一.提前说明

说明：我们对文件操作相信并不陌生，但是由于平时课程的关系，文件操作使用也比较少，知识点并不是很多，但容易忘记，忘记了某一天再使用又要重新学，因此我打算写一篇博客，记录C语言文件操作的知识点，巩固知识点，也以便以后回忆。

我们对文件的概念已经非常熟悉了，比如常见的 Word 文档、txt 文件、源文件等。文件是数据源的一种，最主要的作用是保存数据。

二.C语言文件操作

在操作系统中，为了统一对各种硬件的操作，简化接口，不同的硬件设备也都被看成一个文件。对这些文件的操作，等同于对磁盘上普通文件的操作。例如：

• 通常把显示器称为标准输出文件，printf 就是向这个文件输出数据；
• 通常把键盘称为标准输入文件，scanf 就是从这个文件读取数据。

1.常见硬件设备对应的文件

在C语言中，常见硬件设备对应的文件包括：

标准输入、输出和错误设备：

标准输入：stdin（通常是键盘）

标准输出：stdout（通常是屏幕）

错误输出：stderr（通常是屏幕）

硬盘、磁盘等存储设备：

文件：用文件名来表示

硬盘：/dev/hd[a-d][1-16] 或 /dev/sd[a-p][1-16]

网络设备：

网络接口卡：/dev/net/tun

串口设备：

串口设备：/dev/ttyS[0-3] （COM1-COM4）

USB串口设备：/dev/ttyUSB[0-3]

并口设备：

并口设备：/dev/lp[0-2]

2.文件操作流程

操作文件的正确流程为：打开文件 --> 读写（操作）文件 --> 关闭文件。文件在进行读写操作之前要先打开，使用完毕要关闭。

所谓打开文件，就是获取文件的有关信息，例如文件名、文件状态、当前读写位置等，这些信息会被保存到一个 FILE 类型的结构体变量中。关闭文件就是断开与文件之间的联系，释放结构体变量，同时禁止再对该文件进行操作。

在C语言中，文件有多种读写方式，可以一个字符一个字符地读取，也可以读取一整行，还可以读取若干个字节。文件的读写位置也非常灵活，可以从文件开头读取，也可以从中间位置读取。

3.文件流

所有的文件（保存在磁盘）都要载入内存才能处理，所有的数据必须写入文件（磁盘）才不会丢失。数据在文件和内存之间传递的过程叫做文件流，类似水从一个地方流动到另一个地方。数据从文件复制到内存的过程叫做输入流，从内存保存到文件的过程叫做输出流。

文件是数据源的一种，除了文件，还有数据库、网络、键盘等；数据传递到内存也就是保存到C语言的变量（例如整数、字符串、数组、缓冲区等）。我们把数据在数据源和程序（内存）之间传递的过程叫做数据流(Data Stream)。相应的，数据从数据源到程序（内存）的过程叫做输入流(Input Stream)，从程序（内存）到数据源的过程叫做输出流(Output Stream)。

输入输出（Input output，IO）是指程序（内存）与外部设备（键盘、显示器、磁盘、其他计算机等）进行交互的操作。几乎所有的程序都有输入与输出操作，如从键盘上读取数据，从本地或网络上的文件读取数据或写入数据等。通过输入和输出操作可以从外界接收信息，或者是把信息传递给外界。

我们可以说，打开文件就是打开了一个流。

三.文件操作三剑客

上面已经知道，文件的操作流程为：打开文件 --> 读写（操作）文件 --> 关闭文件。这部分我们就按照这个流程来解释对应的函数。

1.打开文件

在C语言中，操作文件之前必须先打开文件；所谓“打开文件”，就是让程序和文件建立

连接的过程。

fopen() 是一个 C 语言标准库函数，用于打开文件，并返回一个文件指针。其语法如下：

FILE *fopen(const char *filename, const char *mode);

