C语言 标准I/O函数全面指南

C标准I/O函数全面指南

本指南详细介绍了C语言中用于文件操作的标准输入/输出函数，包括单字符I/O、字符串I/O、格式化I/O、块I/O以及文件光标操作。每个部分包含函数定义、使用说明和实用示例，适合学习、复习以及博客发布。内容采用清晰的Markdown格式，代码规范，包含详细注释和最佳实践（如错误处理），以提升可读性和实用性。

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1. 单字符读写：fputc 和 fgetc

函数定义

• fgetc

  #include <stdio.h>
  int fgetc(FILE *stream);
  

  • 功能：从指定文件中读取一个字符，并以无符号整数形式返回。
  • 参数：stream - 文件指针。
  • 返回值：
    • 成功：返回读取的字符（无符号整数形式）。
    • 失败：返回EOF并设置错误码。

• fputc

  #include <stdio.h>
  int fputc(int c, FILE *stream);
  

  • 功能：将指定字符c写入到文件指针stream指向的文件中。
  • 参数：
    • c：要写入的字符（以无符号整数形式传递）。
    • stream：文件指针。
  • 返回值：
    • 成功：返回写入的字符（无符号整数形式）。
    • 失败：返回EOF并设置错误码。

示例代码

以下示例展示如何使用fputc写入字符到文件，并用fgetc读取文件内容。

#include <stdio.h>int main() {// 定义文件指针FILE *fp = NULL;// 以只写模式打开文件if ((fp = fopen("file.txt", "w")) == NULL) {perror("fopen error");return -1;}// 写入字符串 "Hello"，每次写入一个字符fputc('H', fp);fputc('e', fp);fputc('l', fp);fputc('l', fp);fputc('o', fp);fclose(fp); // 关闭文件// 以只读模式重新打开文件if ((fp = fopen("file.txt", "r")) == NULL) {perror("fopen error");return -1;}// 逐字符读取并打印char ch;while ((ch = fgetc(fp)) != EOF) {printf("%c ", ch);}fclose(fp); // 关闭文件return 0;
}

说明

• 写入：fputc每次写入一个字符，文件光标自动向后移动。
• 读取：fgetc每次读取一个字符，遇到文件末尾返回EOF。
• 注意：写入后光标位于文件末尾，直接读取会失败，因此需重新打开文件或使用rewind重置光标。

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2. 字符串读写：fgets 和 fputs

函数定义

• fputs

  #include <stdio.h>
  int fputs(const char *s, FILE *stream);
  

  • 功能：将字符串s写入到文件指针stream指向的文件中（不包含字符串结束符\0）。
  • 参数：
    • s：要写入的字符串。
    • stream：文件指针。
  • 返回值：
    • 成功：返回写入的字符数（非负数）。
    • 失败：返回EOF。

• fgets

  #include <stdio.h>
  char *fgets(char *s, int size, FILE *stream);
  

  • 功能：从文件指针stream指向的文件中读取最多size-1个字符到数组s，遇到换行符或文件末尾停止，并在末尾自动添加\0。
  • 参数：
    • s：存储读取数据的字符数组。
    • size：最多读取的字符数（包含末尾\0）。
    • stream：文件指针。
  • 返回值：
    • 成功：返回s（字符数组起始地址）。
    • 失败或文件末尾：返回NULL。

示例代码

以下示例展示如何从终端输入字符串并写入文件，再从文件中读取并显示。

#include <stdio.h>
#include <string.h>int main() {// 定义文件指针FILE *fp = NULL;// 以只写模式打开文件if ((fp = fopen("file.txt", "w")) == NULL) {perror("fopen error");return -1;}// 从终端输入字符串并写入文件char wbuf[128];while (1) {printf("请输入字符串（输入quit退出）：");fgets(wbuf, sizeof(wbuf), stdin); // 从标准输入读取wbuf[strcspn(wbuf, "\n")] = '\0'; // 移除换行符if (strcmp(wbuf, "quit") == 0) {break;}fputs(wbuf, fp); // 写入字符串fputc('\n', fp); // 添加换行符}fclose(fp);// 以只读模式打开文件if ((fp = fopen("file.txt", "r")) == NULL) {perror("fopen error");return -1;}// 逐行读取并打印char rbuf[128];while (fgets(rbuf, sizeof(rbuf), fp) != NULL) {printf("读取到：%s", rbuf);}fclose(fp);return 0;
}

