C语言文件操作（上）

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一、为什么使用文件

 在我们的一般程序中，我们所输入的数据都是存储在内存中的，当程序退出的时候，我们存储的数据也就相应消失了；那么，我们怎么才能做到完成相应数据的长时间存储呢？
 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。

二、什么是文件

 简单来讲，文件就是磁盘中的文件。
 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.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）。
比如说下图的文件就是程序文件

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。

比如下图中我们对某个文件进行读取或者输入数据，那么这个文件就是数据文件

3.文件名

 文件名存在的意义：作为一个文件惟一的文件标识，方便用户识别和引用。
 文件名包含：文件路径 + 文件名主干 + 文件后缀
 例如：（C:\code\test.text）
为了方便，文件标识通常被称为文件名

三、文件的打开与关闭

1.文件指针

 概念：每个被使用的文件都会在内存在开辟一个相应的文件信息区，用来存储于文件相关的信息（如：文件名、文件状态于文件当前位置）；这些信息保存在一个结构体变量中，这个结构体变量由系统进行声明，称为FILE
在VS2013中是这样声明对的

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

注意：
1、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
2、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
3、我们一般会通过一个 FILE 的指针来维护这个 FILE 结构的变量。并不会直接使用，而是拿一个结构体指针指向这个结构，通过这个指针来访问和维护相关的数据，这样使用起来会更加方便
 下面让我们来创建一个指针变量

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。

2.文件的打开和关闭

 文件的使用一般是：打开文件——>使用文件——>关闭文件
而我们打开与关闭文件需要用到两个函数：>fopen和>fclose
这两个函数的头文件都是<stlib.h>

fopen 与 fclose

示例：

int main() {//打开文件FILE* p = fopen("test1.txt","r");if (p == NULL) {perror("fopen");return 1;}else {printf("yes\n");}//关闭文件fclose(p);p = NULL;return 0;
}

结果：

注意：不关闭文件的后果：一个程序能够打开的文件是有限的，文件属于一种资源。如果只打开不释放，文件就会被占用。可能会导致一些操作被缓冲在内存中，如果不能正常关闭，缓冲在内存中的数据就不能正常写入到文件中从而导致数据的丢失。

四、文件的顺序读写

 顺序读写，顾名思义就是按照顺序在文件中读和写。
 函数一览：

01 字符输出函数：fputs

//字符输出
int fputc(int character,FILE* stream);

将参数 character 指定的字符写入到指定的流 stream 中，并把位置标识符向前移动 （字符必须为一个无符号字符）。适用于所有输出流。
示例：

int main() {FILE* p = fopen("test1.txt", "w");if (p == NULL) {perror("fopen");return 1;}fputc('k',p);char ch = 0;for (ch = 'a'; ch < 'z'; ch++) {if (ch % 5 == 0) {fputc('\n', p);}fputc(ch, p);}fclose(p);p = NULL;return 0;
}

结果：

此外，我们在使用W 打开的时候还会有覆盖效果，让我们来尝试一下
我们把刚刚那段代码中关于字符输出的部分进行注释

int main() {FILE* p = fopen("test1.txt", "w");if (p == NULL) {perror("fopen");return 1;}/*fputc('k',p);char ch = 0;for (ch = 'a'; ch < 'z'; ch++) {if (ch % 5 == 0) {fputc('\n', p);}fputc(ch, p);}*/fclose(p);p = NULL;return 0;
}

结果：

结果我们发现文件中的内容被覆盖了，这就是 W 的覆盖效果

02 字符输入函数：fgetc

//字符输入
int fgetc(FILE* stream);

从指定的流 stream 获取下一个字符，并把位置标识符后移（字符必须为一个无符号字符）。如果读取成功会返回相应的ASCII码值，如果读取失败会返回一个EOF。适用于所有输入流。

