【C语言】文件操作(1)（文件打开关闭和顺序读写函数的万字笔记）

一、什么是文件

   我们写的程序的数据是存储在电脑的内存中，如果程序退出，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，我们可以使⽤⽂件
   文件是计算机系统中的一个基本概念，它是存储在计算机上的信息集合，可以是文本文档、图片、程序等，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（从⽂件功能的⻆度来分类的）

1.程序文件

   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.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

二、数据文件

   本文着重讨论的是数据文件，在以前我们学的知识中，所处理的数据的输⼊都是以键盘输⼊数据，用显示器输出
   但是我们之前的程序结果输出到显示器后，结束程序，这个结果不会被保存，那是因为我们运行程序时，把数据放在了内存，程序结束后，内存回收了，数据也就没了
   那我们很多情况下想把数据永久保存起来，就要使用磁盘上的数据文件存储起来，存储到磁盘的数据就会一直保存，当需要使用数据时，就从数据文件中将数据读入到我们的内存进行操作，本文将会讲解的就是操作数据文件

1.文件名

   ⼀个⽂件要有⼀个唯⼀的⽂件标识，以便⽤⼾识别和引⽤，这个文件标识就是我们常说的文件名，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

   在这个例子中，文件的路径就是c:\code\，文件名的主干就是test，文件后缀是.txt，说明这个文件是一个文本文件，属于数据文件之一
   而路径又可以分为相对路径和绝对路径，上面演示的就是绝对路径，如果对这个有兴趣的话，可以自行搜索文章学习，这里我们还是继续进行我们的文件操作的学习

2.数据文件的分类

   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

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
   简单的理解就是，如果打开这个文件你可以看懂上面的信息，那么就是文本文件，例如汉字，英文字母等等信息，文本文件常见的后缀为：.txt 和 .docx 以及 .rtf

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的⽂件中，就是⼆进制⽂件，由于里面是0和1序列组成的二进制，然后转换出来的字符，所以根本看不懂里面的内容
   我们可以在VS运行下面的代码，如果不懂也没有关系，后面会讲到，这里只是举一个例子：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS#include <stdio.h>
int main()
{int a = 10000;//以二进制写的方式打开FILE* pf = fopen("test.txt", "wb");if (pf == NULL){perror(fopen);return 1;}//⼆进制的形式写到⽂件中fwrite(&a, 4, 1, pf);//关闭文件fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

   我们运行它之后会发现当前代码路径下会多出一个test.txt的文件，打开当前代码路径的方法是单击左上角文件夹图标，如图：

   然后我们双击打开这个文件：

   可以看到我们明明是将10000写入到了这个文件中，但是最后我们打开文件后发现是一个我们看不懂的字符，原因就是我们写入时，是以二进制的写入方式打开文件的，里面存储的是二进制的信息

三、文件的打开和关闭

1.流和标准流

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
   比如向文件里输入信息和向屏幕输入信息的方式不同，但是程序员不必了解它们如何输入的，程序员只需要去往对应的流写入或读出操作，不需要担心各种设备的输入输出操作
   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，打开流的方法我们后面会讲到

标准流

   刚刚提到了，如果要输入或者读取信息，都要打开流，然后进行操作，那么每次我们在键盘输入信息，在屏幕上打印信息为什么没有专门打开流呢？那是因为C语言程序在启动时，默认打开了3个标准流：

• 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

   这是默认打开的三个标准流，我们使⽤scanf、printf等函数就可以直接进⾏输⼊输出操作的，它们的类型是FILE*的指针，通常称为文件指针，对文件的操作就是使用文件指针进行操作

2.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，这个结构体就叫FILE，我们可以在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
   C语言⼀般都是通过⼀个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文件指针变量：

FILE* pf;//⽂件指针变量

   这里定义的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（⼀个结构体），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，如图：

3.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，现在我们就来学习如何打开和关闭文件
   ANSI C 规定使⽤ fopen 函数来打开⽂件， fclose 来关闭⽂件，在打开⽂件的同时，它们都会返回⼀个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

文件的打开

   我们来看看打开文件的函数fclose的原型：

FILE * fopen ( const char * filename, const char * mode );

   如果文件打开成功了，那么就会返回一个FILE*的指针，我们可以用一个文件指针变量接收，然后我们后续就可以通过这个文件指针变量对这个文件进行操作
   如果文件打开失败了，那么就会返回一个空指针NULL，所以我们在使用fopen后，最好再判断一下它的返回值是否是空指针，如果是空指针说明文件打开失败，直接返回
   它的参数有两个，第一个是我们要打开的文件的名字，第二个参数是我们打开文件的方式，是以读的方式，还是写的方式，还是读写等等方式，如下图：

