C语言——文件操作（超全超详细）

C语言——文件操作

1. 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）

1.1 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）

1.2 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

而数据文件又分为文本文件和二进制文件

1.2.1 文本文件和二进制文件

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

例如对于整数10000，如果以ASCII码的形式输出到磁盘，则磁盘中占用5个字节（每个字符占一个字节），而二进制形式输出，则在磁盘上只占4个字节，如图所示

1.2.2 为什么要有文本文件

可能有小伙伴会问：文本文件只是二进制二进制文件的特殊形式，为什么要特殊照顾文本文件呢？

1. 文本文件符合人类的阅读习惯、应用场景多，可以让人类简化操作
2. 保障数据读写的真实意图，这样能在不同的系统里有较好的兼容性
3. 可以有换行的概念‘\n’，字符有合法范围因此文件结束符可以特殊

1.3 文件名

一个文件对应一个唯一的文件标识（即文件名）

同一路径下不可能出现同名文件

文件名包含3部分：文件路径 + 文件名主干 + 文件后缀，例如：
注：文件名中不一定包含后缀名

文件路径又分为绝对路径和相对路径：

1.3.4 绝对路径和相对路径

文件的绝对路径是指从根目录开始到文件的完整路径，包括所有的目录层级。例如，Windows系统中的绝对路径可能是：“C:\Users\username\Documents\file.txt”

**相对路径是指相对于当前工作目录或者其他已知目录的路径。相对路径不包含根目录，而是使用特定的标识符来表示路径的位置关系。**例如，如果当前工作目录是”/home/username/Documents”，那么相对路径”file.txt”表示文件位于当前工作目录下的文件”file.txt”。

在相对路径中，还可以使用特殊的标识符来表示位置关系。例如，“…“表示父级目录，”.”表示当前目录。因此，如果当前工作目录是”/home/username/Documents”，那么相对路径”…/file.txt”表示文件位于父级目录下的文件”file.txt”。

需要注意的是，相对路径是相对于当前工作目录或其他已知目录的路径，所以在不同的环境中可能会有不同的结果。因此，在编写代码或指定文件路径时，最好使用绝对路径来确保准确性和可移植性。

2. C语言中的流

什么是流？

在C语言中，“流”（stream）是一种用于输入和输出数据的抽象概念。它是一种数据的传输方式，可以将数据从一个地方传送到另一个地方。在C语言中，输入流和输出流是通过一组标准库函数来实现的，这些函数允许程序从键盘或文件中读取数据，或者将数据写入到屏幕或文件中。

C语言中的流可以分为标准流（standard streams）和文件流（file streams）

注：C语言中操作流的主要函数是标准I/O库中的stdio.h头文件中定义的函数。

2.1 标准流

我们需要清楚，C语言程序，只要运行起来，就会默认打开3个流（标准流）

标准输入流（stdin）：用于读取输入数据，默认情况下是键盘输入。
标准输出流（stdout）：用于向终端或命令行窗口输出数据。
标准错误流（stderr）：用于输出错误信息。

2.2 文件流

C语言中的文件流是一种用于在程序中读取和写入文件的流。通过文件流，可以在C程序中打开文件，从文件中读取数据或将数据写入文件中。这样可以有效地处理大量数据、持久性存储以及与文件系统的交互。

本次，我们重点讨论文件流

3. 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。

我们一般都是用过一个FILE的指针来维护这个FILE结构的变量，例如：

FILE* pf;	//文件指针变量

可以通过这个FILE指针pf来找到与这个文件对应的文件信息区

4. 文件的打开和关闭

在使用文件之前应该打开文件，使用完之后应该关闭文件

ANSIC规定用fopen来打开文件，用fclose来关闭文件

FILE * fopen ( const char * filename, const char * mode );	//打开文件
int fclose ( FILE * stream );	//关闭文件

打开方式mode如下：

注1：当文件打开失败出错时，会返回一个空指针，因此我们一定要在打开文件之后，对文件指针进行有效性检查
注2：对于打开进行更新的文件（包含“+”号的文件），允许输入和输出操作，在写入操作之后的读取操作之前，应刷新（fflush）或重新定位流（fseek，fsetpos，rewind）。流应在读取操作之后的写入操作之前重新定位（fseek、fsetpos、rewind）（只要该操作未到达文件末尾）

