C语言之文件操作详解(文件打开关闭、顺序/随机读写)

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一、文件概要

文件的意义

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。

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）,可执⾏程序（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，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。

我们本文会着重介绍数据文件，在以前我们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数据⽂件。

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。
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

为了⽅便起⻅，⽂件标识常被称为⽂件名。

二进制文件和文本文件

根据文件里数据的内容，数据⽂件被称为⽂本⽂件和⼆进制⽂件。
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(硬盘)的⽂件中，该文件就是⼆进制⽂件。
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。(一般肉眼能看懂)

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。

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。
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。 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。

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(数据文件)都在内存中开辟了⼀个相应的文件信息区（它和文件本身相关联），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，只要拿到FILE结构变量的指针就可以操作文件了。
所以⼀般都是通过⼀个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。
示意图如下：

二、文件操作

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。
C标准规定使⽤ fopen函数来打开⽂件， fclose 来关闭⽂件。

//打开⽂件 filename：文件名，它是字符串，所以用字符指针接受 mode： 打开模式FILE * fopen ( const char * filename, const char * mode );//关闭⽂件int fclose ( FILE * stream );

打开文件

mode表⽰⽂件的打开模式，⽂件的打开模式如下，文本主要介绍前三个。

文件的打开方式有两种，分别是绝对路径和相对路径，下面用几个例子来详细说明：

• 绝对路径：用从根目录开始到目标文件的路径来表示。

//绝对路径
FILE* pf = fopen("C:\\Users\\FANDONGBO\\Desktop\\test.txt", "w");

• 相对路径：用当前程序所在文件开始，到目标文件的路径表示。
  这里要用到两个符号： “." 表示当前路径 “.."表示上一级路径

//相对路径
FILE* pf = fopen(".\\..\\x64\\test.txt", "w");

这个例子表示打开当前文件上一级文件里的X64文件里的test.txt文件。

关闭文件

	fclose(pf);pf = NULL;

关闭文件后要将文件指针置为空。

文件的顺序读写

顺序读写函数介绍：

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）。

fputc

//写入单个字符
fputc('a', pf);
//连续写入多个字符
for (int i = 0; i < 26; i++)
{fputc('a' + i, pf);
}

结果如下：

fgetc

• 读取字符成功，返回字符的ASCII码值。
• 读取字符失败或者遇到文件末尾，返回EOF(-1)。
• 如果读取失败，会设置一个错误状态值——ferror
• 如果遇到文件末尾，会设置一个遇到文件末尾状态值——feof

后面两点我们下文会详细讲解。

当我们连续读文件里数据时，可以简单想像成有一个指针，每读一个数据，指针都要++，这样可以把整个文件数据读完。

fputs

直接写一串字符串不会自动换行，需要在字符串末尾手动加\n。

fgets

这个函数有点复杂，小编来详细介绍。

• 它会将文件的字符串数据读到字符数组str,也就是第一个参数。
• num表示读取字符个数，但是实际上只会读num-1个字符，因为还要留一个位置给\0。
• 当它读到num-1个字符时或者遇到换行符时或者读到文件末尾时会停止读操作。

示例如下：

fprintf

我们可以看到fprintf就比printf多了一个参数，所以只要会用printf那么fprintf也是手到擒来。

fscanf

对比一组函数

scanf/printf: 针对标准输入(stdin-键盘)输出(stdout-屏幕)流的格式化输入/输出函数。
fscanf/fprintf: 针对所有输入输出流的格式化输入/输出函数。
在使用fscanf/fprintf时把FILE*指针变量参数换成stdin或者stdout就等价于scanf/printf了。
sscanf/sprintf:
sscanf:写格式化数据到字符串中，也就是把格式化数据转换成字符串。
sprintf:从一个字符串中读取格式化数据，也就是把字符串恢复成格式化数据。

fwrite

这个函数是从ptr里写count个大小为size字节的数据到流(文件)里，数据是以二进制形式保存在文件中。

fread

这个函数和fwrite正好相反，是从流(文件)里读count个大小为size字节的数据到str中。
返回值是成功读到的完整的元素个数。

文件的随机读写

fseek

这个函数可以根据⽂件指针的位置和偏移量来定位⽂件指针（⽂件内容的光标），也就是更改⽂件内容的光标指向的位置。
这个函数有三个参数，第一个是要操作文件的指针，第二个参数与第三个参数有关，所以先介绍第三个，它有三个变量可选，表中已经解释了每个变量的含义，第二个参数就是根据第三个参数的位置来定位光标位置的偏移量，比如第三个参数选SEEK_SET，那么要定位到第三数据，那么就需要偏移两个数据，所以offset的值就该为2。

ftell

返回⽂件内容的光标相对于起始位置的偏移量。

rewind

让⽂件内容光标位置回到⽂件的起始位置。

文件读取结束的判定

在此之前，我们先来了解两个函数： 当文件读取已经结束，下面两个函数可以用来判断是因为什么结束的：

• ferror函数用来判断：是否读取遇到错误而结束
• feof函数用来判断： 是否读取到了文件末尾而结束

这两个函数很容易被误用，它们不能用来直接判断文件读取是否结束。

那如何判断文件读取是否结束呢？直接判断读取函数的返回值就行了：
• fgetc 判断返回值是否为 EOF .
• fgets判断返回值是否为 NULL .
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。

文件缓冲区

C标准采⽤“缓冲⽂件系统”处理数据⽂件的，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。

有一个函数fflush可以刷新缓冲区，使在缓冲区的数据转移到硬盘去，fclose也有刷新缓冲区的功能，因为关闭文件前要将缓冲区的文件转移到硬盘中，防止数据丢失，所以我们可以得到一个结论：

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。

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