件的随机读写
- 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

本章重点

为什么使用文件
什么是文件
文件的打开和关闭
文件的顺序读写
文件的随机读写
文本文件和二进制文件
文件读取结束的判定
文件缓冲区

1. 为什么使用文件

我们前面学习结构体时，写了通讯录的程序，当通讯录运行起来的时候，可以给通讯录中增加、删除数据，此时数据是存放在内存中，当程序退出的时候，通讯录中的数据自然就不存在了，等下次运行通讯录程序的时候，数据又得重新录入，如果使用这样的通讯录就很难受。
我们在想既然是通讯录就应该把信息记录下来，只有我们自己选择删除数据的时候，数据才不复存在。这就涉及到了数据持久化的问题，我们一般数据持久化的方法有，把数据存放在磁盘文件、存放到数据库等方式。——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，从文件功能的角度来分类，我们一般谈的文件有两种：程序文件、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。本章讨论的就是数据文件。

我们写代码所处理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。
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

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

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。

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

struct _iobuf {
char *_ptr;
        int   _cnt;
        char *_base;
        int   _flag;
        int   _file;
        int   _charbuf;
        int   _bufsiz;
        char *_tmpfname;
       };
typedef struct _iobuf FILE;

VS2022编译环境提供的头文件中有以下文件类型声明（在main函数中输入"FILE;"就可以直接右键转到定义）

//-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
//
// Stream I/O Declarations Required by this Header
//
//-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
#ifndef _FILE_DEFINED
    #define _FILE_DEFINED
    typedef struct _iobuf
    {
        void* _Placeholder;
    } FILE;
#endif

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结构的变量，这样使用起来更加方便。

下面我们可以创建一个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够访问该文件。也就是说，通过文件指针变量能够找到与它关联的文件。
在这里插入图片描述

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。
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 );
//关闭文件
int fclose ( FILE * stream );

打开方式如下表：

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

实例代码：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<stdio.h>
int main()
{
    //打开文件
  //  FILE* pf = fopen("test.txt", "w");//这里是相对路径，是在当前文件下面去找这个名字叫“test.txt”的文件
    FILE* pf = fopen("D://code//test.txt", "r");//这里是绝对路径，要去D盘下面找这个名字叫“test.txt”的文件
    if (pf == NULL)
    {
        perror("foprn");
        return 1;
    }
    else
    {
        printf("文件打开成功！\n");
    }
    //读文件
    //......

    //关闭文件
    fclose(pf);
    pf = NULL;

    
    return 0;
}

在这里插入图片描述

绝对路径，因为D盘没有这个文件，所以会报错。

我们在D盘code文件夹下自己新建一个test.txt——文件打开成功

4. 文件的顺序读写

功能	功能	适用于
字符输入函数	fgetc	所有输入流
字符输出函数	fputc	所有输入流
文本行输入函数	fgets	所有输入流
文本行输出函数	fputs	所有输入流
格式化输入函数	fscanf	所有输入流
格式化输出函数	fprintf	所有输入流
二进制输入	fread	文件
二进制输出	fwrite	文件

4.1 顺序写

在这里插入图片描述

#include<stdio.h>
int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.txt", "w");
	if (pf == NULL)
	{
		perror(fopen);
		return 1;
	}
	//写文件
	//写abcd
	fputc('a', pf);
	fputc('b', pf);
	fputc('c', pf);
	fputc('d', pf);
	
	//写26个字母
	char ch = 0;
	for (ch = 'a'; ch<= 'z'; ch++)
	{
		fputc(ch, pf);
	}


	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

在这里插入图片描述

4.2 顺序读

在这里插入图片描述

读的时候，FILE指针读一个之后，指针会往后走一个，所以是顺序读，目前文件中内容是abcd,读出来的顺序也是这个顺序

#include<stdio.h>
int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror(fopen);
		return 1;
	}
	//读文件
	int ch  = fgetc(pf);
	printf("%c", ch);

	int ch1 = fgetc(pf);
	printf("%c", ch1);

	int ch2 = fgetc(pf);
	printf("%c", ch2);

