【C语言航路】第十四站：文件（上）

、为什么使用文件

在我们前面写通讯录的时候，我们发现还存在一些问题，因为里面的数据都是存储在内存中的，当我们一旦将程序关掉，数据就消失了。那么有没有什么办法能让数据不会消失呢？答案是有的。

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

二、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

本站讨论的是数据文件。

在以前的文章中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

3.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：D:\code\test.txt

为了方便起见，文件标识通常被称为文件名

三、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

例如在VS2013下提供的stdio.h提供有以下文件类型声明

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，我们不必关心细节。

例如在vs2022下FILE是这样的，不是特别的直观

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

#include<stdio.h>
int main()
{
  //文件指针变量
  FILE* pf;
  return 0;
}

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

下面是fopen的文档

有两个参数，一个是文件名，另外一个是打开的方式

最终返回一个FILE类型的指针

如果打开失败则返回一个空指针

下面是fclose的文档

也就是接收一个文件指针，然后关闭这个文件

如果关闭成功，返回0

如果关闭失败，返回EOF

我们用这段代码来演示一下

我们打开D:\code\test.txt以只读的方式打开

#include<stdio.h>
int main()
{
  FILE* pf = fopen("D:\\code\\test.txt", "r");
  if (pf == NULL)
  {
    perror("fopen");
    return 1;
  }
  printf("打开文件成功\n");
  fclose(pf);
  pf = NULL;
  return 0;
}

运行结果为没有这个文件，这是因为，我们在这个路径下是没有这个文件的

而如果我们在这里创建一个test.txt文件，运行结果为打开文件成功

我们这里要注意一点的是：我们这里写的文件名有两种写法

1.绝对路径：

与上面的代码中的写法一样，从D盘、C盘等一直往下找下去

例如：D:\code\test.txt

2.相对路径

相对路径是相对于目前这个.c文件的路径

比如说我们将test.txt文件放到.c文件的路径上，那么我们的程序中的文件名就可以直接写成test.txt了，不用一路写下去了

当然我们的相对路径有时候是需要找到上一级文件的这时候我们需要写成 ../test.txt

这里要注意的是写一个../是上一级路径，如果我们想要找到前两级路径，两次../即可

注意/前必须是两个点，如果是一个点，则代表的是本级路径

下面是文件的操作

比如说使用w操作。那么我们如果原本的文件里面有数据的话。我们使用w，则会清空里面的数据

以w的方式运行后

文件数据被清空了

四、文件的顺序读写

1.对于输入输出的理解

这是我们之前对于非文件的程序的输入输出

但是对于有文件的程序而言

2.fgetc与fputc

（1）fgetc与fputc的介绍

下面是fgetc的库函数文档

可见，fgetc的功能是将文件里面的一个字符给读取并返回

如果读成功，返回这个字符。并且将指针往后移动一位，以便读取下一个字符

如果读取错误，返回EOF。

如果位置指示符位于文件末尾，该函数返回EOF并设置流的EOF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)

下面是fputc的库函数文档

读取一个字符，将这个字符写入文件中

如果读取成功，返回写入的这个字符。并且由于是顺序读写。在次读写的时候会接着往后面的读写。

如果读取错误，返回EOF，并且设置错误指示器(ferror)

（2）fputc与fgetc的使用

然后我们来应用一下这两个函数

#include<stdio.h>
int main()
{
  FILE* pf = fopen("test.txt", "w");
  if (pf == NULL)
  {
    perror("fopen");
    return 1;
  }
  printf("打开文件成功\n");
  fputc('a', pf);
  fputc('b', pf);
  fputc('c', pf);
  fputc('d', pf);
  fclose(pf);
  pf = NULL;
  return 0;
}

我们也可以使用循环的方式来读写文件

#include<stdio.h>
int main()
{
  FILE* pf = fopen("test.txt", "w");
  if (pf == NULL)
  {
    perror("fopen");
    return 1;
  }
  printf("打开文件成功\n");
  char ch = 0;
  for (ch = 'a'; ch < 'z'; ch++)
  {
    fputc(ch, pf);
  }
  fclose(pf);
  pf = NULL;
  return 0;
}

此时我们已经将数据全部写入了，我们来读取这些数据

#include<stdio.h>
int main()
{
  FILE* pf = fopen("test.txt", "r");
  if (pf == NULL)
  {
    perror("fopen");
    return 1;
  }
  printf("打开文件成功\n");
  char ch = fgetc(pf);
  printf("%c\n", ch);
  ch = fgetc(pf);
  printf("%c\n", ch);
  ch = fgetc(pf);
  printf("%c\n", ch);
  fclose(pf);
  pf = NULL;
  return 0;
}

3.fgets与fputs

（1）fgets与fputcs的介绍

fputs他的作用是将一个字符串顺序读写入这个文件中，

如果成功，则返回一个非负值。

在错误时，函数返回EOF并设置错误指示符(ferror)。

fgets中

str

指向复制读取的字符串的字符数组的指针。

num

要复制到str的最大字符数(包括结束的空字符)。

stream

指向标识输入流的FILE对象的指针。

Stdin可以用作从标准输入中读取的参数。

也就是说将stream这个文件指针所指向的文件里面的前num个字符复制到str数组中。这个num包含\0

返回值

如果成功，函数返回str。

如果在试图读取字符时遇到文件结束符，则设置eof指示符(feof)。如果这种情况发生在读取任何字符之前，则返回的指针是空指针(str的内容保持不变)。

如果发生读错误，则设置错误指示符(ferror)并返回空指针(但str所指向的内容可能已更改)。他是标准输入。

（2）fputs与fgets的使用

#include<stdio.h>
int main()
{
  FILE* pf = fopen("test.txt", "w");
  if (pf == NULL)
  {
    perror("fopen");
    return 1;
  }
  printf("打开文件成功\n");
  fputs("hello world", pf);
  fputs("hehe", pf);
  fclose(pf);
  pf = NULL;
  return 0;
}

但是这样读入的是在一行的。如果是分行的则需要加入\n

#include<stdio.h>
int main()
{
  FILE* pf = fopen("test.txt", "r");
  if (pf == NULL)
  {
    perror("fopen");
    return 1;
  }
  printf("打开文件成功\n");
  char buf[20] = { 0 };
  fgets(buf, 5, pf);
  printf("%s\n", buf);
  fgets(buf, 5, pf);
  printf("%s\n", buf);
  fclose(pf);
  pf = NULL;
  return 0;
}

还有一点需要注意的是，如果读取的过程中，遇到了\n，那就会直接停止，因为这一行已经读完了

如下面的例子中，我们的文件里面第一行就是hello world\n，就会自动换行。并且不在继续往下读取，只读取这12个字符