前言
😺生活中总有一些数据信息需要我们把其记录下来，这些数据只有我们自己选择删除的时候，数据才会不复存在； 这就涉及到了数据持久化的问题，我们一般使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。
🍁文件可分为程序文件和数据文件，这篇博客主要讨论数据文件。
😼不涉及数据持久化在编译器上处理的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，这里所介绍处理的就是磁盘上的文件。
一. 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）。
1. 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。
3. 文件名
一个文件要有唯一的文件标识，以便用户识别和引用。
文件名包含三个部分：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. 文件的打开和关闭
1. 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。该结构体类型是有系统 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找到与它关联的文件。
2. 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 );
下面是一些打开方式：
| 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 | 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 |
实例代码：
#include<stdio.h> #include<string.h> int main() { //打开文件 FILE* pf = fopen("test.txt", "r"); if (pf == NULL) { perror("fopen"); return 1; } //... //读文件 //关闭文件 fclose(pf); pf = NULL; return 0; }
3. 文件的顺序读写
| 功能 | 函数名 | 适用于 |
| 字符输入函数 | fgetc | 所有输入流 |
| 字符输出函数 | fputc | 所有输出流 |
| 文本行输入函数 | fgets | 所有输入流 |
| 文本行输出函数 | fputs | 所有输出流 |
| 格式化输入函数 | fscanf | 所有输入流 |
| 格式化输出函数 | fprintf | 所有输出流 |
| 二进制输入 | fread | 文件 |
| 二进制输出 | fwrite | 文件 |
3.1 字符输入/输出函数
fputc
int fputc (int character, FILE * stream);
参数：
- character-要写入的字符
- stream-指向FILE对象的指针
返回值：
- 成功时，返回读取的字符（提升为int值）;
- 成功后的下次调用输出下一个字符；
- 失败时返回EOF。
使用实例：
//写字符 #include<stdio.h> #include<string.h> int main() { FILE* pf = fopen("test.txt", "w"); if (pf == NULL) { perror("fopen"); return 1; } //写文件 char i = 0; for (i = 'a'; i < 'z'; i++) { fputc(i, pf); } //关闭文件 fclose(pf); pf = NULL; return 0; }
写入效果：
fgetc
int fgetc ( FILE * stream );
参数：
- stream-指向FILE对象的指针
返回值：
- 读取成功时，返回读取的字符（提升为int值）;
- 读取成功后的下次调用读取下一个字符；
- 读取失败时返回EOF。
使用实例：
//读字符 #include<stdio.h> #include<string.h> int main() { FILE* pf = fopen("test.txt", "r"); if (pf == NULL) { perror("fopen"); return 1; } //读文件 int ch = 0; while ((ch = fgetc(pf)) != EOF) { printf("%c ", ch); } printf("\n"); //关闭文件 fclose(pf); pf = NULL; return 0; }
运行结果：
3.2 文本行输入/输出函数
fputs
int fputs ( const char * str, FILE * stream );
参数：
- str-指向文件名构成的字符串的指针
- stream-指向FILE对象的指针
返回值：
- 成功时，返回一个非负值。
- 出错时，该函数返回EOF。
使用实例：
//写一行数据 #include<stdio.h> #include<string.h> int main() { //打开文件 FILE* pf = fopen("test.txt", "w"); if (pf == NULL) { perror("fopen"); return 1; } //写一行数据 fputs("hello world\n", pf); fputs("hello world\n", pf); //关毕文件 fclose(pf); pf = NULL; return 0; }
写入效果：
fgets
char * fgets (char * str, int num, FILE * stream);
参数：
- str-指向文件名构成的字符串的指针
- num-要复制到str中的最大字符数（包括终止空字符）。
- stream-指向FILE对象的指针
返回值：
- 成功时，函数返回str
- 读取失败返回空指针
使用实例：