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

在这里插入图片描述

4.3 文本行输入函数——写一行数据

在这里插入图片描述

#include<stdio.h>
int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.txt", "w");
	if (pf == NULL)
	{
		perror(fopen);
		return 1;
	}
	//测试写一行
	fputs("hello sunny~\n", pf);
	fputs("hello spring~\n", pf);

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

在这里插入图片描述

4.4 文本行输出函数——读一行数据

在这里插入图片描述

#include<stdio.h>
int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror(fopen);
		return 1;
	}
	//测试读一行
	char buf[20];
	fgets(buf, 20,pf);
	printf("%s", buf);
	fgets(buf, 20, pf);
	printf("%s", buf);

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

在这里插入图片描述

这里要注意，假如我们要读5个字符——实际打印4个字符，因为它最后会加一个’\0‘,所以我们要打印5个字符就应该填6，

4.5 格式化写入文件

在这里插入图片描述

参数后面的… 表示可变参数列表。
参数可以是1个参数，也可以是若干个参数。
你正常按照printf（）的格式去打印，最后在前面加个文件指针就行

#include<stdio.h>
struct S
{
	char name[20];
	int age;
	float score;
};
int main()
{
	struct S s = {"zhangsan",20,90.2};
	FILE* pf = fopen("test.txt", "w");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//格式化写入文件
	fprintf(pf,"%s %d %f\n", s.name, s.age, s.score);
	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

在这里插入图片描述

4.6 格式化读出函数

在这里插入图片描述

你正常按照scanf（）的格式去打印，最后在前面加个文件指针就行

#include<stdio.h>
struct S
{
	char name[20];
	int age;
	float score;
};
int main()
{
	struct S s = { 0};
	FILE* pf = fopen("test.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//格式读取文件
	fscanf(pf,"%s %d %f", s.name, &(s.age), &(s.score));//从文件中获取信息到内存

	//打印看数据
	printf("%s %d %f\n", s.name, s.age, s.score);

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

在这里插入图片描述

4.7 二进制输出—— fwrite

Cplusplus——fwrite

//测试二进制的输出函数fwrite
int main()
{
	struct S s = { "张三", 20, 98.5};
	FILE* pf = fopen("test.txt", "wb");
	if (NULL == pf)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//写文件
	fwrite(&s, sizeof(struct S), 1, pf);

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

在这里插入图片描述

4.8 二进制输入——fread

在这里插入图片描述

//测试 二进制输入函数 fread
struct S
{
	char name[20];
	int age;
	float score;
};
int main()
{
	struct S s = { 0 };
	FILE* pf = fopen("test.txt", "rb");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//读文件
	fread(&s, sizeof(struct S), 1, pf);
	printf("%s %d %f\n", s.name, s.age, s.score);

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

在这里插入图片描述

4.9 对比一组函数：

scanf-从键盘上读取格式化的数据 stdin
printf-把数据写到(输出)屏幕上 stdout

fscanf -针对所有输入流的格式化的输入函数：stdin,打开的文件
fprintf -针对所有输出流的格式化的输出函数：stdout,打开的文件

sscanf-从一个字符串中，还原出一个格式化的数据
sprintf -把格式化的数据，存放在(转换成)一个字符串

scanf/fscanf/sscanf
printf/fprintf/sprintf
在这里插入图片描述

struct S
{
	char name[20];
	int age;
	float score;
};
int main()
{
	struct S s = { " zhangsan",20,90.2 };
	char buf[100] = { 0 };
	sprintf(buf, "%s %d %f", s.name, s.age, s.score);
	printf("%s", buf);

	struct S tem = { 0 };
	sscanf(buf,"%s %d %f", tem.name, &(tem.age), &(tem.score));

	printf("%s %d %f", tem.name,tem.age,tem.score);
	return 0;
}

在这里插入图片描述

4.10 站在程序角度，理解下输出出入

在这里插入图片描述

4.11 所有输入流的理解

对文件读写函数，适用与所有输入流和所有输出流的理解。

对于流的理解
示例1

int main()
{
	int ch = fgetc(stdin);//从标准输入获取数据，就是从键盘获取
	fputc(ch, stdout);//输出到标准输出，就是屏幕上

	return 0;
}

在这里插入图片描述

示例2

#include<stdio.h>
struct S
{
	char name[20];
	int age;
	float score;
};
int main()
{
	struct S 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;
}