示例：

 //使用fgetc读取文件
int main(void) {FILE* pf = fopen("test1.txt", "r");if (pf == NULL) {perror("fopen");return 1;}//读文件int ret = fgetc(pf);printf("%c\n", ret);ret = fgetc(pf);printf("%c\n", ret);ret = fgetc(pf);printf("%c\n", ret);fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

结果：

注意：在读取时要把文件打开方式变为“r”

03 文本行输出函数：fputs

//文本行输出
int fputs(const char* str, FILE* stream);

将字符串写入到指定的流 stream 中（不包括空字符）。适用于所有输出流。

示例：

int main() {FILE* pf = fopen("text2.txt","w");if (pf == NULL) {perror("fopen");return 1;}fputs("abcd",pf);char arr[] = "abcdefgh";fputs(arr,pf);fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

结果：

04 文本行输入函数：fgets

//文本输入函数
int fgets(char* str, int num, FILE* stream);

从指定的流 stream 读取一行，并把它存储在 str 所指向的字符串中，当读取（n-1）个字符时，或者读取到换行符、到达文件末尾时，它会停止，具体视情况而定。适用于所有输入流。

示例：

int main() {FILE* pf = fopen("text2.txt","r");if (pf == NULL) {perror("fopen");return 1;}char arr[10];fgets(arr,4,pf);printf("%s\n",arr);fgets(arr, 4, pf);printf("%s\n", arr);fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

结果：

**注意：**假如 n 是100，读取到的就是99个字符（n-1），因为要留一个字符给斜杠0。

05 格式化输出函数：fprintf

用于对格式化的数据进行写文件，发送格式化输出到流 stream 中。适用于所有输出流。
示例：

struct test {char name[10];int age;char sex[4];
};
int main() {FILE* pf = fopen("text3.txt", "w");if (pf == NULL) {perror("fopen");return 1;}struct test ts = { "张三",18,"男"};fprintf(pf, "%s %d %s", ts.name, ts.age, ts.sex);fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

结果：

06 格式化输入函数：fscanf

//格式化输入函数
int fscanf(FILE* stream, const char* format, ...);

用于对格式化的数据进行读取，从流 stream 读取格式化输入。适用于所有输入流

示例：

struct test {char name[10];int age;char sex[4];
};
int main() {FILE* pf = fopen("text3.txt", "r");if (pf == NULL) {perror("fopen");return 1;}struct test ts = { 0 };fscanf(pf,"%s %d %s",ts.name,&(ts.age),ts.sex);printf("%s %d %s", ts.name, ts.age, ts.sex);fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

结果：

07 二进制输出函数：fwrite

//二进制输出函数
size_t fwrite(const void* ptr,size_t size,size_t count,FILE* stream);

将ptr指向的数据写入流stream中

示例：

struct test {char name[10];int age;char sex[4];
};
int main() {FILE* pf = fopen("text4.txt", "w");if (pf == NULL) {perror("fopen");return 1;}struct test ts = { "abcdef",22,"cdd"};fwrite(&ts,sizeof(struct test),1,pf);fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

结果：

结果显示我们输入的文字数据相显示的是乱码，让我们用二进制形式打开文件来检查一下

打开后结果：

原因：
我们刚才用的都是文本编译器，文本编译器打开二进制形式的文件完全是两种状态；对于字符串，以文本形式写进去和以二进制形式写进去是一样的；但是对于整数、浮点数等来说就不一样了，文本形式写入和二进制形式写入完全是两个概念。

08 二进制输入函数：fread

//二进制输入函数
size_t fread(void* ptr, size_t size, size_t count, FILE* stream);

将二进制数据从stream指向的文件流中读取到ptr指向的对象中

示例：

struct test {char name[10];int age;char sex[4];
};
int main() {FILE* pf = fopen("text4.txt", "r");if (pf == NULL) {perror("fopen");return 1;}struct test ts = { 0 };fread(&ts, sizeof(struct test), 1, pf);printf("%s %d %s\n",ts.name,ts.age,ts.sex);fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