例如：

#include<stdio.h>

int main()
{
    //此时该路径下没有名为data.txt的文件，因此会打开失败
	FILE* fp = fopen("data.txt", "r");
	if (NULL == fp)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}

	fclose(fp);
	fp = NULL;

	return;
}

#include<stdio.h>

int main()
{
    //用写的方式打开文件，如果文件不存在，会在该路径底下创建一个新的名为data.txt的文件
	FILE* fp = fopen("data.txt", "w");
	if (NULL == fp)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}

	fclose(fp);
	fp = NULL;

	return;
}

在上面我们使用的都是与执行文件相同路径底下的文件，如果是其他路径的文件又该如何打开呢？

有两种方法：

方法一：使用相对路径

例如我们要打开Work_7.18.c上一级目录中，文件夹Debug中的名为data.txt的文件：

#include<stdio.h>

int main()
{
	FILE* fp = fopen("..\\Debug\\data.txt", "r");
    /*
    	..表示Work_7.18.c文件的上一级目录
    	Debug为该目录底下的文件夹
    */
    
	if (NULL == fp)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	else
	{
		printf("SUCCESS\n");
	}

	fclose(fp);
	fp = NULL;

	return;
}

方法二：绝对路径

例如，我们要打开桌面上的名为data.txt的文件

#include<stdio.h>

int main()
{
	FILE* fp = fopen("C:\\Users\\HUASHUO\\Desktop\\data.txt", "r");
	if (NULL == fp)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	else
	{
		printf("SUCCESS\n");
	}

	fclose(fp);
	fp = NULL;

	return;
}

注：本来，文件地址为”C:\Users\HUASHUO\Desktop\data.txt”，但为了和转义字符做区分，应该在每一个反斜杠后面再加一个反斜杠：“C:\\Users\\HUASHUO\\Desktop\\data.txt”

5. 文件输入和文件输出的概念

可能有许多小伙伴会认为，文件的输入就是将数据写到文件里，文件的输出就是将文件的内容读取出来，然而事实却恰恰相反

文件输入（File Input）： 文件输入是指将外部文件中的数据读取到程序中进行处理的过程。

文件输出（File Output）：是指将程序中的数据写入到外部文件中的过程。

我们也可以画一个图来表示这个关系：

6. 文件的顺序读写

6.1 顺序读写的函数

6.1.1 fgetc

int fgetc ( FILE * stream );

• 返回文件指针当前指向的字符，然后文件指针向后移动一位
• 如果文件指针位于文件末尾，那么就返回EOF，并为流设置 （feof） 的文件结束指示器
• 如果文件读取错误，同样返回EOF，但改为设置其错误指示器 （ferror）

示例：

若在.c文件的路径下有一名为data.txt的文件，这个文件有字符串“abcdef”

#include<stdio.h>

int main()
{
	FILE* fp = fopen("data.txt", "r");
	if (NULL == fp)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	
	char ch;
	while ((ch = fgetc(fp)) != EOF)
		printf("%c", ch);
	printf("\n");

	fclose(fp);
	fp = NULL;

	return;
}

output:

abcdef

6.1.2 fputc

int fputc ( int character, FILE * stream );

• 将一个字符写入文件，然后文件指针向后移动一位
• 如果写入成功，那么返回这个字符的ASCII值
• 如果发生错误，则返回EOF

示例：

向同一文件逐个写入26个小写英文字符

#include<stdio.h>

int main()
{
	FILE* fp = fopen("data.txt", "w");
	if (NULL == fp)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}

	char ch = 'a';
	char ret;
	for (int i = 0; i < 26; i++)
	{
		ret = fputc(ch + i, fp);
		printf("%c", ret);
	}

	fclose(fp);
	fp = NULL;

	return;
}

output:

abcdefghijklmnopqrstuvwxyz

6.1.3 fgets

char * fgets ( char * str, int num, FILE * stream );