其中，filename 参数是要打开的文件名，可以包含路径信息；mode 参数是以哪种方式打开文件，常见的有以下模式：

"r"：以只读方式打开文件，该文件必须存在。

"w"：以写方式打开文件，如果文件不存在则创建新文件，如果文件已经存在则清空文件内容。

"a"：以追加方式打开文件，在文件末尾添加数据，如果文件不存在则创建新文件。

"r+"：以读写方式打开文件，该文件必须存在。

"w+"：以读写方式打开文件，如果文件不存在则创建新文件，如果文件已经存在则清空文件内容。

"a+"：以读写方式打开文件，在文件末尾添加数据，如果文件不存在则创建新文件。

如果打开文件成功，则返回一个指向 FILE 类型结构体的指针；否则返回 NULL。

下面是一个打开文件的例子：

FILE *fp;
if( (fp=fopen("D:\\demo.txt","rb")) == NULL ){
    printf("Fail to open file!\n");
    exit(0);                       //退出程序（结束程序）
}

2.关闭文件

fclose() 函数用于关闭一个打开的文件。它的语法如下：

int fclose(FILE *stream);

其中，stream 是指向 FILE 对象的指针。如果成功退出，则返回 0 ，否则返回 EOF。

3.读写文件

在C语言中，读写文件比较灵活，既可以每次读写一个字符，也可以读写一个字符串，甚至是任意字节的数据（数据块）。本节介绍以字符形式读写文件。以字符形式读写文件时，每次可以从文件中读取一个字符，或者向文件中写入一个字符。主要使用两个函数，分别是 fgetc() 和 fputc()。

fgetc() 是 C 语言标准库中的一个函数，用于从指定的文件流读取一个字符。它的语法如下：

int fgetc(FILE *stream);

其中，stream 参数是一个 FILE 类型的指针，指向要读取的文件流。函数返回值为读取的字符（作为 int 类型返回）或者在遇到文件结束符（EOF）时返回 EOF。

由于它每次读取的都是一个字符，所以我们可以通过以下代码逐个字符读取一个文件：

    //每次读取一个字节，直到读取完毕
    while( (ch=fgetc(fp)) != EOF ){
        putchar(ch);
    }
    putchar('\n');  //输出换行符

fputc() 函数用于将一个字符写入指定的文件流中。其语法如下：

int fputc(int ch, FILE *stream);

其中，ch 表示要写入的字符，stream 表示文件指针。函数返回值为写入的字符，如果发生错误则返回 EOF（-1）。

例如，以下代码将字符 'a' 写入文件：

#include <stdio.h>
int main() {
    char ch = 'a';
    FILE *fp = fopen("file.txt", "w");
    if (fp != NULL) {
        fputc(ch, fp);
        fclose(fp);
    }
    return 0;
}

这个程序创建了一个名为 file.txt 的新文件，并向其中写入了字符 'a'。注意，打开文件时使用的模式为 "w"，表示写操作。如果文件已存在，则会被截断为零长度，即清空文件内容。

那么我们可以通过以下代码实现逐个字符输入文件：

    char ch;
    printf("Input a string:\n");
    //每次从键盘读取一个字符并写入文件
    while ( (ch=getchar()) != '\n' ){
        fputc(ch,fp);
    }

4.完整流程实现

#include <stdio.h>
int main() {
    FILE *fp_in, *fp_out;
    int ch;
    // 打开输入文件
    fp_in = fopen("input.txt", "r");
    if (fp_in == NULL) {
        printf("Failed to open input.txt\n");
        return 1;
    }
    // 打开输出文件
    fp_out = fopen("output.txt", "w");
    if (fp_out == NULL) {
        printf("Failed to open output.txt\n");
        fclose(fp_in);
        return 1;
    }
    // 逐个字符地读取输入文件，并将其写入输出文件
    while ((ch = fgetc(fp_in)) != EOF) {
        fputc(ch, fp_out);
    }
    // 关闭文件指针
    fclose(fp_in);
    fclose(fp_out);
    return 0;
}

这个程序将打开名为 input.txt 的输入文件和名为 output.txt 的输出文件，然后逐个字符地从输入文件中读取字符，并将其写入输出文件中，最后关闭文件指针。

需要注意的是，在使用 fgetc() 函数和 fputc() 函数时，如果文件操作失败（例如文件无法打开、读写权限不足等），函数会返回相应的错误代码，此时应该及时处理错误并关闭文件指针。

