C语言之文件操作（万字详解）

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前言

为什么要使用文件？ 

我们写的程序的数据是存储在电脑的内存中，如果没有文件，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，我们就要使用文件。

什么是文件？

磁盘（硬盘）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）。

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）。

数据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。

本文讨论的是数据文件。 在以前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。 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上的文件。

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。即一个文件要有一个唯一的文件名。

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。 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（与之对应的就是内存）的文件中，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码字符的形式存储的文件就是文本文件。 一个数据在文件中是怎么存储的呢？ 字符一律以ASCII码形式存储，数值型数据既可以用ASCII码形式存储，也可以使用二进制形式存储。 如整数10000，如果以ASCII码的形式输出到磁盘，则在磁盘中占用5个字节（每个字符一个字节，’1′ ‘0’ ‘0’ ‘0’ ‘0’ ‘0’），而以二进制形式输出，则在磁盘上只占4个字节（一个整数4个字节）。

文件的打开和关闭 

流和标准流

我们程序的数据需要输出到各种外部设备，也需要从外部设备获取数据，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方便的操作，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，我们要想向流里写数据，或者从流中读取数据，都是要打开流，然后操作。

标准流 那为什么我们使用 scanf函数 从键盘输入数据，使用 printf函数 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，在大多数的环境中从键盘输入，scanf函数就是从标准输入流中读取数据。

• stdout – 标准输出流，大多数的环境中输出至显示器界面，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器界面。

这是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的。 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。

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。该结构体类型是由系统声明的，取名 FILE。

VS 编译环境提供的 stdio.h 头文件中有以下的文件类型申明： 

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间接找到与它关联的文件。 就比如下面这幅图：

文件的打开和关闭 

文件在进行读写的操作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，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（标准C） 规定使用 fopen 函数来打开文件， fclose 来关闭文件。函数原型如下：

//打开⽂件
//filename——>文件名
//mode——>方式（以什么样的方式打开这个文件，例如：读，写……）
FILE * fopen ( const char * filename, const char * mode );


//关闭⽂件
//stream——>就是一个文件指针（要被关闭的文件）
int fclose ( FILE * stream );

在介绍这两个函数之前，我们还需要学习一个函数 perror 。

这个函数是用来打印错误信息的。这个函数与我们学过的 strerror 函数有关。strerror 函数是把错误码对应的错误信息的地址传给一个char*的指针；如果我们再用 printf 打印的话，就可以知道其内容了，而这个perror就是直接一步到位，打印错误信息。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
	char* ret = strerror(1);
	printf("%s\n", ret);
	perror("1");
	return 0;
}

当然这里因为没有错误信息，所以它就打印了没有错误。perror 就是会把传进去的参数打印，然后在后面加上冒号与空格。注意的是这个参数传进去的时候要加双引号。

现在就来学习fopen 函数。下面这个表格是文件的打开方式分类：

#include <stdio.h>
int main()
{
	//打开文件
	FILE* pf = fopen("data.txt", "r");
	//打开失败
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;//打开失败就不需要往后进行了
	}
	//打开成功
	// ……
	//后续操作
	return 0;
}

注意如果没有写绝对路径的话，系统就只会在本文件下寻找（就是与这个 .c 文件在同一文件下）。绝对路径就是：D:\c语言\writing-code-for-blogs\test_3_12\test_3_12 这种。当然为了防止有转义字符的出现就需要加上双斜杠。

#include <stdio.h>
int main()
{
	//打开文件
	FILE* pf = fopen("data.txt", "w");
	//打开失败
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;//打开失败就不需要往后进行了
	}
	//打开成功
	// ……
	//后续操作
	return 0;
}