• 从流（stream）中读取字符，并以字符串的形式存储到str中，直到读够（num – 1）个字符，或到达换行符，或读到文件尾

• 换行符‘\n’会使fgets停止读取，但换行符会被函数认为是有效字符，并存入str中

• 结束符‘\0’会成为第num个字符，添加到str末尾

• 如果读取成功，则返回str

• 如果在读取的过程中遇到文件尾，那么就设置 eof 指示器 （feof）

• 如果没有读到任何字符就遇到文件尾，那么就返回空指针，设置 eof 指示器 （feof），str的内容不会改变

• 如果读取错误，则设置错误指示器（ferror），同样返回空指针，但str的内容可能会改变

示例1：

从文件中读取26个小写字母

#include<stdio.h>

int main()
{
	FILE* fp = fopen("data.txt", "r");
	if (NULL == fp)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}

	char ch[30] = {0};

	fgets(ch, 26 + 1, fp);

	puts(ch);

	fclose(fp);
	fp = NULL;

	return;
}

output:

abcdefghijklmnopqrstuvwxyz

示例2：

从文件读取以下内容：

123
456

output:

123
    

6.1.3.1 fgets和gets的区别

fgets：

char * fgets ( char * str, int num, FILE * stream );

gets：

char * gets ( char * str );

• fgets接受流参数（标准输入流，文件流都可以），而gets只接受标准输入流
• fets可指定读取的最大字符数
• fgets会将换行符读入到str再结束读取，而gets碰到换行符就会停止读取，不会读入换行符

例如：

#include<stdio.h>

int main()
{
	char str1[20] = { 0 };
	char str2[20] = { 0 };

	gets(str1);
	fgets(str2, 5 + 1, stdin);

	return 0;
}

同时在标准输入流读入“abcd\n”，利用调试，可以发现二者区别

6.1.4 fputs

int fputs ( const char * str, FILE * stream );

• 将str中的字符串输出到流（stream）中，结束符‘\0’不会被写入
• 如果输出成功，则返回非负值
• 如果失败，则返回EOF，并设置错误指示器（ferror）

例如：

将字符串“abcdef”写入文件

#include<stdio.h>

int main()
{
	FILE* fp = fopen("data.txt", "w");
	if (NULL == fp)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}

	char ch[] = "abcdef";

	int ret = fputs(ch, fp);
	printf("%d", ret);
    
    fclose(fp);
	fp = NULL;

	return;
}

output：

0

6.1.4.1 fputs和puts的区别

fputs:

int fputs ( const char * str, FILE * stream );

puts:

int puts ( const char * str );

• fputs的输出对象可以被指定，而puts只能是标准输出流stdout
• puts输出会自带一个换行符‘\n’，而fputs不会

例如：

#include<stdio.h>

int main()
{
	char str[] = "abcdef";

	puts(str);
	printf("HELLO");

	printf("\n");

	fputs(str, stdout);
	printf("HELLO");

	printf("\n");

	return 0;
}

output

abcdef
HELLO
abcdefHELLO

6.1.5 fscanf

int fscanf ( FILE * stream, const char * format, ... );

• 以格式化的形式从流（stream）中读取数据

• 成功后，该函数返回成功填充的参数列表的项数。此计数可以与预期的项目数匹配，也可以由于匹配失败、读取错误或文件末尾的到达而减少（甚至为零）。

• 如果发生读取错误或在读取时到达文件末尾，则会设置正确的指示器（feof 或 ferror）。并且，如果在成功读取任何数据之前发生任一情况，则返回 EOF。

例如：

从文件中读取数字123和字符串“abcdef”

#include<stdio.h>

int main()
{
	FILE* fp = fopen("data.txt", "r");
	if (NULL == fp)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}

	char str[10] = { 0 };
	int num = 0;

	fscanf(fp, "%d %s", &num, str);

	printf("%d\n%s\n", num,str);
    
    fclose(fp);
	fp = NULL;

	return;
}

output:

123
abcdef

6.1.5.1 scanf/sscanf/fscanf

scanf:

int scanf ( const char * format, ... );

sscanf:

int sscanf ( const char * s, const char * format, ...);

fscanf:

int fscanf ( FILE * stream, const char * format, ... );

