一. 什么是文件
1. 文件基本概念
广义上磁盘上的文件都是文件。但在程序设计中我们把文件分为两类：程序文件、数据文件。
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，还可能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。
下面我们讨论的是数据文件。
2. 文件标识
一个文件要有一个唯一的文件标识，以便用户识别和引用。其中文件标识包括三个部分：文件路径 + 文件名 + 文件后缀。
3. 文件类型
根据数据的组织形式，数据文件又分为为文本文件和二进制文件。
文本文件：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。
二进制文件：数据在内存中以二进制的形式存储，如果不加转换地输出到外存，默认就是二进制文件。
规定：字符一律按ASCII码形式存储，数值型数据既可以用ASCII码形式存储，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（一个整型数据占4个字节）。
4. 文件控制块
为了描述一个文件相关的信息，每个被使用的文件都在内存中开辟了一个相应的文件控制块，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。该结构体类型是有由系统声明的，取名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，操作系统会根据文件的情况自动为该文件创建一个FILE类型的结构体变量，并填充其中的信息，使用者不必关心具体的实现细节
C将文件的内容存储到顺序字节流里，其实就是一块缓冲区，这个字节流以文件结束符EOF（end of file）作为结束标志。在文件控制块中有一个指针 _ptr 指向这个字节流的起始位置，相当于数组名；还有一个位置指示器 _charbuf 标识字节流当前的位置，相当于数组的下标。
二. 文件操作的函数
前面已经介绍了文件相关的基本知识和概念。那么在语言层面上（比如C语言），如何对一个文件进行打开、关闭、读写数据的操作呢？C语言提供了一系列文件操作相关的库函数，包含在头文件stdio.h里。
1. 文件的打开与关闭
1.1 文件打开函数 — fopen
FILE* fopen ( const char* filename, const char* mode );
参数介绍：
filename：如果我们要打开的文件与我们当前正在运行的源代码在同级目录下，那么可直接写文件名字。不在同级目录下的话需要写明文件所在的路径（绝对路径或相对路径都可以)。
mode：文件打开方式，常用的包括以下几种。
功能：以特定的方式打开文件。操作系统会根据第一个参数的路径找到或创建该文件，并新建一个存储该文件信息的文件控制块，最后返回文件控制块的地址。注意：文件刚打开时，位置指示器指向最开始位置。
返回值：
- 打开成功：返回该文件的文件控制块的地址。
- 打开失败：返回空指针，即NULL。
函数使用举例
在当前路径下创建一个新文件log.txt，因为事先不存在这个文件，所以我们采用"w"模式打开。
// 1、打开文件 FILE* pf = fopen("log.txt", "w"); if(pf == NULL) { printf("open error\n"); return 1; } // 2、对文件进行一系列操作... // 3、关闭文件 return 0;
运行结果：
1.2 文件关闭函数 — fclose
就像malloc动态开辟空间，使用完毕之后需要手动free释放掉这块空间一样的道理。我们通过fopen函数打开一个文件，操作系统为我们动态创建了这个文件的文件控制块，不使用的话需要fclose函数来释放它。注意并不是删除该文件，这个文件依然没有改变，只是删除fopen函数创建的存储该文件信息的文件控制块。
函数原型
int fclose ( FILE* stream );
参数：文件控制块的地址。
功能：释放开辟的文件控制块的空间。形象说就是关闭一个文件。
返回值：关闭成功返回0，失败返回EOF。
1.3 文件操作的大致流程
#include <stdio.h> int main() { // 1、打开文件 FILE* pf = fopen("log.txt", "w"); if(pf == NULL) { printf("open error\n"); return 1; } // 2、对文件进行一系列操作 // ....... // 3、关闭文件 fclose(pf); pf = NULL; return 0; }
2. 文件的顺序读写
在上面，我们介绍了最基本的打开、关闭文件，其本质是创建、释放文件控制块。当然这只是开始，最重要的是我们拿到文件控制块后，如何通过它来完成文件的读写操作。
对文件数据的读写可以分为顺序读写和随机读写。顺序读写，即挨着顺序逐个字符的对文件中的数据进行写入和读取。下面我们介绍C语言中对文件进行顺序读写的一系列函数。