文件的顺序读写 

顺序读写函数介绍

上面说的适用于所有输入流一般指适用于标准输入流和其他输入流（如文件输入流）；所有输出流一般指适用于标准输出流和其他输出流（如文件输出流）。 现在我们就可以往文件里写入一些字符了。

fputc的使用 

fputc 就是把字符输出到流中。 

#include <stdio.h>
int main()
{
	//打开文件
	FILE* pf = fopen("data.txt", "w");
	//打开失败
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;//打开失败就不需要往后进行了
	}
	//打开成功，往其中写入一些字符
	fputc('a', pf);
	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

如果要写多个就得多次调用这个fputc 函数。

#include <stdio.h>
int main()
{
	//打开文件
	FILE* pf = fopen("data.txt", "w");
	//打开失败
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;//打开失败就不需要往后进行了
	}
	//打开成功，往其中写入一些字符
	for (int i = 0; i < 26; i++)
	{
		fputc('a' + i, pf);
	}
	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

如果我们要打印到屏幕上，就写stdout就可以了。

fgetc的使用 

这个fgetc就是从所有流中获取字符，也就是读取。

#include <stdio.h>
int main()
{
	//打开文件
	FILE* pf = fopen("data.txt", "r");
	//打开失败
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;//打开失败就不需要往后进行了
	}
	//打开成功，读取一些字符
	//读取成功返回字符的ASCll码值，读取失败或者遇到文件末尾返回EOF
	int ret = fgetc(pf);
	printf("%d\n", ret);
	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

#include <stdio.h>
int main()
{
	//打开文件
	FILE* pf = fopen("data.txt", "r");
	//打开失败
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;//打开失败就不需要往后进行了
	}
	//打开成功，读取一些字符
	//读取成功返回字符的ASCll码值，读取失败或者遇到文件末尾返回EOF
	int ret = fgetc(stdin);
	printf("%d\n", ret);
	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

fputs的使用 

fputs与fputc类似。 

#include <stdio.h>
int main()
{
	//打开文件
	FILE* pf = fopen("data.txt", "w");
	//打开失败
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;//打开失败就不需要往后进行了
	}
	//打开成功，输出一些字符
	fputs("hello world", pf);
	fputs("I want learn", pf);
	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

fgets的使用 

fgets与fgetc就有一些不一样了。

fgets是把从stream中读取的num-1个字符放到str这个字符指针中。

#include <stdio.h>
int main()
{
	//打开文件
	FILE* pf = fopen("data.txt", "r");
	//打开失败
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;//打开失败就不需要往后进行了
	}
	//打开成功，输出一些字符
	char str[10] = { 0 };
	fgets(str, 8, pf);
	printf("%s\n", str);
	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

当要读取的字符数超过总字符时，就会只读取总字符数；又或者当读取时遇到’\n’（换行符），也会停止本次读取。

#include <stdio.h>
int main()
{
	//打开文件
	FILE* pf = fopen("data.txt", "r");
	//打开失败
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//打开成功，输入一些字符
	char str[10] = { 0 };
	fgets(str, 8, pf);
	printf("%s", str);
	fgets(str, 8, pf);
	printf("%s", str);
	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

fprintf的使用 

这个fprintf与printf相比，就只多了前面那个FILE* stream参数，我们就可以模拟printf来实现fprintf函数。  

struct S
{
	int i;
	float f;
};
#include <stdio.h>
int main()
{
	//打开文件
	FILE* pf = fopen("data.txt", "w");
	//打开失败
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	struct S s = { 10, 3.14f };
	//打开成功，输入一些字符
	
	//printf("%d %f\n", s.i, s.f);
	fprintf(pf, "%d %f\n", s.i, s.f);

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

可以从结果来看：fprintf是把s.i , s.f 按照按照%d %f的格式打印到pf中。 

fscanf的使用 

这个fscanf与scanf相比，就只多了前面那个FILE* stream参数，我们就可以模拟scanf来实现fscanf函数。 

struct S
{
	int i;
	float f;
};
#include <stdio.h>
int main()
{
	//打开文件
	FILE* pf = fopen("data.txt", "r");
	//打开失败
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	struct S s = { 0 };

