【C语言进阶】文件操作

1. 为什么使用文件

我们前面学习结构体时，写了通讯录的程序，当通讯录运行起来的时候，可以给通讯录中增加、删除数据，此时数据是存放在内存中，当程序退出的时候，通讯录中的数据自然就不存在了，等下次运行通讯录程序的时候，数据又得重新录入，如果使用这样的通讯录就很难受。
我们在想既然是通讯录就应该把信息记录下来，只有我们自己选择删除数据的时候，数据才不复存在。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

2. 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）。

2.1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）。

2.2 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。

本章讨论的是数据文件。

在以前各章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文件。

2.3 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

3. 文件的打开和关闭

3.1 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”。
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。该结构体类型是有系统声明的，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。

3.2 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。

//打开文件
FILE * fopen ( const char * filename, const char * mode );

//关闭文件
int fclose ( FILE * stream );

打开方式如下：

代码实例：
int main()
{//打开文件FILE* pf = fopen("data.txt", "r");if (pf == NULL){perror("pc");return 1;}//读文件//关闭文件fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

4. 文件的顺序读写

//写入一个字符
//写文件    fputc('a', pf);

//读取一个字符int ch = fgetc(pf);if (ch != EOF){printf("%c\n", ch);}

//连续每次读取一个字符
//文件中有abcdefgint ch = fgetc(pf);printf("%c\n", ch);	//ach = fgetc(pf);printf("%c\n", ch);	//bch = fgetc(pf);printf("%c\n", ch);	//cch = fgetc(pf);printf("%c\n", ch);	//d

//覆盖并写入一行数据：fputs("hello world", pf);v

//读取指定长度的数据
//定一一个数组char arr[10] = { 0 };fgets(arr, 5, pf);    //将所读取的数据放入arr中printf("%s\n", arr);

//将结构体信息写入文件中
//这里的结构体信息就是格式化的，那么就需要fprintf()函数了
#include<stdio.h>typedef struct S
{char name[10];int age;}Peo;
int main()
{FILE* pf = fopen("test.txt", "w");if (pf != NULL){Peo p = { "zhangsan", 18 };fprintf(pf, "%s %d\n", p.name, p.age);fclose(pf);pf = NULL;}return 0;
}

//读取文件信息到结构体变量中
#include<stdio.h>
typedef struct S
{char name[10];int age;
}Peo;
int main()
{FILE* pf = fopen("test.txt", "r");if (pf != NULL){Peo p = { 0 };fscanf(pf, "%s %d", p.name, &p.age);printf("%s %d", p.name, p.age);fclose(pf);pf = NULL;}return 0;
}

二进制输出

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<errno.h>
typedef struct S
{char name[10];int age;
}Peo;
int main()
{FILE* pf = fopen("test.txt", "wb+");if (pf != NULL){Peo p = { "lisi", 19};fwrite(&p, sizeof(Peo), 1, pf);fclose(pf);pf = NULL;}return 0;
}

二进制输入

#include<stdio.h>
typedef struct S
{char name[10];int age;
}Peo;
int main()
{FILE* pf = fopen("test.txt", "rb+");if (pf != NULL){Peo p = { 0 };fread(&p, sizeof(Peo), 1, pf);printf("%s %d\n", p.name, p.age);fclose(pf);pf = NULL;}return 0;
}

4.1 对比一组函数

scanf/fscanf/sscanf
printf/fprintf/sprintf

5. 文件的随机读写

5.1 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 int offset, int origin );

#include <stdio.h>
int main()
{FILE* pFile;pFile = fopen("example.txt", "wb");fputs("This is an apple.", pFile);fseek(pFile, 9, SEEK_SET);fputs(" sam", pFile);fclose(pFile);return 0;
}

5.2 ftell

返回文件指针相对于起始位置的偏移量

long int ftell ( FILE * stream );

#include <stdio.h>
int main()
{FILE* pFile;long size;pFile = fopen("myfile.txt", "rb");if (pFile == NULL) perror("Error opening file");else{fseek(pFile, 0, SEEK_END); // non-portablesize = ftell(pFile);fclose(pFile);printf("Size of myfile.txt: %ld bytes.\n", size);}return 0;
}

5.3 rewind

让文件指针的位置回到文件的起始位置

void rewind ( FILE * stream );

#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);rewind(pFile);fread(buffer, 1, 26, pFile);fclose(pFile);buffer[26] = '\0';puts(buffer);return 0;
}

6. 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（VS2013测试）


由此可见：对于10000在数，如果以二进制形式存储占用4个字节，如果以ASCII码存储占用5个字节。试想：那对于数字1呢？

显而易见，二进制文件存储和文本文件存储对不同范围的数字可以做到节省空间。

#include<stdio.h>int main()
{FILE* pf = fopen("test.txt", "wb");int a = 10000;if (pf != NULL){fwrite(&a, 4, 1, pf);fclose(pf);pf = NULL;}return 0;
}

对于上面这段代码，我们知道是将数值10000放入了test.txt文件中，但我们无法直接看到它在文件中的真实值，于是使用vs的二进制编辑器即可查看：

7. 文件读取结束的判定

7.1 被错误使用的feof

牢记：在文件读取过程中，不能用feof函数的返回值直接用来判断文件的是否结束。
而是应用于当文件读取结束的时候，判断是读取失败结束，还是遇到文件尾结束。

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。

文本文件案例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(void)
{int c; // 注意：int，非char，要求处理EOFFILE* fp = fopen("test.txt", "r");if (!fp) {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EOFwhile ((c = fgetc(fp)) != EOF) // 标准C I/O读取文件循环{putchar(c);}//判断是什么原因结束的if (ferror(fp))puts("I/O error when reading");else if (feof(fp))puts("End of file reached successfully");fclose(fp);
}

二进制文件案例：

#include <stdio.h>
enum { SIZE = 5 };
int main(void)
{double a[SIZE] = { 1.,2.,3.,4.,5. };FILE* fp = fopen("test.bin", "wb"); // 必须用二进制模式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) {puts("Array read successfully, contents: ");for (int n = 0; n < SIZE; ++n) printf("%f ", b[n]);putchar('\n');}else { // error handlingif (feof(fp))printf("Error reading test.bin: unexpected end of file\n");else if (ferror(fp)) {perror("Error reading test.bin");}}fclose(fp);
}

8. 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。

代码案例：
#include <stdio.h>
#include <windows.h>
//VS2013 WIN10环境测试
int main()
{FILE* pf = fopen("test.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。