四.其他读写方式

1.以字符串的形式读写

fgets() 是一个用于从标准输入流读取字符串的 C 语言函数。它的用法如下：

char *fgets(char *str, int n, FILE *stream);

其中，参数 str 是一个指向字符数组的指针，用来存储读取到的字符串；参数 n 是要读取的最大字符数（包括最后的空字符）；参数 stream 是要读取的文件指针，通常使用 stdin 表示标准输入流。

fgets() 函数会从给定的文件指针读取字符，直到遇到换行符或者读取了 n-1 个字符（包括空字符）。如果成功读取了字符，则将它们存储在 str 所指向的字符数组中，并在末尾添加一个空字符 ‘\0’，以表示字符串的结束。

如果无法读取任何字符（例如已经到达文件末尾），则返回 NULL，否则返回 str 所指向的字符数组的指针。

注意，读取到的字符串会在末尾自动添加 ‘\0’，n 个字符也包括 ‘\0’。也就是说，实际只读取到了 n-1 个字符，如果希望读取 100 个字符，n 的值应该为 101。

例如：

#define N 101
char str[N];
FILE *fp = fopen("D:\\demo.txt", "r");
fgets(str, N, fp);

表示从 D:\demo.txt 中读取 100 个字符，并保存到字符数组 str 中。

需要重点说明的是，在读取到 n-1 个字符之前如果出现了换行，或者读到了文件末尾，则读取结束。这就意味着，不管 n 的值多大，fgets() 最多只能读取一行数据，不能跨行。在C语言中，没有按行读取文件的函数，我们可以借助 fgets()，将 n 的值设置地足够大，每次就可以读取到一行数据。

fputs() 是一个 C 语言标准库函数，用于将字符串写入到文件中。它的函数声明如下：

int fputs(const char *str, FILE *stream);

其中 str 参数是要写入的字符串，stream 参数是要写入的文件指针。如果成功写入，该函数会返回一个非负整数，否则返回 EOF。

fputs() 函数会将给定的字符串作为一个整体写入到文件中，不包括字符串结尾处的空字符 ‘\0’。与 fprintf() 和 printf() 不同，fputs() 不会自动在输出的字符串末尾添加换行符。

这里要想写入的字符串是从文本末尾开始，就得注意你的文件打开方式。

例如这里以追加写的方式，读取一个文件并编写：

#include<stdio.h>
int main(){
    FILE *fp;
    char str[102] = {0}, strTemp[100];
    if( (fp=fopen("D:\\demo.txt", "at+")) == NULL ){
        puts("Fail to open file!");
        exit(0);
    }
    printf("Input a string:");
    gets(strTemp);
    strcat(str, "\n");
    strcat(str, strTemp);
    fputs(str, fp);
    fclose(fp);
    return 0;
}

2.以数据块的形式读写

fgets() 有局限性，每次最多只能从文件中读取一行内容，因为 fgets() 遇到换行符就结束读取。如果希望读取多行内容，需要使用 fread() 函数；相应地写入函数为 fwrite()。

fread() 是 C 语言标准库中的一个函数，用于从文件中读取数据。它的函数声明如下：

size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t count, FILE *stream);

其中各个参数的含义如下：

ptr：指向要读取数据的缓冲区。

size：每个数据块的字节数。

count：要读取的数据块数量。

stream：指向要读取的文件或流。

该函数会尝试从指定的文件中读取 count 个数据块，每个数据块的大小为 size。读取到的数据将存储到缓冲区 ptr 中。成功读取的数据块数量将作为函数返回值返回，如果出现错误或到达了文件末尾，则返回值可能小于 count。

需要特别注意的是，在使用 fread() 函数时，应该确保缓冲区大小足够容纳要读取的数据，以避免发生缓冲区溢出等问题。

fwrite() 是 C 语言标准库中的一个函数，用于向文件中写入数据。它的函数声明如下：

size_t fwrite(const void *ptr, size_t size, size_t count, FILE *stream);

