C语言：文件操作

前言：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。

正文开始

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• 一、什么是文件
• • 1.程序文件
  • 2.数据文件
  • 3. 文件名
  • 二、二进制文件和文本文件
  • 三、文件的打开和关闭
  • • 1. 流和标准流
    • • (1)流
      • (2)标准流
      • 2.文件指针
      • 3.文件的打开和关闭
      • 四、文件的顺序读写
      • 五、文件的随机读写
      • • 1.fseek
        • 2.ftell
        • 3.rewind
        • 六、文件读取结束的判定
        • 七、文件缓冲区

          一、什么是文件

          磁盘（硬盘）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）。

          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。

          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的文件。

          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。

          二、二进制文件和文本文件

          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的文件中，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。

          一个数据在文件中是怎么存储的呢？

          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）。

          测试代码：

          #include 
          int main()
          {
          	int a = 10000;
          	FILE* pf = fopen("test.txt", "wb");
          	fwrite(&a, 4, 1, pf);//⼆进制的形式写到⽂件中
          	fclose(pf);
          	pf = NULL;
          	return 0;
          }
          

          在VS上打开二进制文件：

          三、文件的打开和关闭

          1. 流和标准流

          (1)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。

          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。

          (2)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。

            这是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。

            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:

            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间接找到与它关联的文件。

            比如：

            

            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。

            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。

            ANSI C 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 );
            

            mode表示文件的打开模式，下面都是文件的打开模式：

            文件使用方式	含义	如果指定文件不存在
            “r”（只读）	为了输入数据，打开一个已经存在的文本文件	出错
            “w”（只写）	为了输出数据，打开一个文本文件	建立一个新的文件
            “a”（追加）	向文本文件尾添加数据	建立一个新的文件
            “rb”（只读）	为了输入数据，打开一个二进制文件	出错
            “wb”（只写）	为了输出数据，打开一个二进制文件	建立一个新的文件
            “ab”（追加）	向一个二进制文件尾添加数据	建立一个新的文件
            “r+”（读写）	为了读和写，打开一个文本文件	出错
            “w+”（读写）	为了读和写，建立一个新的文件	建立一个新的文件
            “a+”（读写）	打开一个文件，在文件尾进行读写	建立一个新的文件
            “rb+”（读写）	为了读和写打开一个二进制文件	出错
            “wb+”（读写）	为了读和写，新建一个新的二进制文件	建立一个新的文件
            “ab+”（读写）	打开一个二进制文件，在文件尾进行读和写	建立一个新的文件

            实例代码：

            /* fopen fclose example */
            #include 
            int main ()
            {
            	FILE * pFile;
            	//打开⽂件
            	pFile = fopen ("myfile.txt","w");
            	//⽂件操作
            	if (pFile!=NULL)
            	{
            		fputs ("fopen example",pFile);
            		//关闭⽂件
            		fclose (pFile);
            	}
            	return 0;
            }
            

            四、文件的顺序读写

            函数名	功能	适用于
            fgetc	字符输入函数	所有输入流
            fputc	字符输出函数	所有输出流
            fgets	文本行输入函数	所有输入流
            fputs	文本行输出函数	所有输出流
            fscanf	格式化输入函数	所有输入流
            fprintf	格式化输出函数	所有输出流
            fread	二进制输入	文件
            fwrite	二进制输出	文件

            上面说的适用于所有输入流一般指适用于标准输入流和其他输入流（如文件输入流）；所有输出流一般指适用于标准输出流和其他输出流（如文件输出流）。

            五、文件的随机读写

            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 );
            

            int origin代表的是位置，这里可以选择三个参数：

            • SEEK_SET---------->文件的起始位置
            • SEEK_CUR--------->文件指针当前位置
            • SEEK_END--------->文件末尾

              例⼦：

              /* fseek example */
              #include 
              int main ()
              {
              	FILE * pFile;
              	pFile = fopen ( "example.txt" , "wb" );//以只写的形式打开一个二进制文件
              	fputs ( "This is an apple." , pFile );
              	fseek ( pFile , 9 , SEEK_SET );//下面这两句代码执行完会是什么结果呢？
              	fputs ( " sam" , pFile );
              	fclose ( pFile );
              	return 0;
              }
              

              原来给pFile指向的文件里面写了This is an apple.这个字符串，那执行完代码之后pFile指向的文件里面会是什么内容呢？

              可以自己动手试试。

              2.ftell

              返回文件指针相对于起始位置的偏移量

              long int ftell ( FILE * stream );
              

              例⼦：

              /* ftell example : getting size of a file */
              #include 
              int main ()
              {
              	FILE * pFile;
              	long size;
              	pFile = fopen ("myfile.txt","rb");//以只读的形式打开一个二进制文件
              	if (pFile==NULL) 
              	perror ("Error opening file");
              	else
              	{
              		fseek (pFile, 0, SEEK_END); // non-portable
              		size=ftell (pFile);
              		fclose (pFile);
              		printf ("Size of myfile.txt: %ld bytes.\n",size);
              	}
              	return 0;
              }
              

              3.rewind

              让文件指针的位置回到文件的起始位置

              void rewind ( FILE * stream );
              

              例⼦：

              /* rewind example */
              #include 
              int main ()
              {
              	int n;
              	FILE * pFile;
              	char buffer [27];
               
              	pFile = fopen ("myfile.txt","w+");//为了读和写建立一个新的文件
              	for ( n='A' ; n