c语言进阶学习笔记——文件操作

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• 文件操作
• • 1. 为什么使用文件
  • 2. 什么是文件
  • • 程序文件
    • 数据文件
    • 文件名
  • 3. 文件的打开和关闭
  • • 文件指针
    • 文件的打开和关闭
  • 4.文件的顺序读写
  • • fputc 写文件
    • fgetc 读文件
    • fputs 写一行数据
    • fget 读一行数据
    • fprintf 格式化的写数据
    • fscanf 格式化的读数据
    • 流
    • fwrite 二进制的写文件
    • fread 二进制的读文件
    • fwrite和fread的运用(改造通讯录)
  • 5.对比一组函数：
  • 6.文件的随机读写
  • • fseek
    • ftell
    • rewind
  • 7.文本文件和二进制文件
  • 8.文件读取结束的判定
  • • 被错误使用的feof
  • 9.文件缓冲区

文件操作

1. 为什么使用文件

我们前面学习结构体时，写了通讯录的程序，当通讯录运行起来的时候，可以给通讯录中增加、删除数据，此时数据是存放在内存中，当程序退出的时候，通讯录中的数据自然就不存在了，等下次运行通讯录程序的时候，数据又得重新录入，如果使用这样的通讯录就很难受。
我们在想既然是通讯录就应该把信息记录下来，只有我们自己选择删除数据的时候，数据才不复存在。
这就涉及到了数据持久化的问题，我们一般数据持久化的方法有，把数据存放在磁盘文件、存放到数据库等方式。
使用文件我们可以将数据直接存放在电脑的硬盘上，做到了数据的持久化。

2. 什么是文件

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（从文件功能的角度来分类的）。

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。

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文件。

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。

3. 文件的打开和关闭

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

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。
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 );
//关闭文件
int fclose ( FILE * stream );

打开方式有：

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	出错
“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，建议一个新的文件	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

相对路径是在当前工程下创建的

int main()
{
	//打开文件
	//相对路径
	FILE* pf = fopen("test2.txt", "w");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//写文件

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

比如桌面上有一个test1.txt
绝对路径：
C:\Users\Adz\Desktop\test1.txt
为了避免被识别成转义字符
可以在 \ 后多加一个
变成：
C:\Users\Adz\Desktop\test1.txt

以"w"形式打开，如果指定文件不存在，它会建立一个新文件
如果指定文件存在，里面的数据会被销毁，变成一个空文件

4.文件的顺序读写

fputc 写文件

int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.txt", "w");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//写文件
	//把26个字母写到文件中
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 26; i++)
	{
		fputc('a'+i, pf);
	}

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

fgetc 读文件

返回值设置成int而不是char是因为这个函数返回的不仅仅是ascll码值，也有可能是-1

int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//读文件
	int ch = 0;
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 26; i++)
	{
		ch = fgetc(pf);
		printf("%c ", ch);
	}

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

fgetc在读文件的时候有它自己的功能和效果，所以我们看到的不是一样的字符，当打开文件的时候有一个文件指针指向了a，fgetc读走一个就会让文件指针往后走一步。如果想让它读28个，但是文件里没有这么多字符，那也读不了。

fputs 写一行数据

int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.txt", "w");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//写一行数组 hello bit
	fputs("hello abc\n", pf);
	fputs("hello world\n", pf);

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

fget 读一行数据

num写成10也最多读9个，因为最后一个位置会放\0

int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//读
	char arr[20];
	fgets(arr, 5, pf);
	printf("%s\n", arr);

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

fprintf 格式化的写数据

//格式化的读写
//fprintf
//fscanf

struct S
{
	int n;
	float f;
	char arr[20];
};

int main()
{
	struct S s = { 100, 3.14f, "zhangsan" };
	//打开文件
	FILE* pf = fopen("test.txt", "w");
	if (NULL == pf)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//写文件
	fprintf(pf, "%d %f %s\n", s.n, s.f, s.arr);

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

fscanf 格式化的读数据

//测试 fscanf 函数
struct S
{
	int n;
	float f;
	char arr[20];
};

int main()
{
	struct S s = {0};
	//打开文件
	FILE* pf = fopen("test.txt", "r");
	if (NULL == pf)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//读文件
	fscanf(pf, "%d %f %s", &(s.n), &(s.f), s.arr);

	printf("%d %f %s\n", s.n, s.f, s.arr);

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

流

流是一种高度抽象的概念

可以把数据的传输想象成水流

当我们想把数据写到外部设备上：
那得对每一种外部设备的操作比较了解，数据是怎么写到这些外部设备上去，得知道读和写的细节，这些对于我们难度太高，所以抽象了一个概念：流