其中各个参数的含义如下：

ptr：指向要写入数据的缓冲区。

size：每个数据块的字节数。

count：要写入的数据块数量。

stream：指向要写入的文件或流。

该函数会尝试向指定的文件中写入 count 个数据块，每个数据块的大小为 size 字节。待写入的数据存储在缓冲区 ptr 中。成功写入的数据块数量将作为函数返回值返回，如果出现错误，则返回值可能小于 count。

需要特别注意的是，在使用 fwrite() 函数时，应该确保缓冲区大小足够容纳要写入的数据，以避免发生缓冲区溢出等问题。

以下是 fread() 和 fwrite() 函数读写文本文件的一个示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
    FILE *fp = fopen("file.txt", "w");
    if (fp == NULL) {
        perror("Failed to open file");
        return -1;
    }
    const char *str = "Hello, world!";
    fwrite(str, sizeof(char), strlen(str), fp);
    fclose(fp);
    fp = fopen("file.txt", "r");
    if (fp == NULL) {
        perror("Failed to open file");
        return -1;
    }
    fseek(fp, 0L, SEEK_END);
    long int size = ftell(fp);
    rewind(fp);
    char *buffer = malloc(size + 1);
    fread(buffer, sizeof(char), size, fp);
    buffer[size] = '\0';
    printf("%s\n", buffer);
    free(buffer);
    fclose(fp);
    return 0;
}

在这个示例中，我们首先以只写模式打开名为 file.txt 的文本文件，并使用 fwrite() 函数将字符串 “Hello, world!” 写入到文件中。然后，我们再次打开同一个文件，并使用 fread() 函数读取文件内容。最后，我们输出读取到的文件内容并释放缓冲区，关闭文件句柄。

3.格式化读写文件

fscanf()和fprintf()函数是C语言中常用的文件格式化读写函数。

fprintf()函数可以将特定格式的数据写入文件中。它的原型为：

Copy Codeint fprintf(FILE *stream, const char *format, ...)

其中，第一个参数是指向要写入的文件的指针，第二个参数是格式化字符串，后面可以跟上要写入的数据。

例如，下面的代码将字符串和整数分别以特定格式写入文件中：

#include <stdio.h>
int main() {
    FILE *fp = fopen("example.txt", "w");
    char str[] = "Hello World";
    int num = 1234;
    fprintf(fp, "String: %s, Number: %d\n", str, num);
    fclose(fp);
    return 0;
}

而fscanf()函数则可以从文件中读取特定格式的数据。它的原型为：

int fscanf(FILE *stream, const char *format, ...)

其中，第一个参数是指向要读取的文件的指针，第二个参数是格式化字符串，后面可以跟上要读取的变量名。

例如，下面的代码从文件中读取字符串和整数，并按照特定格式进行解析：

#include <stdio.h>
int main() {
    FILE *fp = fopen("example.txt", "r");
    char str[20];
    int num;
    fscanf(fp, "String: %s, Number: %d", str, &num);
    printf("String: %s, Number: %d\n", str, num);
    fclose(fp);
    return 0;
}

需要注意的是，使用fscanf()和fprintf()函数进行文件格式化读写时，需要保证读写数据的格式和数量与指定的格式字符串一致，否则可能会导致读写错误。

4.随机读写

前面介绍的文件读写函数都是顺序读写，即读写文件只能从头开始，依次读写各个数据。但在实际开发中经常需要读写文件的中间部分，要解决这个问题，就得先移动文件内部的位置指针，再进行读写。这种读写方式称为随机读写，也就是说从文件的任意位置开始读写。