2.1 字符的写入和读取函数 — fputc 和 fgetc
一、fputc
int fputc ( int character, FILE* stream );
参数
- character：被写入的字符。
- stream：文件控制块的地址。
功能：字符被写入字节流的位置指示器所指示的位置，然后该指示器将自动前进1。
返回值：写入成功返回这个被写入的字符。如果写入错误，则返回EOF并设置错误指示符(ferror)。
函数使用举例
在当前目录不下创建一个新的文件log.txt，写入小写字母序列a~z。
void Testfputc() { // 1、打开文件 FILE* pf = fopen("log.txt", "w"); // 2、使用fputc对文件进行字符的写入 int i = 0; for(i = 'a'; i <= 'z'; ++i) { fputc(i, pf); } // 3、关闭文件 fclose(pf); pf = NULL; }
最终当前目录下生产一个文件log.txt。
二、fgetc
int fgetc ( FILE* stream );
参数：文件控制块地址。
功能：返回指定文件控制块的内部位置指示器当前指向的字符。然后将文件位置指示器+1。
返回值：
- 成功的话返回提取到的字符。
- 如果调用时字节流位于文件结束位置，则该函数返回EOF并设置文件结束指示符(feof)。如果发生其他读取错误，该函数也返回EOF，但设置其错误指示符(ferror)。
函数使用举例
从上面刚刚写入完成的log,txt里读取数据。
void Testfgetc() { // 1、用"r"方式打开已经存在的文件 // 刚打开时位置指示器指向字符的开始位置 FILE* pf = fopen("log.txt", "r"); // 2、使用fgetc依次读取文件的每一个字符 int ch = 0; while((ch = fgetc(pf)) != EOF) { printf("%c", ch); } printf("\n"); // 3、关闭文件 fclose(pf); pf = NULL; }
编译运行
注意：读取的过程只是在移动文件信息区里的_ptr指针，文件内容并没有任何更改。
2.2 字符串的写入和读取函数 — fputs 和 fgets
一、fputs
int fputs ( const char* str, FILE* stream );
参数
- str：写入的字符串。
- stream：被写入的文件控制块指针。
功能：写一个字符串到字节流中，写入的字符串遇到’\0’结束，并且最后的’\0’不会被写入字节流。
返回值：成功返回一个非负的数字。当写入错误时，函数返回EOF并设置错误指示符(ferror)。
函数使用举例
我们对log.txt写入一个字符串“hellow world”。
void Testfputs() { // 1、以"w"方式打开文件 FILE* pf = fopen("log.txt", "w"); // 2、使用fputs写入一行字符串 const char* s = "hello world"; fputs(s, pf); // 3、关闭文件 fclose(pf); pf = NULL; }
查看当前目录下生成的log.txt
二、fgets
char * fgets ( char* str, int num, FILE* stream );
参数：
- str：把文件里读取到的字符串放到str里。
- num：需要读取的字符的个数。
- stream：文件信息区地址。
功能：从字节流中读取字符，并将它们作为C字符串存储到str中，直到(num-1)字符被读取，或者到达换行符或文件结束符，以最先发生的为准。
返回值：
- 调用成功返回str。
- 如果读取到了字节流最后的文件结束符，则返回的指针为空指针，并设置文件结束符(feof)。
- 如果发生读取错误，则设置错误指示符(ferror)并返回一个空指针。
关于fgets读取结束后的几种处理方式说明
- 如果确实可以读取到 num-1 个字符，在把num-1个字符复制到目的地str之后，最后会自动附加一个’\0\到str，这样合起来一共是n个字符。
- 如果中途读取到字节流中的文件结束符，那么读取结束，最后依然会附加一个’0’。
- 如果中途遇到’\n’，读取结束，’\n’也一起读取到str中。
函数使用举例
读取前面写入的字符串"hello world‘"到字符数组str中
void Testfgets() { // 1、用"r"方式打开已经写入过的log.txt FILE* pf = fopen("log.txt", "r"); // 2、使用fgets从文件里读取字符串放到str中 char str[12] = {0}; fgets(str, 20, pf); printf("%s\n", str); // 关闭文件 fclose(pf); pf = NULL; }
编译运行：