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5. 文件的随机读写

本小节读取的文件名称test.txt，内容abcdefg
在这里插入图片描述

5.1 fseek

C++Reference_fseek

在这里插入图片描述

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 );

示例


int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
	}
	else
	{
		int ch = fgetc(pf);
		printf("%c\n", ch);//a
		ch = fgetc(pf);
		printf("%c\n", ch);//b
		ch = fgetc(pf);
		printf("%c\n", ch);//c
	
		//如果继续往下读，必然是d
		//但是我们调整一下，去读取：b
		fseek(pf, -2, SEEK_CUR);
		ch = fgetc(pf);
		printf("%c\n", ch);//b



		fseek(pf, 3, SEEK_SET); //从收字符往后3个获取d
		ch = fgetc(pf);
		printf("%c\n", ch);//d
	}


	return 0;
}

在这里插入图片描述

5.2 ftell

返回文件指针相对于起始位置的偏移量

long int ftell ( FILE * stream );

示例

int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
	}
	else
	{
		fseek(pf, 3, SEEK_SET); //从收字符往后3个获取d
		ch = fgetc(pf);
		printf("%c\n", ch);//d

		printf("%d\n", ftell(pf));//返回文件指针相对于起始位置的偏移量 此时在d 所以偏移量是4 
	}
	return 0;
}

在这里插入图片描述

5.3 rewind

让文件指针的位置回到文件的起始位置

void rewind ( FILE * stream );

示例

int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
	}
	else
	{
		int ch = fgetc(pf);
		printf("%c\n", ch);//a
		ch = fgetc(pf);
		printf("%c\n", ch);//b
		ch = fgetc(pf);
		printf("%c\n", ch);//c
	
		//如果继续往下读，必然是d
		//但是我们调整一下，去读取：b
		fseek(pf, -2, SEEK_CUR);
		ch = fgetc(pf);
		printf("%c\n", ch);//b

		fseek(pf, 3, SEEK_SET); //从收字符往后3个获取d
		ch = fgetc(pf);
		printf("%c\n", ch);//d

		printf("%d\n", ftell(pf));//返回文件指针相对于起始位置的偏移量 此时在d 所以偏移量是4 
		
		rewind(pf);//让文件指针返回到文件的起始位置a
		ch = fgetc(pf);
		printf("%c\n", ch);//a
	}
	return 0;
}

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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（VS2022测试）。

#include <stdio.h>
int main()
{
	int a = 10000;
	FILE* pf = fopen("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;
}

在这里插入图片描述

在VS的解决方案管理器中右键选择【添加】——>打开【现有项】，把我们的test.txt添加进来。

然后右键【test.txt】打开方式

下拉到最下面，选择【二进制编辑器】

即可用二进制方式打开页test.txt

分析这里为什么是10 27 00 00

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

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 .
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。

首先文件读取结束结束后想知道读取结束的原因
feof -返回真，就说明是文件正常读取遇到了结束标志而结束的
ferror -返回真，就说明是文件在读取过程中出错了，而结束

#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);
}

在这里插入图片描述

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。

在这里插入图片描述

1.缓冲区已满，会刷新缓冲区送入硬盘
2.主动刷新缓冲区（fflush-刷新缓冲区；fclose -关闭文件的时候也会刷新缓冲区）

示例

#include <stdio.h>
#include <windows.h>
//VS2022 WIN10 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);//10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）
	
	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;
}