移动文件内部位置指针的函数主要有两个，即 rewind() 和 fseek()。

rewind() 用来将位置指针移动到文件开头，前面已经多次使用过，它的原型为：

void rewind ( FILE *fp );

fseek() 用来将位置指针移动到任意位置，它的原型为：

int fseek ( FILE *fp, long offset, int origin );c

参数说明：

fp 为文件指针，也就是被移动的文件。

offset 为偏移量，也就是要移动的字节数。之所以为 long 类型，是希望移动的范围更大，能处理的文件更大。offset 为正时，向后移动；offset 为负时，向前移动。

origin 为起始位置，也就是从何处开始计算偏移量。C语言规定的起始位置有三种，分别为文件开头、当前位置和文件末尾，每个位置都用对应的常量来表示：

在移动位置指针之后，就可以用前面介绍的任何一种读写函数进行读写了。

五.补充知识点

1.文本文件与二进制文件

文本文件和二进制文件是两种不同类型的文件，它们之间的主要区别在于数据的存储方式和处理方式。

文本文件是一种只包含文本数据的文件，其中的每个字符都按照某种编码格式（如 ASCII 或 UTF-8）被存储为一个字节序列。文本文件通常用于存储简单的文本信息，例如程序源代码、配置文件、日志文件等。由于文本文件中只包含文本数据，因此可以通过普通的文本编辑器打开和编辑。

二进制文件则是一种包含非文本数据的文件，其中的数据可以是任何形式的二进制数据，包括图像、音频、视频、压缩文件等。二进制文件通常采用特定的格式来存储数据，这些格式往往是由厂商或标准委员会定义的。由于二进制文件中的数据通常不是以文本形式存储的，因此无法使用普通的文本编辑器直接打开和编辑。

由于文本文件和二进制文件的存储方式和处理方式不同，因此在进行文件读写操作时需要使用不同的函数和方法。例如，对于文本文件，可以使用 C 语言中的 fputc() 和 fgets() 等函数进行读写；而对于二进制文件，则需要使用 fread() 和 fwrite() 等函数进行读写。

2.EOF说明

EOF 本来表示文件末尾，意味着读取结束，但是很多函数在读取出错时也返回 EOF，那么当返回 EOF 时，到底是文件读取完毕了还是读取出错了？我们可以借助 stdio.h 中的两个函数来判断，分别是 feof() 和 ferror()。

feof() 函数用来判断文件内部指针是否指向了文件末尾，它的原型是：

int feof ( FILE * fp );

当指向文件末尾时返回非零值，否则返回零值。

ferror() 函数用来判断文件操作是否出错，它的原型是：

int ferror ( FILE *fp );

出错时返回非零值，否则返回零值。

3. strcat()函数

strcat() 是一个 C 语言字符串库函数，用于将两个字符串拼接在一起。它的函数声明如下：

char *strcat(char *dest, const char *src);

其中 dest 参数是目标字符串，也就是要将源字符串 src 添加到其后面的字符串。注意，目标字符串 dest 必须具有足够的空间来容纳源字符串 src。

strcat() 函数会将源字符串 src 中的字符依次添加到目标字符串 dest 的末尾，并在最后一个字符之后添加一个空字符 ‘\0’。如果成功拼接了两个字符串，则返回指向目标字符串 dest 的指针。

4. fread() 和 fwrite() 补充

注意看这个两个函数的语法声明，所以我们不能用int类型变量接收它的返回值。size_t 是在 stdio.h 和 stdlib.h 头文件中使用 typedef 定义的数据类型，表示无符号整数，也即非负数，常用来表示数量。

返回值：返回成功读写的块数，也即 count。如果返回值小于 count：

对于 fwrite() 来说，肯定发生了写入错误，可以用 ferror() 函数检测。

对于 fread() 来说，可能读到了文件末尾，可能发生了错误，可以用 ferror() 或 feof() 检测。

5.获取文件长度

ftell() 函数用来获取文件内部指针（位置指针）距离文件开头的字节数，它的原型为：

long int ftell ( FILE * fp );

注意：fp 要以二进制方式打开，如果以文本方式打开，函数的返回值可能没有意义。

先使用 fseek() 将文件内部指针定位到文件末尾，再使用 ftell() 返回内部指针距离文件开头的字节数，这个返回值就等于文件的大小。请看下面的代码：

long fsize(FILE *fp){    
    fseek(fp, 0, SEEK_END);    
    return ftell(fp);
}

六.总结

相信大家也知道C语言的底层性，相对于其他语言来说，C语言的许多功能需要自定义函数实现，这里我们学习文件操作后，可以自定义封装函数，实现文件复制、插入、删除、更改文件内容等操作。