#include<stdio.h> #include<string.h> int main() { //打开文件 FILE* pf = fopen("test.txt", "r"); if (pf == NULL) { perror("fopen"); return 1; } //读一行数据 char arr[20] = { 0 }; fgets(arr, 5, pf); printf("%s\n", arr); //关毕文件 fclose(pf); pf = NULL; return 0; }
运行结果：
3.3 格式化输入/输出函数
fprintf
int fprintf ( FILE * stream, const char * format, ... );
参数：
- stream-指向FILE对象的指针
- format-对照printf使用即可
返回值：
- 成功时，返回写入的字符总数；
- 失败返回一个负数
使用实例：
#include<stdio.h> #include<string.h> struct S { char arr[10]; int age; float score; }; int main() { struct S s = { "张三", 25, 50.5f}; //打开文件 FILE* pf = fopen("test.txt", "w"); if (pf == NULL) { perror("fopen"); return 1; } // 写数据 fprintf(pf, "%s %d %.1f", s.arr, s.age, s.score); //关毕文件 fclose(pf); pf = NULL; return 0; }
写入效果：
fscanf
int fscanf ( FILE * stream, const char * format, ... );
参数：
- stream-指向FILE对象的指针
- format-对照scanf使用即可
返回值：
- 成功时，返回参数列表中成功填充的项目数；
- 失败返回EOF
使用实例：
#include<stdio.h> #include<string.h> struct S { char arr[10]; int age; float score; }; int main() { struct S s = { 0 }; //打开文件 FILE* pf = fopen("test.txt", "r"); if (pf == NULL) { perror("fopen"); return 1; } // 读数据 fscanf(pf, "%s %d %f", s.arr, &(s.age), &(s.score)); printf("%s %d %.1f\n", s.arr, s.age, s.score); //输出到标准输出流(屏幕) fprintf(stdout, "%s %d %.1f\n", s.arr, s.age, s.score); //关闭文件 fclose(pf); pf = NULL; return 0; }
运行结果
3.4 二进制输入/输出函数
fwrite
size_t fwrite ( const void * ptr, size_t size, size_t count, FILE * stream );
参数：
- prt-指向要输出的内容的内存块指针
- size-要读取的每个元素的大小（以字节为单位）
- count-要读取元素的数量
- stream-指向FILE对象的指针
返回值：
- 返回成功写入的元素总数
使用实例：
#include<stdio.h> #include<string.h> struct S { char name[10]; int age; float score; }; int main() { struct S s = { "张三", 25, 50.5f }; //打开文件 FILE* pf = fopen("test.txt", "wb"); if (pf == NULL) { perror("fopen"); return 1; } //以二进制的方式写 fwrite(&s, sizeof(struct S), 1, pf); //关闭文件 fclose(pf); pf = NULL; return 0; }
写入效果：
fread
size_t fread ( void * ptr, size_t size, size_t count, FILE * stream ); • 1
参数：
- prt-指向存放数据的内存块指针
- size-要读取的每个元素的大小（以字节为单位）
- count-要读取元素的数量
- stream-指向FILE对象的指针
返回值：
- 返回成功读取的元素总数
使用实例：
#include<stdio.h> #include<string.h> struct S { char name[10]; int age; float score; }; int main() { struct S s = { 0 }; //打开文件 FILE* pf = fopen("test.txt", "rb"); if (pf == NULL) { perror("fopen"); return 1; } //以二进制的方式读 fread(&s, sizeof(struct S), 1, pf); printf("%s %d %.1f\n", s.name, s.age, s.score); //关闭文件 fclose(pf); pf = NULL; return 0; }
运行结果：
三. 流、几组输入/输出函数的对比
1. 流
流的概念：
流是一个很形象的概念，当程序需要读取数据的时候，就会开启一个通向数据源的流，这个数据源可以是文件，内存，或是网络连接。类似的，当程序需要写入数据的时候，就会开启一个通向目的地的流。这时候你就可以想象数据好像在这其中“流”动一样。
而上面对文件的操作其实打开的是一个文件流，这个文件流需要需要我们自己打开和关闭，也就是进行的打开和关闭文件的操作；
对于任意一个C程序，只要运行起来就会默认打开三个流：
FILE* stdin——标准输入流（键盘）
FILE* stdout——标中输出流（屏幕）
FILE* strerr——标准错误流（屏幕）
是不需要我们自己打开和关闭的！
2. 几组输入/输出函数的对比
简单有了流的概念以后，就可以对比下面几组函数了
scanf——是针对标准输入的格式化输入语句
printf——是针对标准输出的格式化输出语句