2.3 格式化写入和读取函数 — fprintf 和 fscanf
一、fprintf
int fprintf ( FILE* stream, const char* format, ... );
参数：第一个参数是被写入文件控制块地址，第二个参数格式控制序列，其用法就和printf一样。
功能：格式化写入数据。
返回值：写入成功返回写入的数据个数.如果发生写错误，则设置错误指示符(ferror)并返回一个负数。
函数使用举例
struct Person { char name[20]; int age; }; void Testfprintf() { // 1、打开文件 FILE* pf = fopen("log.txt", "w"); // 2、对文件进行格式化写入 Person p = {"zhangsan", 18}; fprintf(pf, "%s %d", p.name, p.age); // 3、关闭文件 fclose(pf); pf = NULL; }
查看当前目录下的log.txt文件
二、fscanf
int fscanf ( FILE* stream, const char* format, ... );
参数：第一个参数是被读取文件控制块地址，第二个参数格式控制序列，其用法就和scanf一样。
功能：从字节流里格式化读取数据到指定实参中。
返回值：
- 如果成功，函数将返回成功填充参数列表的项数。
- 如果发生读取错误或在读取时到达文件结束，则设置对应的指示符(feof或ferror)。返回EOF。
函数使用举例
struct Person { char name[20]; int age; }; void Testfscanf() { // 1、打开前面格式化写入之后的文件 FILE* pf = fopen("log.txt", "r"); // 2、用fscanf格式化读取文件内容 Person p; fscanf(pf, "%s %d", p.name, &p.age); // 3、打印文件中读取出来的数据 printf("%s %d\n", p.name, p.age); // 4、关闭文件 fclose(pf); pf = NULL; }
编译运行：
2.4 二进制写入和读取函数 — fwrite 和 fread
一、fwrite
size_t fwrite ( const void* ptr, size_t size, size_t count, FILE* stream );
参数：
- ptr：指向要写入的元素数组的指针。
- size：每个元素所占字节大小。
- count：元素个数。
- stream：文件控制块地址。
功能：
返回值：
- 写入成功返回写入的元素个数count。
- 如果返回的数字与count不同则写入错误，设置错误指示符(ferror)。如果size或count为零，则函数返回零，错误指示符保持不变。
函数使用举例
void Testfwrite() { // 1、以"wb"方式打开文件，写入内容将转化为二进制形式 FILE* pf = fopen("log.txt", "wb"); // 2、把数组arr的内容以二进制形式写入到文件中 int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10}; fwrite(arr, sizeof(int), sizeof(arr)/sizeof(int), pf); // 3、关闭文件 fclose(pf); pf = NULL; }
编译运行后，看到log.txt里都是一些看不懂的二进制乱码。
二、fread
size_t fread ( void* ptr, size_t size, size_t count, FILE* stream );
参数：和fwrite的一样，就不在重复介绍了，要说差别的话就是第一个参数作为输出型参数要被修改，所以是非const的。
功能：从字节流中读取count个元素，每个元素的大小为size字节，并将它们存储在ptr指定的内存块中。
返回值：
- 返回成功读取的元素总数count。
- 如果这个数字与count参数不同，则可能是在读取时发生了读取错误或到达了文件结束。在这两种情况下，都设置了标识符，可以分别用ferror和feof来检查。
函数使用举例
读取刚刚写入到文件里的二进制存储的数据。
void Testfread() { // 1、以"rb"方式打开文件，进行二进制内容的读取 FILE* pf = fopen("log.txt", "rb"); // 2、读取文件内容到数组arr中 int arr[10] = {0}; fread(arr, sizeof(int), 10, pf); int i = 0; for(i = 0; i < 10; ++i) { printf("%d ", arr[i]); } printf("\n"); // 3、关闭文件 fclose(pf); pf = NULL; }
编译运行：
3. 文件的结束判定