	//scanf("%d%f", &(s.i), &(s.f));
	fscanf(pf, "%d%f", &(s.i), &(s.f));

	printf("%d %f\n", s.i, s.f);//看看是否读取成功
	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

 可以从结果来看：fscanf是把pf中的数据按照按照%d %f的格式输入到s.i , s.f 中。

对比一组函数（输入与输出） 

scanf ——>从标准输入流读取格式化的数据。

printf  ——>从标准输出流写格式化的数据。

fscanf——>适用于所有输入流的格式化输入函数。

fprintf——>适用于所有输出流的格式化输出函数。

sscanf——>从字符串中读取格式化的数据

sprintf——>将格式化的数据转换成字符串

sprintf的使用 

struct S
{
	int i;
	float f;
};
#include <stdio.h>
int main()
{
	//打开文件
	FILE* pf = fopen("data.txt", "w");
	//打开失败
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	struct S s = { 10 ,3.14f };
	char arr[20] = { 0 };
	//printf("%d %f\n", s.i, s.f);
	sprintf(arr, "%d %f\n", s.i, s.f);
	
	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

与printf相比，也只是多了一个字符指针参数。

ssprintf也是把s.i, s.f按照%d %f的格式放到arr中。 

sscanf的使用

struct S
{
	int i;
	float f;
};
#include <stdio.h>
int main()
{
	//打开文件
	FILE* pf = fopen("data.txt", "r");
	//打开失败
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	struct S s = { 10 ,3.14f };
	struct S tmp = { 0 };
	char arr[20] = { 0 };

	sprintf(arr, "%d %f\n", s.i, s.f);
	//scanf("%d%f", &(s.i), &(s.f));
	sscanf(arr, "%d%f", &(tmp.i), &(tmp.f));

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

sscanf是把arr中数据按照%d %f的格式放到&(tmp.i) , &(tmp.f)。

sprintf函数一般是与sscanf函数一起使用。

上面这些函数都是属于文本操作函数，操作的是文本文件，而接下来我们要学习的是操作二进制文件的函数。

fwrite的使用 

上面这个函数的大概意思是：写count个，大小为size的字节的元素到这个流里（stream），从ptr所指向的这个内存开始写。 

struct S
{
	int i;
	float f;
};
#include <stdio.h>
int main()
{
	//打开文件
	FILE* pf = fopen("data.txt", "wb");
	//打开失败
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}

	struct S s = { 10, 3.14f };
	//从&s这个位置开始写，写一个大小为sizeof(s)的数据到pf中
	fwrite(&s, sizeof(s), 1, pf);

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

如果要把它看懂的话，就得用二进制的方式来读，这就需要用到fread函数了。

fread的使用 

我们会发现这个和fwrite的参数是一样的。其实这个函数与fwrite的功能刚好相反。它是从流中（stream）的数据， 取出count个大小为size的数据放到ptr所指向的那块空间中。并且当fread会返回一个size_t的值，表示读取成功的个数。

#include <stdio.h>
struct S
{
	int i;
	float f;
};
int main()
{
	//打开文件
	FILE* pf = fopen("data.txt", "wb");
	//打开失败
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	struct S s1 = { 10, 3.14f };
	//写入数据
	fwrite(&s1, sizeof(s1), 1, pf);
	fclose(pf);

	pf = fopen("data.txt", "rb");
	struct S s2 = { 0 };
	//从pf中读取一个大小为sizeof(s)的数据放到&s指向的那块空间中
	fread(&s2, sizeof(s2), 1, pf);
	printf("%d %f\n", s2.i, s2.f);//看看是否读取成功
	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

从输出的结果来看这个我们写入与读取的操作都是正确的。 

文件的随机读写

fseek的使用

根据文件指针的位置和偏移量来定位文件指针。

我们知道当打开一个文件时，文件指针是指向这个文件的起始位置的。如果我们想要读取后面的数据，总不能一个一个的往后读取吧，太不方便了。因此就提供了一个函数fseek，可以让我们从想要的位置开始读取。