• 三者都是以格式化的形式读取数据
• 三者在**遇到空格时会停止读取，且不会读取空格字符。**这是因为默认情况下，这些函数以空白字符（包括空格、制表符和换行符）作为输入字段的分隔符
• scanf只能从标注输入流（stdin）读取，sscanf只能从字符串中读取，fscanf可以从标准输入流或文件流读取

例如：

文件内容为: 123 abcdef

#include<stdio.h>

int main()
{
	FILE* fp = fopen("data.txt", "r");
	if (NULL == fp)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}

	int num1 = 0;
	int num2 = 0;
	int num3 = 0;

	char str1[20] = "123 abcdef";
	char str2[10] = { 0 };
	char str3[10] = { 0 };

	scanf("%d", &num1);

	sscanf(str1, "%d%s", &num2, str2);

	fscanf(fp, "%d%s", &num3, str3);

	printf("num1 = %d, str1 = %s\n", num1, str1);
	printf("num2 = %d, str2 = %s\n", num2, str2);
	printf("num3 = %d, str3 = %s\n", num3, str3);

	fclose(fp);
	fp = NULL;

	return 0;
}

input:

123

output:

num1 = 123, str1 = 123 abcdef
num2 = 123, str2 = abcdef
num3 = 123, str3 = abcdef

6.1.6 fprintf

int fprintf ( FILE * stream, const char * format, ... );

• 以格式化的形式向流（stream）中输出数据

• 成功后，将返回写入的字符总数。

• 如果发生写入错误，则设置错误指示器（ferror）并返回负数。

例如：

将数字123和字符串“abcdef”写入文件

#include<stdio.h>

int main()
{
	FILE* fp = fopen("data.txt", "w");
	if (NULL == fp)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}

	char str[10] = "abcdef";
	int num = 123;

	int ret = fprintf(fp, "%d%s", num, str);

	printf("ret = %d\n", ret);
    
    fclose(fp);
	fp = NULL;

	return;
}

output:

ret = 9

注：如果在%d%f中加入一个空格，那么返回值就会加一

6.1.6.1 printf/sprintf/fprintf

printf:

int printf ( const char * format, ... );

sprintf:

int sprintf ( char * str, const char * format, ... );

fprintf:

int fprintf ( FILE * stream, const char * format, ... );

• 三者都是以格式化的形式输出
• print用于将格式化的数据输出到标准输出流（屏幕）；sprintf用于将格式化的数据输出到字符串中；fprintf用于将格式化的数据输出到指定流。

例如：

#include<stdio.h>

int main()
{
	FILE* fp = fopen("data.txt", "w");
	if (NULL == fp)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}

	int num1 = 10;
	int num2 = 10;
	int num3 = 0;

	char str1[10] = "abcdef";
	char str2[10] = { 0 };

	printf("num1 = %d\n", num1);

	sprintf(str2, "%s", str1);
	puts(str2);

	fprintf(fp, "%d %s", num1, str1);

	fclose(fp);
	fp = NULL;

	return 0;
}

outputs:

num1 = 10
abcdef

6.1.7 fread

size_t fread ( void * ptr, size_t size, size_t count, FILE * stream );

• 以二进制的形式从流中读取count个元素，每个元素的大小为size字节，并将它们存储在 ptr 指定的内存块中。

• 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，都会设置正确的指标，可以分别用 ferror 和 feof 进行检查。

• 如果size或count为零，则该函数返回零，并且流状态和 ptr 指向的内容保持不变。

例如：

读取文件中的字符串“1200”

int main()
{
	FILE* fp = fopen("data.txt", "rb");
	if (NULL == fp)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}

	int str[10] = {0};

	int ret = fread(str, sizeof(int), 1, fp);
	for (int i = 0; i < 10; i++)
		printf("%d ", str[i]);

	printf("\nret = %d\n", ret);
    
    fclose(fp);
	fp = NULL;

	return;
}

output:

808464945 0 0 0 0 0 0 0 0 0
ret = 1

• 可能有小伙伴不理解为什么是这个结果，我们一起来分析：
• 我们知道，fread是以二进制的形式读取文件中的信息，而文件中的1200是文本信息，每个字符对应的ASCII码为49,50,48,48，转换为二进制码：0011 0001 0011 0010 0011 0000 0011 0000
• 再看看808464945的二进制形式：

