笔记四：C语言中的文件和文件操作

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                                                                                        ---------《寻找天堂》

目录

一、文件介绍

        1.1程序文件

       1.2 数据文件

       1.3 文件名

二、文件的打开和关闭

2.1 文件指针

2.2.文件的打开和关闭

2.3 文件读取结束的判定

三、 文件的顺序读写

 3.1 顺序读写函数介绍

四、文件的随机读写

        4.1  fseek

        whence表示偏移量的基准位置

        4.2  ftell

         4.3 rewind

 五、文本文件和二进制文件

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一、文件介绍

        首先，外面先来了解什么是文件，如下是文件的定义：

        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。

        本文讨论的是数据文件。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。

       1.3 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。

二、文件的打开和关闭

2.1 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 ” 。

        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。

        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.

        例如，VS2013 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。

        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 。

        比如：

2.2.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。

        打开方式如下：

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

        下面是各种文件的打开方式列表：

文件使用式	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	建立一个新的文件
“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

        通过下面一个例子演示一下：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<stdio.h>int main() {FILE* pf = fopen("data4.txt","r");  //以只读的方式打开data.txtif (pf == NULL) {perror("fopen");  //若文件不存在则打印错误信息，退出return 1 ;}fclose(pf);  //打开文件，完成操作后，关闭文件pf = NULL;  //使用完后释放文件指针，避免野指针return 0;
}

        在当前文件夹下不存在data4.txt 文本文件，所以会执行if语句，打印错误信息，运行结果如下：

2.3 文件读取结束的判定

        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，判断是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。

三、 文件的顺序读写

 3.1 顺序读写函数介绍

功能	函数名	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

         这里介绍流的概念：
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：
        那为什么我们从键盘输入数据，向屏幕上输出数据，并没有打开流呢 ?
        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。

         下面通过三个示例，练习部分的顺序写入文件、顺序读取文件

 示例1：顺序写入文件
int main() {//打开文件FILE*pf=fopen("data1.txt", "w");  //以只写的方式打开data1.txt.txt，如果文件不存在则创建新的文件if (pf == NULL) {perror("fopen");return 1;}//顺序写入字符fputc('h', pf);fputc('e', pf);fputc('l', pf);fputc('l', pf);fputc('o', pf);fputc('w', pf);fputc('\n', pf);//关闭文件fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

        此时文件夹中不存在data1.txt，会创建一个新的文件，并向里面写入“hello",运行结果如下：

         下面是另外一个例子：

//示例2：顺序读取文件
int main() {//打开文件FILE*pf=fopen("data1.txt", "r");if (pf == NULL) {perror("fopen");return 1;}//..读取入文件   //fgetc函数声明： int fgetc(FILE*steam);char ch;while ((ch = fgetc(pf)) != EOF) {printf("%c\n", ch);}//关闭文件fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

         此时文件夹中存在data1.txt，读取里面的“hello"并进行打印,运行结果如下：

        示例三：

//示例三：行写入/读取
int main() {FILE* pf = fopen("data2.txt", "w");if (pf == NULL) {perror("fopen");return 1;}//写入一行,，不会自动换行，需手动加入fputs("abcdef\n", pf);fputs("abcdef\n", pf);fputs("abcdef\n", pf);//键盘输入fgets(arr, 10, stdin); //stdin（标准输入流）是一个默认打开的数据流，用于从键盘接收输入fputs(arr, stdout);   //stdout（标准输出流）是一个默认打开的数据流，用于将数据输出到屏幕上fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

四、文件的随机读写

        4.1  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 offset, int whence );

        stream表示文件指针，offset表示文件指针的偏移量，whence表示偏移量的基准位置。 

        whence表示偏移量的基准位置

• 当whence为SEEK_SET时，offset表示距离文件开头的偏移量；
• 当whence为SEEK_CUR时，offset表示距离文件当前位置的偏移量；
• 当whence为SEEK_END时，offset表示距离文件末尾的偏移量。

/* fseek example */
#include <stdio.h>
int main()
{FILE* pFile;pFile = fopen("example.txt", "wb");fputs("This is an apple.", pFile);fseek(pFile, 9, SEEK_SET);   //这里文件指针的位置为起始位置fputs(" sam", pFile);fclose(pFile);return 0;
}

        4.2  ftell

返回文件指针相对于起始位置的偏移量

 long int ftell ( FILE * stream );

/* ftell example : getting size of a file */
#include <stdio.h>
int main()
{FILE* pFile;long size;pFile = fopen("data1.txt", "rb");if (pFile == NULL) perror("Error opening file");else{fseek(pFile, 0, SEEK_END); //光标定位到文件末尾size = ftell(pFile);//计算文件字符个数fclose(pFile);printf("Size of myfile.txt: %ld bytes.\n", size);}return 0;
}

         4.3 rewind

让文件指针的位置回到文件的起始位置

void rewind ( FILE * stream );

/* rewind example */
#include <stdio.h>
int main()
{int n;FILE* pFile;char buffer[27];pFile = fopen("myfile.txt", "w+");for (n = 'A'; n <= 'Z'; n++)fputc(n, pFile);          //往myfile.txt 写入A~Zrewind(pFile);                //让文件指针的位置回到文件的起始位置fread(buffer, 1, 26, pFile);  //将读入的数据写入bufferfclose(pFile);		//关闭文件buffer[26] = '\0';puts(buffer);      //打印return 0;
}

 五、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 。

#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;
}

       如何将文件以二进制的形式显示：