fscanf——是针对所有输入流的格式化输入语句
fprintf——是针对所有输出流的格式化输出语句
sscanf——从一个字符串转化成一个格式化的数据
sprintf——把一个格式化的数据转化成字符串
2.1 sscanf和sprintf的使用
- 函数原型
int sscanf ( const char * s, const char * format, ...); int sprintf ( char * str, const char * format, ... );
参数：
- s/str——指向源字符 / 目标空间的指针
- format——对照scanf/printf使用即可
返回值：
- 参照scanf/printf
使用实例：
#include<stdio.h> struct S { char name[10]; int age; float score; }; int main() { struct S s = { "张三", 20, 50.5f }; struct S tmp = { 0 }; char buf[100] = { 0 }; //把s中的格式化数据转换成字符串放到buf中 sprintf(buf, "%s %d %.1f", s.name, s.age, s.score); printf("字符串：%s\n", buf); //从字符串buf中获取一个格式化的数据到tmp中 sscanf(buf, "%s %d %f", tmp.name, &(tmp.age), &(tmp.score)); printf("格式化：%s %d %f\n", tmp.name, tmp.age, tmp.score); return 0; }
运行结果：
四. 文件的随机读写
1. fseek
功能：
- 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 );
参数：
- stream——指向标识流的FILE对象的指针。
- origin——文件指针偏移时的参考位置
| SEEK_SET | 文件开头 |
| SEEK_CUR | 文件指针的当前位置 |
| SEEK_END | 文件结束 |
- offset——偏移的字节数
返回值：
- 如果成功，该函数返回零；否则，它返回非零值。
2. ftell
功能：
- 求文件指针相对于起始位置的偏移量
long int ftell ( FILE * stream );
参数：
- stream——指向标识流的FILE对象的指针。
返回值：
- 成功时，返回文件指针相对于起始位置的偏移量；
- 失败时，返回-1L
3. rewind
功能：
- 让文件指针的位置回到文件的起始位置
void rewind ( FILE * stream ); • 1
参数：
- stream——指向标识流的FILE对象的指针。
使用实例：
首先在工程目录下创建相应文件，并填充一定内容，举例如下：
操作代码如下：
#include<stdio.h> #include<string.h> #include<errno.h> int main() { FILE* pf = fopen("test.txt", "r"); if (pf == NULL) { printf("%s\n", strerror(errno)); return 1; } //读文件 //定位文件指针 fseek(pf, 2, SEEK_SET); int ch = fgetc(pf);//c printf("%c\n", ch); printf("%d\n\n", ftell(pf));//3 fseek(pf, 2, SEEK_CUR); ch = fgetc(pf);//f printf("%c\n", ch); printf("%d\n\n", ftell(pf));//5 fseek(pf, -1, SEEK_END); ch = fgetc(pf);//f printf("%c\n", ch); printf("%d\n\n", ftell(pf));//5 rewind(pf); ch = fgetc(pf);//a printf("%c\n", ch);//0 printf("%d\n\n", ftell(pf));//0 //关闭文件 fclose(pf); pf = NULL; return 0; }
运行结果：
五. 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。
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（VS2022测试）。
测试代码：
#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; }
测试效果：
六. 文件读取的判定
1. feof
int feof ( FILE * stream );
参数：
stream——指向标识流的FILE对象的指针。
返回值：
如果遇到文件尾结束，返回非零值；否则返回零。
使用注意：
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 .
gets 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。
2. feof 正确的使用
2.1 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); fp = NULL; return 0; }
2.2 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); fp = NULL; 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); fp = NULL; return 0; }
7. 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。
#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; }
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。
如果不做，可能导致读写文件的问题。