   在上图中展示了文件打开的方式，以及如果文件不存在，会做出什么操作，现在我们还没有讲解怎么对文件进行读写，所以有点懵也没有关系，在后面的读写部分都会讲解，这里只了解一下
   接下来我们来试着写一个代码，以只读的方式打开一个文本文件test.txt，如下：

	FILE* pf = fopen("test.txt", "r");//打开文件//判断是否打开成功，打开失败就返回错误信息并返回：if (pf == NULL){perror("fopen");return 1;}

   这样我们就打开了文件了，至于读写操作我们后面讲，现在先来看看如何关闭文件

文件的关闭

   我们来看看关闭文件的函数fclose的原型：

int fclose ( FILE * stream );

   它的返回值是int类型，如果文件关闭成功就返回0，如果文件关闭失败就返回EOF
它的参数是我们要关闭的流，在这里我们要关闭文件，就把文件的流，也就是对应的文件指针变量传过来
   我们要注意的是，关闭文件后，pf这个指针变量就指向野指针了，所以最好关闭文件后将其置为空指针NULL，我们来看看关闭文件关闭的过程：

//关闭⽂件
int fclose (pf);
//为了防止pf成为野指针，可以把它置为空指针
pf = NULL;

   这就是我们关闭文件的过程，接下来我们就学习最关键的文件读写操作

四、文件的顺序读写

   文件的顺序读写就是按照文件数据从头到尾进行读写，读写操作也是由我们的函数来完成的，如下表：

   我们接下来就就一一讲解这些函数：

1.fgetc函数

   我们要学习的第一个函数是fgetc，它的作用就是从流中获取一个字符，不是应该属于输出吗？那么为什么在表中它叫字符输入函数呢？
   这是我们要注意的一点，我们说的输入输出是站在内存的角度思考的，我们从流里面获取了一个字符，对流来说，也就是对文件来说是输出，但是如果站在内存角度思考就会发现，获取的字符存储到内存中了，应该是属于输入，所以我们说的输入输出都是基于内存角度的
   实在不理解也没什么，我们掌握它的用法就行，我们来看看它的原型：

int fgetc ( FILE * stream );

   它的参数就是我们要从哪个流里面获取一个字符，在这里我们要操作文件，很明显就是从文件流里面获取字符，所以需要填一个文件指针变量进去
   它的返回值是整型，如果成功从文件中读取了一个字符，那么就返回这个字符的Ascll码值，如果读取失败或者读取到了文件末尾，那么就返回EOF，现在我们就来使用一下它
   我们首先明确一下条件，在当前代码路径下有一个test.txt的文件，里面的内容是hello world!，然后我们开始写代码，由于这是第一遍，所以我来带大家实现一下全过程，后面文件的打开和关闭就不会再讲解了
   首先我们要以读的形式打开文件，然后用文件指针变量接收，判断返回值是否为空，如下：

#include <stdio.h>int main()
{FILE* pf = fopen("test.txt", "r");if (pf == NULL){perror("fopen");return 1;}return 0;
}

   随后我们就开始使用fgetc函数来实现读取操作，用一个字符变量ch来接收它的返回值，然后打印ch，如下：

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

   随后就是最后一步：关闭文件，注意关闭文件后要把pf置为空指针，如下：

fclose(pf);
pf = NULL;

   完整代码：

#include <stdio.h>int main()
{FILE* pf = fopen("test.txt", "r");if (pf == NULL){perror("fopen");return 1;}char ch = fgetc(pf);printf("%c\n", ch);fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

   最后我们来运行一下代码：

   可以看到我们成功读取了一个字符h，那么问题来了，如果我想将文件中的字符全部读出来怎么办呢？我们也不是每一次都知道文件中有多少个字符
   这个时候我们可以利用fgetc的返回值，创建一个while循环，只要fgetc的返回值不是EOF就一直循环，每次循环把读取到的字符打印出来，直到将所有字符读取完毕返回EOF结束循环，如下：

	char ch = 0;while ((ch = fgetc(pf)) != EOF){printf("%c", ch);}

   接着我们再次运行程序试试：

   可以看到这里就把文件中的所有字符都读出来了

2.fputc函数

   fgetc函数和fputc函数很相似，只是fgetc是将一个字符从流中读出，而fputc的作用是将一个字符写入到文件中，我们来看看它的原型：

int fputc ( int character, FILE * stream );

   它的第一个参数就是我们要写入的字符，第二个参数就是我们的流，我们操作文件，所以要写文件流
   如果写入成功，那么它的返回值就是这个字符的Ascll码值，如果失败就返回EOF，当然，它的返回值我们很少用到
   接着我们就使用一下这个函数，这里要强调的一点是，以写的方式打开文件，第一步会清空文件中的内容，然后再进行写的操作，如果不想文件中的内容被清楚，可以使用追加的方式打开
   我们这里就可以使用写的方式打开test.txt文件，让它将里面的hello world!删除了，然后我们再使用fputc来写入一个字符，如下：