说明

• 写入：fputs写入字符串，不包括\0，需手动添加换行符以分隔行。
• 读取：fgets读取一行（包含换行符），自动添加\0，适合逐行处理文本文件。
• 注意：fgets会保留输入的换行符，需用strcspn或类似方法移除。

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3. 格式化读写：fprintf 和 fscanf

函数定义

• fprintf

  #include <stdio.h>
  int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...);
  

  • 功能：按指定格式将数据写入文件。
  • 参数：
    • stream：文件指针（可为stdout或stderr）。
    • format：格式化字符串，包含格式控制符（如%d、%s、%f、%lf）。
    • ...：可变参数，数量由格式控制符决定。
  • 返回值：
    • 成功：返回写入的字符数。
    • 失败：返回负数。

• fscanf

  #include <stdio.h>
  int fscanf(FILE *stream, const char *format, ...);
  

  • 功能：按指定格式从文件中读取数据到变量中。
  • 参数：
    • stream：文件指针（可为stdin）。
    • format：格式化字符串，包含格式控制符。
    • ...：变量地址列表，数量由格式控制符决定。
  • 返回值：
    • 成功：返回成功读取的项数。
    • 失败或文件末尾：返回EOF并设置错误码。

示例代码

以下示例展示格式化读写到标准输出/输入和外部文件。

#include <stdio.h>int main() {// 向标准输出写入格式化数据fprintf(stdout, "整数: %d, 小数: %.2f, 字符串: %s\n", 520, 3.14, "I Love C");// 从标准输入读取整数int num;printf("请输入一个整数：");if (fscanf(stdin, "%d", &num) == 1) {printf("读取到：%d\n", num);} else {printf("读取失败\n");}// 写入格式化数据到文件FILE *fp = NULL;if ((fp = fopen("usr.txt", "w")) == NULL) {perror("fopen error");return -1;}fprintf(fp, "%s %d", "admin", 123456); // 写入用户名和密码fclose(fp);// 从文件中读取格式化数据if ((fp = fopen("usr.txt", "r")) == NULL) {perror("fopen error");return -1;}char usrName[20];int pwd;if (fscanf(fp, "%s %d", usrName, &pwd) == 2) {printf("用户名: %s, 密码: %d\n", usrName, pwd);} else {printf("读取失败\n");}fclose(fp);return 0;
}

说明

• 格式化：fprintf和fscanf支持多种数据类型（如整数、浮点数、字符串），灵活性高。
• 标准I/O：使用stdout或stdin可直接操作终端输入输出。
• 注意：fscanf读取时需确保变量地址正确，格式匹配，否则可能导致错误。

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4. 格式串转字符串：sprintf 和 snprintf

函数定义

• sprintf

  #include <stdio.h>
  int sprintf(char *str, const char *format, ...);
  

  • 功能：将格式化数据转换为字符串，存储到字符数组str中。
  • 参数：
    • str：目标字符数组。
    • format：格式化字符串。
    • ...：可变参数。
  • 返回值：
    • 成功：返回转换的字符数（不含\0）。
    • 失败：返回EOF。

• snprintf

  #include <stdio.h>
  int snprintf(char *str, size_t size, const char *format, ...);
  