流知道怎么把数据写到设备上，我们关注的就是读 从流里读，写 从流里写


当使用scanf的时候，是从键盘上读取数据，从来没有说要先打开键盘，读完后再关闭键盘这种操作。是因为c程序运行起来默认打开了标准输入流的设备，这个时候就可以从键盘输入数据了。printf对应的也就是标准输出流。
直接用就可以了

因为适用于所有输入流，所以我们也可以对fgetc用标准输入流
stdin FILE*
stdout FILE*
stderr FILE*
这三个流都是FILE*类型的指针

	int ch = fgetc(stdin);
	printf("%c\n", ch);

别的例子

struct S
{
	int n;
	float f;
	char arr[20];
};

	fputc('a', stdout);
	fputc('b', stdout);
	fputc('c', stdout);
	fputc('d', stdout);

	struct S s = { 1000, 3.666f, "hehe" };
	fprintf(stdout, "%d %f %s\n", s.n, s.f, s.arr);
	struct S s = { 0 };
	fscanf(stdin, "%d %f %s", &(s.n), &(s.f), s.arr);
	fprintf(stdout, "%d %f %s\n", s.n, s.f, s.arr);

fwrite 二进制的写文件

struct S
{
	char name[20];
	int age;
	float score;
};

int main()
{
	struct S s = { "zhangsan", 20, 95.5f };
	FILE*pf = fopen("test.dat", "wb");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//写文件
	fwrite(&s, sizeof(struct S), 1, pf);

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

后面不认识是因为放的是二进制的信息，整数和浮点数以二进制的形式和以文本的形式存储是不同的
前面认识是因为zhangsan这个字符串以二进制的形式写入文件和以文本的形式写入文件是一样的

这些函数写到文件中我们能认识的原因是：字符、文本行、格式化，是以字符的形式放进去的

我们如果以二进制的形式读那么我们就能看懂了

fread 二进制的读文件

返回的是实际读到的个数

比如我们想让它读8个元素，它第一次读了5个，返回5，第二次读了3个，因为它发现后面没有了，那么返回3

struct S
{
	char name[20];
	int age;
	float score;
};

int main()
{
	struct S s = {0};
	FILE* pf = fopen("test.dat", "rb");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//读文件
	fread(&s, sizeof(struct S), 1, pf);
	printf("%s %d %f\n", s.name, s.age, s.score);

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

fwrite和fread的运用(改造通讯录)

在退出通讯录的时候，写文件

void SaveContact(Contact* pc)
{
	//打开文件
	FILE* pf = fopen("contact.dat", "wb");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("SaveContatc::fopen");
		return;
	}
	//写文件
	fwrite(pc->data, sizeof(PeoInfo), pc->sz, pf);
	
	//for (int i = 0; i < pc->sz; i++)
	//{
	//	fwrite(pc->data + i, sizeof(PeoInfo), 1, pf);
	//}
	
	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;

	printf("保存成功\n");
}

在初始化通讯录的时候，读文件

static int CheckCapacity(Contact* pc)
{
	if (pc->sz == pc->capacity)
	{
		PeoInfo* ptr = (PeoInfo*)realloc(pc->data, (pc->capacity + EXPAN) * sizeof(PeoInfo));
		if (ptr == NULL)
		{
			printf("扩容失败:%s\n", strerror(errno));
			return 0;
		}
		else
		{
			pc->capacity += EXPAN;
			pc->data = ptr;
			printf("扩容成功,当前容量为%d\n", pc->capacity);
		}
	}
	return 1;
}

static void LoadContact(Contact* pc)
{
	//打开文件
	FILE* pf = fopen("contact.dat", "rb");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("LoadContact::fopen");
		return;
	}
	//读文件
	PeoInfo tmp = { 0 };//读到的先放到临时变量中
	while (fread(&tmp, sizeof(struct PeoInfo),1, pf))//返回值为0则结束读文件操作
	{
		//看是否在读的过程中需要增容
		CheckCapacity(pc);
		pc->data[pc->sz] = tmp;
		pc->sz++;
	}
	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;
}

void InitContact(Contact* pc)
{
	PeoInfo* ptr = (PeoInfo*)malloc(CAP * sizeof(PeoInfo));
	if (ptr == NULL)
	{
		perror("malloc:");
		return;
	}
	else
	{
		pc->data = ptr;
		pc->sz = 0;
		pc->capacity = CAP;
	}

	//加载文件信息到通讯录
	LoadContact(pc);
}

5.对比一组函数：

scanf / fscanf / sscanf
printf / fprintf / sprintf

struct S
{
	int n;
	float f;
	char arr[20];
};
int main()
{
	//序列化和反序列化的时候

	struct S s = { 200, 3.5f, "wangwu" };
	//把一个结构体转换成字符串
	char arr[200] = { 0 };
	sprintf(arr, "%d %f %s\n", s.n, s.f, s.arr);
	printf("字符串的数据：%s\n", arr);

