【C语言标准库函数】标准输入输出函数详解[4]：二进制文件读写函数

目录

一、fread() 函数

1.1. 函数简介

1.2. fread 使用场景

1.3. 注意事项

1.4. 示例

二、fwrite() 函数

2.1. 函数简介

2.2. fwrite 使用场景

2.3. 注意事项

2.4. 示例

三、总结

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在 C 语言中，二进制文件读写函数允许以二进制形式对文件进行读写操作，这种方式可以高效地处理非文本数据，如图片、音频、视频等。

一、fread() 函数

1.1. 函数简介

函数原型：

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

• 功能：从文件流中读取数据。
• 参数：
  • ptr：指向存储读取数据的缓冲区的指针。
  • size：每个数据项的大小（以字节为单位）。
  • nmemb：要读取的数据项的数量。
  • stream：文件指针。
• 返回值：实际读取的数据项的数量，可能会小于请求的数量。

1.2. fread 使用场景

fread 函数是 C 语言中用于从文件中读取数据到缓冲区的一个非常强大的工具。它特别适用于处理二进制文件，但也同样适用于文本文件。fread 的使用场景包括但不限于。

• 读取二进制文件：如读取图像文件、音频文件或其他任何类型的二进制数据。fread 能够按字节精确控制数据的读取，非常适合处理这类文件。
• 读取大型数据文件：当需要处理的数据量非常大时，fread 可以通过控制读取的块大小（size 和 count 参数）来优化内存使用和读取速度。
• 结构体的序列化与反序列化：在需要将结构体数据保存到文件，或从文件中恢复结构体数据时，fread 可以用来读取或写入结构体的字节表示。

1.3. 注意事项

• 文件打开模式：在使用 fread 之前，需要确保文件以正确的模式（如 "rb" 用于二进制读取）打开。
• 缓冲区分配：需要为 fread 提供一个足够大的缓冲区来存放读取的数据。如果缓冲区太小，可能会导致数据丢失或读取失败。
• 返回值检查：fread 的返回值是实际读取的数据项个数，可能与请求读取的项数不同（如到达文件末尾或发生错误）。因此，需要检查返回值以确保读取成功。
• 文件关闭：完成文件读取后，应使用 fclose 函数关闭文件，以释放资源并避免潜在的文件损坏。
• 错误处理：应准备好处理 fread 可能遇到的错误，如文件不存在、读取权限不足等。

1.4. 示例

以下是一个使用 fread 读取二进制文件的简单示例：

#include <stdio.h>  
#include <stdlib.h>  int main() {  FILE *fp;  int data[10]; // 假设我们要读取10个整数  size_t numRead;  // 以二进制读取模式打开文件  fp = fopen("data.bin", "rb");  if (fp == NULL) {  printf("Failed to open file\n");  return 1;  }  // 读取数据  numRead = fread(data, sizeof(int), 10, fp);  // 检查是否成功读取了所有数据  if (numRead < 10) {  if (feof(fp)) {  printf("End of file reached before reading 10 integers\n");  } else if (ferror(fp)) {  perror("Error reading file");  }  }  // 关闭文件  fclose(fp);  // 假设这里对读取到的数据进行处理...  return 0;  
}

尝试从名为 "data.bin" 的二进制文件中读取 10 个整数，并将它们存储在 data 数组中。检查 fread 的返回值以确保所有数据都被成功读取，并在读取完毕后关闭文件。如果读取过程中遇到错误或到达文件末尾，我们会相应地打印错误信息或提示。

二、fwrite() 函数

2.1. 函数简介

函数原型：

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

• 功能：向文件流中写入数据。
• 参数：
  • ptr：指向要写入数据的缓冲区的指针。
  • size：每个数据项的大小（以字节为单位）。
  • nmemb：要写入的数据项的数量。
  • stream：文件指针。
• 返回值：实际写入的数据项的数量，可能会小于请求的数量。