  • 功能：将格式化数据转换为字符串，最多存储size-1个字符到str，并添加\0。
  • 参数：
    • str：目标字符数组。
    • size：最大存储字符数（含\0）。
    • format：格式化字符串。
    • ...：可变参数。
  • 返回值：
    • 成功：返回应写入的字符数（不含\0）。
    • 如果超出size：返回应写入的字符数（但只写入size-1个字符）。
    • 失败：返回EOF。

示例代码

以下示例展示如何将多种数据类型组合成字符串。

#include <stdio.h>int main() {char buf[20];// 使用 sprintf（不安全，可能溢出）sprintf(buf, "%d %s %.1f", 1001, "zhangsan", 99.5);printf("sprintf结果: %s\n", buf);// 使用 snprintf（安全，限制长度）snprintf(buf, sizeof(buf), "%d %s %.1f", 1001, "zhangsan", 99.5);printf("snprintf结果: %s\n", buf);return 0;
}

说明

• 安全性：sprintf可能导致缓冲区溢出，推荐使用snprintf以限制写入长度。
• 用途：常用于将多种数据类型组合成字符串，便于后续处理或输出。
• 注意：确保buf大小足够容纳格式化结果，snprintf更适合现代编程。

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5. 模块化读写：fread 和 fwrite

函数定义

• fread

  #include <stdio.h>
  size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);
  

  • 功能：从文件读取nmemb项数据，每项大小为size字节，存储到ptr指向的内存。
  • 参数：
    • ptr：存储数据的内存地址（支持任意类型）。
    • size：每项数据的大小（字节）。
    • nmemb：读取的项数。
    • stream：文件指针。
  • 返回值：
    • 成功：返回实际读取的项数。
    • 失败或文件末尾：返回小于nmemb的值或0。

• fwrite

  #include <stdio.h>
  size_t fwrite(const void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);
  

  • 功能：将ptr指向的nmemb项数据（每项size字节）写入文件。
  • 参数：
    • ptr：要写入的数据地址。
    • size：每项数据的大小（字节）。
    • nmemb：写入的项数。
    • stream：文件指针。
  • 返回值：
    • 成功：返回实际写入的项数。
    • 失败：返回小于nmemb的值或0。

示例代码

字符串读写

#include <stdio.h>
#include <string.h>int main() {FILE *fp = NULL;// 以只写模式打开文件if ((fp = fopen("test.txt", "w")) == NULL) {perror("fopen error");return -1;}// 循环输入字符串并写入char wbuf[128];while (1) {printf("请输入字符串（输入quit退出）：");fgets(wbuf, sizeof(wbuf), stdin);wbuf[strcspn(wbuf, "\n")] = '\0';if (strcmp(wbuf, "quit") == 0) {break;}fwrite(wbuf, strlen(wbuf), 1, fp); // 写入字符串fwrite("\n", 1, 1, fp); // 添加换行fflush(fp); // 刷新缓冲区}fclose(fp);// 以只读模式打开文件if ((fp = fopen("test.txt", "r")) == NULL) {perror("fopen error");return -1;}// 读取并输出char rbuf[10];size_t res;while ((res = fread(rbuf, 1, sizeof(rbuf) - 1, fp)) > 0) {rbuf[res] = '\0'; // 添加结束符fwrite(rbuf, 1, res, stdout); // 输出到终端}fclose(fp);return 0;
}

整数读写

#include <stdio.h>int main() {FILE *fp = NULL;// 以只写模式打开文件if ((fp = fopen("test.txt", "w")) == NULL) {perror("fopen error");return -1;}// 写入整数int num = 16;fwrite(&num, sizeof(int), 1, fp);fclose(fp);// 以只读模式打开文件if ((fp = fopen("test.txt", "r")) == NULL) {perror("fopen error");return -1;}// 读取整数int key;if (fread(&key, sizeof(int), 1, fp) == 1) {printf("读取到: %d\n", key);} else {printf("读取失败\n");}fclose(fp);return 0;
}