结果：

五、 文件的随机读写

01 文件指针定位函数：fseek

//文件指针定位函数
int fseek(FILE* stream,long int offset,int origin);

根据文件指针的位置和偏移量来定位文件指针
a.参数：offset，是偏移量
b.origin是其实位置，一共有三个
 SEEK_CUR :当前文件指针位置
 SEEK_END :文件末尾位置
 SEEK_SET:文件起始位置

示例：

int main() {FILE* pf = fopen("text3.txt","r");if (pf == NULL) {perror("fopen"); return 1;}int ch = fgetc(pf);printf("%c\n",ch);ch = fgetc(pf);printf("%c\n", ch);//从当前文件指针位置向前移动两个单位fseek(pf,-2,SEEK_CUR);ch = fgetc(pf);printf("%c\n", ch);fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

结果：

02 返回偏移量函数：ftell

//返回偏移量函数
long int ftell(FILE* stream);

返回当前文件指针相对于起始位置的偏移量

示例：

//返回文件指针相对于起始位置的偏移量
int main() {FILE* pf = fopen("text4.txt", "r");if (pf == NULL) {perror("fopen");return 1;}//调整文件指针位置fseek(pf,5,SEEK_SET);//使文件指针从起始位置右移5个单位int ch = fgetc(pf);printf("%c\n",ch);//返回文件指针所处位置的偏移量int ret = ftell(pf);printf("%d\n",ret);fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

结果：

03 文件指针回到起始位置函数：rewind

//使文件指针回到起始位置
void rewind(FILE* stream);

示例：

//返回文件指针相对于起始位置的偏移量
int main() {FILE* pf = fopen("text4.txt", "r");if (pf == NULL) {perror("fopen");return 1;}//调整文件指针位置fseek(pf,5,SEEK_SET);//使文件指针从起始位置右移5个单位int ch = fgetc(pf);printf("%c\n",ch);//返回文件指针所处位置的偏移量int ret = ftell(pf);printf("%d\n",ret);int arr[10];rewind(pf);fgets(arr,7,pf);printf("%s\n",arr);fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

结果：

六、 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。

01 文本文件

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。

02 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。

03 数据在文件中的存储方式

 存储方式：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。

具体使用：
举个简单的例子：比如整数10000，如果以 ASCII 码的形式形式输出到磁盘，则磁盘中占用5个字节（每个字符占1个字节）。而如果以二进制的形式输出，则在磁盘上只占4个字节。

int main() {FILE* pf = fopen("text5.txt", "wb");if (pf == NULL) {perror("fopen");return 1;}int a = 10000;fwrite(&a,sizeof(int),1,pf);fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

以二进制形式打开文件：
我们检验一下，这个数字是否是10000

七、 文本结束的判定

01 被错误使用的feof

 feof 函数介绍：在文件结束时，判断文件因为何种原因导致文件结束的函数，判断是因为读取失败而结束，还是因为遇到文件尾而结束。如果文件结束，则返回非0值，否则返回0。

 错误用途：feof 函数是个经常被错误使用的一个函数。在文件读取过程中，不能用 feof 函数的返回值直接判断文件是否结束！feof 函数绝对不是用来判断文件是否结束的函数！feof 不是用来判定文件是否结束了的，还是在文件已经结束时，判断是什么原因导致文件结束的。

 正确用途：当文件读取结束时，判断是因为读取失败而结束，还是因为遇到文件尾而结束。

int main() {FILE* pf = fopen("text4.txt", "r");if (pf == NULL) {perror("fopen");return 1;}int ch = 0;while ((ch = fgetc(pf)) != EOF) {putchar(ch);}printf("\n");if (ferror(pf)) {puts("文件读取失败");}else if (feof(pf)) {puts("遇到文件末尾停止");}fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

02 正确使用方式

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。

八、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。

示例：

#include <stdio.h>
#include <windows.h>int main()
{FILE* pf = fopen("test6.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);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）//注：fflush 在高版本的VS上不能使用了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。