#include <stdio.h>int main()
{FILE* pf = fopen("test.txt", "w");if (pf == NULL){perror("fopen");return 1;}char ch = 0;fputc('x', pf);fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

   运行代码后屏幕上没有出现任何信息，接着我们就来看看test.txt文件有没有按预期被修改，如图：

   可以看到，hello world!已经被清除了，并且字符x已经被我们写入到文件了

3.fgets函数

   fgets函数的作用是从文件中读出一行的信息，我们来看看它的原型：

char * fgets ( char * str, int num, FILE * stream );

   它的第一个参数就是我们要把读出的一行数据放入哪个字符串，第二个参数就是我们要读出几个字符，最后一个参数就是要从哪个流中读取数据
   如果读取成功，那么它的返回值就是从文件中读取出的第一行的字符串的首地址，可以使用%s的形式打印出来，如果读取失败，则会返回空指针NULL
   接着就让我们使用一下这个函数，首先明确前提，当前目录下有一个test.txt的文件，里面的内容有两行，第一行是hello，第二行是world!，我们来读取它的第一行，然后把它的第一行内容打印出来：

	char arr[20] = { 0 };fgets(arr, 20, pf);printf("%s\n", arr);

   完整代码：

#include <stdio.h>int main()
{FILE* pf = fopen("test.txt", "r");if (pf == NULL){perror("fopen");return 1;}char arr[20] = { 0 };fgets(arr, 20, pf);printf("%s\n", arr);fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

   我们来看看代码运行截图：

   还是同样的问题，如果我想将文件的所有行都读出来呢？虽然我们现在知道有两行数据，可以只调用两次fgets函数，但是万一下次遇到很多行数据呢？
   所以这里我们还是要利用它的返回值，创建一个while循环，如果fgets没有返回空指针，说明读取到了一行信息，那么我们就把它打印出来，如果返回空指针就结束循环，如下：

	char arr[20] = { 0 };while (fgets(arr, 20, pf)){printf("%s", arr);}

   我们来看看代码运行结果：

   可以看到代码自动把所有行打印出来了

4.fputs函数

   fgets函数和fputc函数很相似，只是fgets是将一行字符从流中读出，而fputs的作用是将一行字符写入到文件中，我们来看看它的原型：

int fputs ( const char * str, FILE * stream );

   这个函数的第一个参数就是我们要写入的字符串，第二个参数就是要写入的流
如果文件写入成功，那么就返回一个非零的值，如果写入失败就返回EOF
   接着我们就来使用fputs向文件test.txt写入一行字符hello world!，如下：

	char arr[20] = "hello world!";fputs(arr, pf);

   完整代码：

#include <stdio.h>int main()
{FILE* pf = fopen("test.txt", "w");if (pf == NULL){perror("fopen");return 1;}char arr[20] = "hello world!";fputs(arr, pf);fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

   然后我们运行代码后来看看test.txt有没有被写入这一行信息：

   可以看到文件里已经成功写入了一行信息

5.fscanf函数

   fscanf是以格式化的方式对文件进行读取操作，它与scanf函数的使用方法相似，它们的区别就是fscanf的第一个参数是流，后面和scanf的参数一样，我们来对比一下scanf和fscanf的原型：

//scanf的原型：
int scanf ( const char * format, ... );

//fscanf的原型：
int fscanf ( FILE * stream, const char * format, ... );

   可以看到它们的区别就是fscanf多一个流的选择，它们的返回值也是一样的，都是返回成功读取的项目的个数，如果读取失败返回EOF，如果还不熟悉scanf可以参考文章：
【C语言】printf和scanf函数详解
   我们这里也可以顺便说一下它们之间的关系，scanf是从标准输入流读取数据，而fscanf可以从任何流中读取数据，那么fscanf也必然可以从标准输入流读取数据，此时它们的作用就是一致，我们在上面也说过标准输入流是stdin，我们将fscanf的第一个参数写成标准输入流stdin就可以了，如下：

fscanf (stdin , const char * format, ... );
//等价于scanf

   说明了它们的关系，我们就来示例使用一下fscanf，我们的前提条件是：当前文件夹下有一个test.txt文件，里面包含的数据有：123 hello，现在我们要以格式话的方式将它们读取出来，也就是将123读取为整型，hello读取为字符串
   首先我们要创建一个整型变量和一个字符数组，用来存储我们读取到的信息，然后将它们打印出来，代码如下：

	int i = 0;char arr[20] = { 0 };fscanf(pf, "%d %s", &i, arr);printf("%d %s", i, arr);