• 可以发现，数据竟然是倒着读取的，这里就又涉及到了小端字节序存储这一概念，文件前面的数据是低地址，后面的数据是高地址，而低位数据存储在低地址，高位数据存储在高地址，因此最终读取到的数据就要将文本信息倒着读

注：

对小端字节序存储该不太了解的同学请看这里👉传送门

在C语言中，文件的数据存储方式取决于计算机的体系结构和操作系统。通常情况下，对于大多数计算机系统，文件的数据是按照字节顺序存储的，这意味着在内存中，文件前面的数据存储在较低的地址，后面的数据存储在较高的地址。

6.1.8 fwrite

size_t fwrite ( const void * ptr, size_t size, size_t count, FILE * stream );

• 以二进制的形式将ptr存储的数据写入流中，一共写入count个元素，每个元素的大小为size字节。

• 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，则该函数返回零，错误指示器保持不变。

例如：

向文件中写入字符串“abcdef”

#include<stdio.h>

int main()
{
	FILE* fp = fopen("data.txt", "wb");
	if (NULL == fp)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}

	char str[] = "abcdef";

	int ret = fwrite(str, sizeof(char), strlen(str), fp);
	printf("%d\n", ret);

	fclose(fp);
	fp = NULL;

	return 0;
}

output:

6

7. 文件的随机读写

注1：当文件被打开时，文件指针默认值向文件的起始位置

注2：当文件以追加的方式打开时，不允许人为改变文件指针位置

7.1 fseek

根据文件位置和偏移量来定位文件指针

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

• offset为偏移量
• origin为起始位置，有三种取值：

SEEK_SET：文件头

SEEK_CUR：文件指针的当前位置

SEEK_END：文件尾

• 如果成功，则返回0，否则返回非零值
• 如果发生读写错误，那么就设置错误指示器（ferror）。

例如：

先向文件写入26个小写英文字母，再从文件头偏移3个单位，写入字符串“DEF”

#include<stdio.h>

int main()
{
	FILE* fp = fopen("data.txt", "r+");
	if (NULL == fp)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	
	char a = 'a';
	char str[30] = { 0 };
	for (int i = 0; i < 26; i++)
		fputc(a + i, fp);

	fseek(fp, 3, SEEK_SET);

	fprintf(fp, "%s", "DEF");

	fseek(fp, 0, SEEK_SET);
	
	fscanf(fp, "%s", str);
	puts(str);
	
	fclose(fp);
	fp = NULL;

	return 0;
}

output:

abcDEFghijklmnopqrstuvwxyz

7.2 ftell

返回文件指针相对于起始位置的偏移量

long int ftell ( FILE * stream );

例如：

#include<stdio.h>

int main()
{
	FILE* fp = fopen("data.txt", "w");
	if (NULL == fp)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	
	char a = 'a';
	for (int i = 0; i < 26; i++)
		fputc(a + i, fp);

	printf("%d\n", ftell(fp));
	
	fclose(fp);
	fp = NULL;

	return 0;
}

output:

26

7.3 rewind

让文件指针的位置回到文件起始位置

void rewind ( FILE * stream );

例如：

#include<stdio.h>

int main()
{
	FILE* fp = fopen("data.txt", "w+");
	if (NULL == fp)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	
	char str[30] = { 0 };

	for (int i = 0; i < 26; i++)
		fputc('a' + i, fp);

	rewind(fp);

	for (int i = 0; i < 10; i++)
		fputc('A' + i, fp);

	rewind(fp);

	fscanf(fp, "%s", str);
	puts(str);
	
	fclose(fp);
	fp = NULL;

	return 0;
}

output:

ABCDEFGHIJklmnopqrstuvwxyz

8. 文件读取结束的判定

牢记：在文件读取的过程中，不能使用feof函数的返回值直接来判断文件是否结束

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：遇到文件末尾

• 文本文件读取是否结束：
  • fgetc判断返回值是否为EOF
  • fgets判断返回值是否为NULL
• 二进制文件读取是否结束：
  • fread判断返回值是否小于实际要读的个数

本篇完