	//把一个字符串转换成对应的格式化数据
	struct S tmp = { 0 };
	sscanf(arr, "%d %f %s", &(tmp.n), &(tmp.f), tmp.arr);
	printf("格式化的数据：%d %f %s\n", tmp.n, tmp.f, tmp.arr);

	return 0;
}

6.文件的随机读写

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 );

offset是偏移量
origin是起始
起始的选择有三种：


此时文件指针指向e，但我想下一个读到b，就可以用fseek

int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.dat", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//读文件
	int ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);//a
	ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);//b
	ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);//c
	ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);//d

	fseek(pf, -3, SEEK_CUR);
	//fseek(pf, 1, SEEK_SET);
	ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);//希望读到的是b

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

ftell

返回文件指针相对于起始位置的偏移量

long int ftell ( FILE * stream );

rewind

让文件指针的位置回到文件的起始位置

void rewind ( FILE * stream );

7.文本文件和二进制文件

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，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。

不同的数据采取各自合适的方法，可以有效节省空间。

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（VS2013测试）。

字符1的ASCII码值是49，字符0的ASCLL码值是48

#include <stdio.h>
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;
}

把test.txt添加进工程，然后以二进制编译器的方式打开

前面的000…不需要关心：

这个十六进制如果以小端的形式存储：

10000的二进制序列以小端的形式直接存到内存里，这种就叫做二进制文件

8.文件读取结束的判定

被错误使用的feof

牢记：在文件读取过程中，不能用feof函数的返回值直接用来判断文件的是否结束。
而是应用于当文件读取结束的时候，判断是读取失败结束，还是遇到文件尾结束。

• 文本文件读取是否结束，判断返回值是否为 EOF （ fgetc ），或者 NULL （ fgets ）

例如：

• fgetc 判断是否为 EOF .
• fgets 判断返回值是否为 NULL .

2. 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。

文本文件的例子：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(void)
{
    int c; // 注意：int，非char，要求处理EOF
    FILE* fp = fopen("test.txt", "r");
    if(!fp) {
        perror("File opening failed");
        return EXIT_FAILURE;
   }
 //fgetc 当读取失败的时候或者遇到文件结束的时候，都会返回EOF
    while ((c = fgetc(fp)) != EOF) // 标准C I/O读取文件循环
   { 
       putchar(c);
   }
   //判断是什么原因结束的
    if (ferror(fp))
        puts("I/O error when reading");
    else if (feof(fp))
        puts("End of file reached successfully");
    fclose(fp);
}

二进制文件的例子：

#include <stdio.h>
enum { SIZE = 5 };
int main(void)
{
    double a[SIZE] = {1.,2.,3.,4.,5.};
    FILE *fp = fopen("test.bin", "wb"); // 必须用二进制模式
    fwrite(a, sizeof *a, SIZE, fp); // 写 double 的数组
    fclose(fp);
    double b[SIZE];
    fp = fopen("test.bin","rb");
    size_t ret_code = fread(b, sizeof *b, SIZE, fp); // 读 double 的数组
    if(ret_code == SIZE) {
        puts("Array read successfully, contents: ");
        for(int n = 0; n < SIZE; ++n) printf("%f ", b[n]);
        putchar('\n');
   } else { // error handling
       if (feof(fp))
          printf("Error reading test.bin: unexpected end of file\n");
       else if (ferror(fp)) {
           perror("Error reading test.bin");
       }
   }
    fclose(fp);
}

9.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。

当把缓冲区放满，或者我们主动把缓冲区的数据放到硬盘，它才会将数据放到硬盘。

我们之所以能把数据放到c盘、d盘，是因为操作系统的存在
c语言操作文件是因为操作系统有接口可以操作文件
用户程序调用操作系统的接口然后去操作文件

我们写文件和读文件的时候，会打断操作系统，a帮我写一下，b帮我写一下…这样频繁的打断操作系统，效率就不高。所以出现了缓冲区

验证缓冲区

#include <stdio.h>
#include <windows.h>
//VS2013 WIN10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;
}

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。

小练习:

实现一个代码，拷贝一个文件

int main()
{
	//打开文件
	//打开被读的文件
	FILE* pfRead = fopen("test1.txt", "r");
	if (pfRead == NULL)
	{
		perror("open file for read");
		return 1;
	}
	//打开要写的文件
	FILE* pfWrite = fopen("test2.txt", "w");
	if (pfWrite == NULL)
	{
		fclose(pfRead);
		pfRead = NULL;
		pfRead = NULL;
		perror("open file for write");
		return 1;
	}

	//拷贝
	int ch = 0;
	while ((ch=fgetc(pfRead)) != EOF)
	{
		fputc(ch,pfWrite);
	}

	//关闭文件
	fclose(pfRead);
	pfRead = NULL;
	fclose(pfWrite);
	pfWrite = NULL;
	return 0;
}