结构体读写

#include <stdio.h>
#include <string.h>typedef struct {char name[20];int age;double score;
} Stu;int main() {FILE *fp = NULL;// 以只写模式打开文件if ((fp = fopen("test.txt", "w")) == NULL) {perror("fopen error");return -1;}// 定义并写入学生数据Stu students[] = {{"张三", 18, 98.0},{"李四", 20, 88.0},{"王五", 16, 95.0}};fwrite(students, sizeof(Stu), 3, fp);fclose(fp);// 以只读模式打开文件if ((fp = fopen("test.txt", "r")) == NULL) {perror("fopen error");return -1;}// 读取并显示一个学生信息Stu temp;if (fread(&temp, sizeof(Stu), 1, fp) == 1) {printf("姓名: %s, 年龄: %d, 成绩: %.2f\n", temp.name, temp.age, temp.score);}fclose(fp);return 0;
}

说明

• 灵活性：fread和fwrite支持任意数据类型（如字符串、整数、结构体），适合二进制文件操作。
• 注意：二进制读写需确保数据结构对齐一致，跨平台时需考虑字节序。

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6. 文件光标操作：fseek, ftell, rewind

函数定义

• fseek

  #include <stdio.h>
  int fseek(FILE *stream, long offset, int whence);
  

  • 功能：移动文件光标到指定位置。
  • 参数：
    • stream：文件指针。
    • offset：偏移量（正：向后，负：向前，0：不动）。
    • whence：起始位置（SEEK_SET：文件开头，SEEK_CUR：当前位置，SEEK_END：文件末尾）。
  • 返回值：
    • 成功：返回0。
    • 失败：返回-1并设置错误码。

• ftell

  #include <stdio.h>
  long ftell(FILE *stream);
  

  • 功能：获取文件光标的当前偏移量（相对于文件开头）。
  • 参数：stream - 文件指针。
  • 返回值：
    • 成功：返回当前偏移量（字节）。
    • 失败：返回-1并设置错误码。

• rewind

  #include <stdio.h>
  void rewind(FILE *stream);
  

  • 功能：将文件光标重置到文件开头（等效于fseek(stream, 0, SEEK_SET)）。
  • 参数：stream - 文件指针。
  • 返回值：无。

示例代码

以下示例展示如何操作文件光标并读取特定位置的数据。

#include <stdio.h>
#include <string.h>typedef struct {char name[20];int age;double score;
} Stu;int main() {FILE *fp = NULL;// 以读写模式打开文件if ((fp = fopen("test.txt", "w+")) == NULL) {perror("fopen error");return -1;}// 写入三个学生数据Stu students[] = {{"张三", 18, 98.0},{"李四", 20, 88.0},{"王五", 16, 95.0}};fwrite(students, sizeof(Stu), 3, fp);// 获取文件大小fseek(fp, 0, SEEK_END);printf("文件大小: %ld 字节\n", ftell(fp));// 移动光标到第二个学生fseek(fp, sizeof(Stu), SEEK_SET);// 读取并显示第二个学生信息Stu temp;if (fread(&temp, sizeof(Stu), 1, fp) == 1) {printf("姓名: %s, 年龄: %d, 成绩: %.2f\n", temp.name, temp.age, temp.score);}fclose(fp);return 0;
}

说明

• 光标操作：fseek灵活控制文件读取位置，ftell可用于计算文件大小。
• 重置光标：rewind适合在同一文件流中从头重新读取。
• 注意：二进制文件操作时，偏移量需与数据结构大小对齐。

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总结与注意事项

• 文件操作流程：始终检查fopen返回值，确保文件打开成功；操作完成后使用fclose关闭文件。
• 错误处理：使用perror或检查返回值捕获错误，确保程序健壮性。
• 缓冲区管理：写入数据后可用fflush刷新缓冲区，确保数据及时写入。
• 安全性：优先使用snprintf而非sprintf，避免缓冲区溢出。
• 跨平台注意：二进制文件读写需考虑字节序和结构体对齐问题。