2.2. fwrite 使用场景

fwrite 函数是一个广泛使用的文件写入函数，尤其在C/C++等编程语言中。它的主要使用场景包括：

• 写入二进制文件：fwrite 非常适合将二进制数据写入文件，比如图片、音频文件或任何需要以字节为单位存储的数据。
• 写入结构体数据：当需要将结构体数据持久化到文件中时，fwrite 可以将结构体的内存表示直接写入文件，方便后续的读取和恢复。
• 写入文本文件：尽管通常推荐使用更适合文本处理的函数（如fprintf）写入文本文件，但fwrite 同样可以用于写入文本数据，尤其是在处理非ASCII字符或需要精确控制字节写入时。
• 日志记录：在某些情况下，fwrite 可以用于将程序的日志信息写入文件，尽管这通常不是其首选用途，因为它不提供格式化输出的功能。
• 配置文件写入：在需要将配置信息保存到文件中时，fwrite 可以将配置数据以二进制或文本形式写入，取决于数据的性质和文件的使用方式。
• 网络数据保存：在处理网络数据时，fwrite 可以用于将接收到的网络数据保存到本地文件中，以便后续分析或处理。

2.3. 注意事项

• 文件打开模式：在使用 fwrite 之前，需要确保文件以正确的模式（如 "wb" 用于二进制写入）打开。
• 数据类型匹配：写入的数据类型应与文件打开模式相匹配。例如，以二进制模式打开的文件应写入字节数据。
• 缓冲区大小：fwrite 允许一次性写入多个数据项，但需要注意缓冲区的大小，以避免溢出或不必要的内存使用。
• 返回值检查：fwrite 的返回值表示实际写入的数据项个数，可能与请求写入的数据项个数不同。应检查返回值以确保数据正确写入。
• 文件关闭：完成文件写入后，应使用 fclose 函数关闭文件，以释放资源并避免潜在的文件损坏。
• 错误处理：应准备好处理 fwrite 可能遇到的错误，如磁盘空间不足、写入权限不足等。

2.4. 示例

以下是一个使用 fwrite 写入二进制数据的简单C语言示例：

#include <stdio.h>  int main() {  FILE *fp;  char *data = "Hello, World!"; // 注意：这里以字符串为例，实际二进制数据应使用字节数组  size_t written;  // 以二进制写入模式打开文件  fp = fopen("output.bin", "wb");  if (fp == NULL) {  perror("Failed to open file");  return 1;  }  // 注意：如果写入的是字符串，并且文件是二进制模式，可能需要转换为字节数组  // 这里为了简化示例，直接写入字符串（在实际二进制文件中可能不适用）  // 正确的做法是将字符串转换为字节数组，或者确保文件以文本模式打开  written = fwrite(data, sizeof(char), strlen(data), fp);  // 检查是否成功写入所有数据  if (written < strlen(data)) {  perror("Error writing to file");  }  // 关闭文件  fclose(fp);  return 0;  
}  // 注意：上面的示例为了简化，直接将字符串写入了二进制文件。  
// 在实际应用中，如果文件是二进制文件，应该使用字节数组来存储要写入的数据。  
// 例如，可以将字符串转换为字节数组，或者使用其他二进制数据作为fwrite的参数。

上面的示例中直接写入了字符串，在处理二进制文件时通常不是最佳做法。在处理二进制文件时，应使用字节数组来存储和写入数据。此外，如果文件是以文本模式打开的（如 "wt"），则不应使用 fwrite 写入二进制数据，而应使用如 fprintf 之类的函数。

三、总结

二进制文件读写在C语言中主要通过fwrite和fread函数实现。fwrite用于将数据以二进制形式写入文件，而fread则用于从文件中读取二进制数据。这两个函数都需指定数据指针、数据项大小、数据项数量以及文件指针。在使用时，要确保文件以二进制模式打开，并注意检查返回值以处理可能的错误。二进制文件读写提供了对文件内容的低级访问，适用于需要直接处理原始数据的场景。