   可以看到fscanf和scanf确实只有第一个参数的不同，接着我们来看看完整的代码：

#include <stdio.h>int main()
{FILE* pf = fopen("test.txt", "r");if (pf == NULL){perror("fopen");return 1;}int i = 0;char arr[20] = { 0 };fscanf(pf, "%d %s", &i, arr);printf("%d %s", i, arr);fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

   我们来看看代码运行结果：

6.fprintf函数

   fprintf函数和printf函数又非常相似，也是第一个参数不同，其它的使用方法一致，fprintf的原型如下：

int fprintf ( FILE * stream, const char * format, ... );

   它的返回值就不说了，与printf一致，不知道的可以看上面的链接，有printf的详细使用教程，它的参数也只是比printf多一个
   它们只是作用不同，fprintff的作用是向所有流中写入数据，而printf是向标准输出流写入数据，fprintf要全面一些，当fprintf的第一个参数是标准输出流stdout的时候，它的作用就和printf相同了，如下：

fprintf(stdout, const char * format, ... )
//等价于printf

   说完它们的关系我们就回到正题，来使用一下fprintf函数对文件test.txt写入一些格式化的数据，比如写入字符串world和浮点型的3.14，如下：

float f = 3.14f;
char arr[20] = "world";
fprintf(pf, "%s %f", arr, f);

   完整代码如下：

#include <stdio.h>int main()
{FILE* pf = fopen("test.txt", "w");if (pf == NULL){perror("fopen");return 1;}float f = 3.14f;char arr[20] = "world";fprintf(pf, "%s %f", arr, f);fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

   接着我们运行代码来看看文件test.txt有没有被修改，如下：

   可以看到文件被成功写入了格式化的数据

7.fwrite函数

   我们要讲的最后两个函数fread和fwrite与上面讲的函数不同，上面的函数都是对文件写入或读取我们看得懂的文本信息，而这两个函数是对文件写入或读取二进制信息
   也就是对二进制文件进行操作，所以打开文件时要使用rb或者wb的方式，我们首先来看看fwrite函数，它是向文件写入二进制的信息，它的原型如下：

size_t fwrite ( const void * ptr, size_t size, size_t count, FILE * stream );

   它的第一个参数是我们要写入的信息的首地址，第二个参数size就是我们要写入的信息的一个元素的大小，第三个参数count是我们要写入的元素的个数，最后一个参数就是我们要往哪个流写入信息
   它的返回值就是被成功写入文件的元素个数
   接着我们就赶紧去使用一下fwrite为test.txt文件写入一些二进制信息，我们要写的就是整型1到5，我们可以使用数组的方式，如下：

int arr[] = { 1,2,3,4,5 };
fwrite(arr, sizeof(arr[0]), 5, pf);

   然后我们来看看完整代码：

#include <stdio.h>int main()
{FILE* pf = fopen("test.txt", "wb");//二进制写的方式打开if (pf == NULL){perror("fopen");return 1;}int arr[] = { 1,2,3,4,5 };fwrite(arr, sizeof(arr[0]), 5, pf);fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

   然后我们来运行一下代码，看看test.txt文件有没有发生改变：

   可以看到test.txt文件被写入了一些二进制信息，但是我们看不出来是什么，也就不知道里面是不是装的我们写入的整型1到5，所以我们接下来学习对二进制文件信息进行读取的函数fread

8.fread函数

   fread函数的作用就是从文件中读取二进制的信息，刚好和fwrite搭配使用，我们来看看它的原型：

size_t fread ( void * ptr, size_t size, size_t count, FILE * stream );

   可以看到它的参数和返回值都和fwrite差不多，没错，它们的原型的含义基本一致，这里就不多讲了
   在刚刚使用了fwrite向文件写入了整型1到5后，我们看不出来文件中的内容是否正确，现在我们就使用fread将里面的信息读取出来，看看是否是整型1到5，如下：

	int arr[5] = { 0 };fread(arr, sizeof(int), 5, pf);for (int i = 0; i < 5; i++){printf("%d ", arr[i]);}

   完整代码：

#include <stdio.h>int main()
{FILE* pf = fopen("test.txt", "rb");if (pf == NULL){perror("fopen");return 1;}int arr[5] = { 0 };fread(arr, sizeof(int), 5, pf);for (int i = 0; i < 5; i++){printf("%d ", arr[i]);}fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

   我们来运行代码看看fread帮我们从test.txt读出的信息是否是整型1到5：

   可以看到成功打印出来了整型1到5，从这里也验证了之前我们的fwrite使用正确了

   今天的分享就到这里结束啦，虽然只是文件操作的一部分，但是还是有一万字，基本上讲完了我们在读写时使用的函数，但是还是没有把文件操作部分要掌握的内容完全讲完
   所以文件操作还有下一篇文章，uu们敬请期待~
   那么今天说到这里，bye~