文件操作(1) —— 文件基础知识

目录

1. 为什么使用文件？

2. 文件种类【按功能分】

3. 文件名

4. 数据文件种类【按存储方式细分】

5. 文件的打开和关闭

5.1 流和标准流

5.2 文件指针

5.3 文件的打开和关闭函数

6. 文件缓冲区

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1. 为什么使用文件？

如果没有⽂件，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。

2. 文件种类【按功能分】

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（从⽂件功能的⻆度来分类 的）

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）,可执行文件（windows 环境后缀为.exe）。

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。例如文本文件(后缀为.txt)

本章讨论的重点是数据⽂件。

3. 文件名

⼀个⽂件要有⼀个唯⼀的⽂件标识，也就是文件名，以便⽤⼾识别和引⽤。

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

4. 数据文件种类【按存储方式细分】

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（VS2019测试）。

ascii码也是二进制的，机器是如何区分它是普通的二进制数据还是ascii码数据？

ASCII码确实是一种二进制编码形式，它通过特定的7位或8位二进制数来表示不同的字符。然而，尽管ASCII码和二进制数据在底层都是以二进制形式存储的，但计算机区分它们的方式主要取决于文件的上下文信息和解释方式。

对于文本文件（如ASCII文件），计算机会按照字符编码的规则来解释二进制数据。这意味着，当程序读取一个文本文件时，它会将文件中的每个字节解析为对应的ASCII字符。例如，如果文件中包含字节01000001（即十六进制的41），程序会将其解释为字符'A'。

而对于二进制文件，计算机则不会尝试将这些字节解释为字符。相反，它会直接处理这些二进制数据，根据文件的格式和用途来解释其中的信息。例如，如果一个二进制文件包含图像数据，那么计算机会使用图像处理软件来解读这些数据，而不是尝试将其解释为文本。

此外，文件的扩展名和打开方式也会影响计算机如何解释文件内容。例如，如果一个文件以.txt扩展名结尾并被文本编辑器打开，那么计算机会假定该文件是文本文件，并尝试按照字符编码的规则来解释其中的数据。而如果同一个文件被二进制编辑器打开，或者其扩展名表明它是一个二进制文件（如.bin、.dat等），那么计算机则会直接处理其中的二进制数据。

综上所述，虽然ASCII码和二进制数据在底层都是二进制形式，但计算机通过上下文信息、文件格式和打开方式等来判断如何解释这些数据。

5. 文件的打开和关闭

5.1 流和标准流

流的概念：

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？

那是因为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。

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。

5.2 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，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pf:

FILE* pf;

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间接找到与 它关联的⽂件。

5.3 文件的打开和关闭函数

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 );

1. filename输入的是文件名。
2. mode是文件的打开方式。
3. 打开成功则会返回该文件的首地址，否则返回NULL。

filename输入的也可以是绝对路径和相对路径，详细看参考这篇文章什么是相对路径？相对路径的具体写法和用法

下面是文件的各种打开方式：

1. 打开方式中只要含有 r ，那么都需要先存在该文件。
2. 打开方式中只要含有 w ，则每次对文件的操作都会覆盖文件上一次的内容。

// 关闭⽂件

int fclose ( FILE * stream );

• 如果流成功关闭，则返回零值。失败时，返回 EOF。(了解即可)
• 如果输入NULL指针，则该函数什么也不执行。

因为文件的打开可能会失败，所以我们要用 if 语句判断并用perror函数打印错误信息：

int main()
{FILE* pf = fopen("test.txt", "r");	//文件的打开if (pf == NULL)		//判断是否打开成功{perror("fopen");return 1;}//省略：对文件的一系列操作……fclose(pf);		//文件的关闭return 0;
}

6. 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。

Sleep函数能让程序休眠，单位是毫秒ms（1秒 == 1000毫秒） 

#include <stdio.h>
#include <windows.h>
//VS2019 WIN11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。

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