我们在使用读取文件内容的函数时，读取结束有两种特殊的情况，即读取过程中出现错误或读取到文件结束标志，这时都返回相同的值，但它们设置了不同标识符，可以分别用ferror和feof来检查和加以区分读取文件结束的原因。
3.1 ferror
int ferror ( FILE* stream );
只需传入文件控制块地址，函数内部会去检查里面的错误标识符是否为ferror，即检查是否发生错误，若使用时没有发生错误，则ferror函数返回0；否则，ferror函数将返回一个非零的值。
函数使用举例
if(ferror(pf)) { printf("文件读取发生错误而结束")； }
3.2 feof
feof函数的功能也是判断使用某一文件指针的过程中，是否读取到文件末尾，若使用时没有读取到文件末尾，则feof函数返回0；否则，feof函数将返回一个非零的值。调用feof函数时，也只需将待检查的文件指针传入即可。
函数使用举例
if (feof(pf)) { printf("文件读取到文件末尾而结束"); }
3.3 实际中ferror和feof的配合使用
在实际使用中，读取文件结束后，要配合ferror和feof一起来使用，判断文件是正常结束、发生错误而结束还是读取到文件尾而结束。
void Testfgetc() { // 1、用"r"方式打开已经存在的文件，内容为：abcdef FILE* pf = fopen("log.txt", "r"); // 2、使用fgetc依次读取文件的第一个字符 int ch = 0; ch = getc(pf); // 判断读取情况 if(ferror(pf)) { printf("文件读取发生错误而结束")； } else if(feof(pf)) { printf("文件读取到文件末尾而结束"); } else { printf("读取字符成功"); } // 3、关闭文件 fclose(pf); pf = NULL; }
4. 文件的随机读写
前面我们介绍的顺序读写的函数，只能往后走不能往回走，这样使用起来不是很灵活，比如看下面这个例子：
文件log.txt已经存在，且内容为：abcdef
void Test() { FILE* pf = fopen("log.txt", "r"); // 读取第一个字符，位置指示器向后移动一位 int ch = 0; ch = fgetc(pf); printf("%c\n", ch);// a // 再次读取一个字符，位置指示器继续往后移动一位 ch = fgetc(pf); printf("%c\n", ch);// b fclose(pf); pf = NULL; }
读取了两个字符之后，位置指示器移到了字符c的位置，想要再次读取最开始的字符a，有什么办法能让位置指示器回到’a’位置呢？
4.1 fseek
int fseek ( FILE* stream, long int offset, int origin );
功能：将与字节流关联的位置指示器设置为新位置。
参数：
- stream：文件控制块地址。
- offset：相较于origin位置，想要偏移的量。
- origin：偏移前的初始位置（注意并非文件信息区的起始位置），C对origin定义了以下三个常量：
返回值：成功返回0，出错返回非0值，并设置错误标识符(ferror)。
函数使用举例
对于开头的例子我们使用fseek有三种方法可以让位置指示器回到最开始的’a’位置。
1.方法一：相对起始位置开始偏移
fseek(pf, 0, SEEK_SET); ch = fgetc(pf); printf("%c\n", ch); //a
2.方法二：相对当前位置开始偏移
fseek(pf, -2, SEEK_CUR); ch = fgetc(pf); printf("%c\n", ch); //a
3.方法三：相对EOF后一个位置开始偏移
fseek(pf, -7, SEEK_END); ch = fgetc(pf); printf("%c\n", ch); //a
4.2 ftell
ong int ftell ( FILE* stream );
获得字节流当前的位置相到起始位置的偏移量。只需传入文件控制块地址即可，调用成功返回偏离量，失败返回-1。
函数使用举例
依然是最开始的那个例子，我们读取了两个字符后来带’c’位置，距离最开始的位置偏移了两个字符。
long distance = ftell(pf); printf("%ld\n", distance);//2
4.3 rewind
void rewind ( FILE* stream );
让位置指示器回到最开始的位置，只需传入文件控制块地址即可，无返回值。
函数使用举例
使用rwind让该文件的我只指示器回到最开始’a’的位置。
// 让位置指示器回到最开始位置，即'a'位置 rewind(pf); // 直接读取就是'a' ch = fgetc(pf); printf("%c\n", ch);//a fclose(pf);