参数解析：offset——>偏移量  ； origin——>从哪里开始读取。给我们提供了三个选择：文件的起始位置（SEEK_SET），文件的末尾（SEEK_END），文件指针当前指向的位置（SEEK_CUR） ； stream——>从哪个流开始读取。

#include <stdio.h>
int main()
{
	FILE* pf = fopen("data.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//假设我们这个已经在data.txt这个文件中写入abcdefghi
	int ret = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ret);

	fseek(pf, 5, SEEK_SET);

	ret = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ret);

	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

注意这个偏移量也是由正负之分的。正的，文件指针就往右偏；负的，文件指针就往左偏。

并且我这个SEEK_SET是从文件的起始地址开始的，如果是使用SEEK_CUR，那么就只要偏移4次就够了，因为读取a之后，文件指针就指向b去了。

ftell的使用 

返回文件指针相对于起始位置的偏移量。

#include <stdio.h>
int main()
{
	FILE* pf = fopen("data.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//偏移了次
	fseek(pf, 5, SEEK_SET);
	//相较于起始地址，偏移量是5
	int ret = ftell(pf);
	printf("%d\n", ret);

	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

rewind的使用 

让文件指针的位置回到文件的起始位置

#include <stdio.h>
int main()
{
	FILE* pf = fopen("data.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	fseek(pf, 5, SEEK_SET);
	int ret = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ret);

	rewind(pf);
	ret = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ret);
	
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

这些文件都是fseek那个代码里的文件，也就是这个文件里是:abcdefghi。 

文件读取结束的判定

被错误使用的 feof

牢记：在文件读取过程中，不能用feof函数的返回值直接来判断文件的是否结束。

feof 的作用是：当文件读取结束的时候，判断读取结束的原因是否是：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 ），或者 NULL （ fgets ）

例如： • fgetc 判断是否为 EOF 。 • fgets 判断返回值是否为 NULL 。

2. 二进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。

• fread判断返回值是否小于实际要读的个数。

文本文件：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
	int c; 
	FILE* fp = fopen("test.txt", "r");
	if (!fp)//fp==NULL 
	{
		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) 
	{
		putchar(c);
	}
	//判断是什么原因结束的
    //ferror是用来判断是不是遇到读取错误
	if (ferror(fp))//读取遇到错误
		puts("I/O error when reading");
	else if (feof(fp))//遇到文件末尾
		puts("End of file reached successfully");
	fclose(fp);
	fp = NULL;
	return 0;
}

二进制文件：

#include <stdio.h>
enum { SIZE = 5 };
int main()
{
	double a[SIZE] = { 1.0,2.0,3.0,4.0,5.0 };
	FILE* fp = fopen("test.bin", "wb"); 
	if (fp == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//sizeof * a <——> sizeof(*a) <——> 这个也就是a数组的第一个元素
	fwrite(a, sizeof * a, SIZE, fp);//写 double 的数组
	fclose(fp);

	double b[SIZE];
	fp = fopen("test.bin", "rb");
	size_t ret_code = fread(b, sizeof * b, SIZE, fp); // 读 double 的数组
	if (ret_code == SIZE)//全部读取成功
	{
		puts("Array read successfully, contents: ");
		for (int n = 0; n < SIZE; ++n)
			printf("%f ", b[n]);
		putchar('\n');
	}
	else 
	{
		if (feof(fp))//读取错误
		{
			printf("Error reading test.bin: unexpected end of file\n");
		}
		else if (ferror(fp)) //遇到文件末尾
		{
			perror("Error reading test.bin");
		}
	}
	fclose(fp);
	fp = NULL;
	return 0;
}

文件缓冲区 

ANSI C （标准C）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。 

#include <stdio.h>
#include <windows.h>//Sleep函数所需的头文件
int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.txt", "w");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	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);//休眠10000毫秒
	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;
}

这里可以得出一个结论： 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。

好啦！本期文件操作的学习到此就结束了！下一期，我们再一起学习吧！