【C语言进阶】文件操作

简介: 【C语言进阶】文件操作



🗒️前言

写通讯录的程序,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。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。下面就让我们学习文件操作。

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)。

1.1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)。

1.2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。

我们本次学习的是数据文件。

在以我们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。然而我们本次学习是从文件中读数据,最后结果可以写到文件中去。

1.3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: 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

2.1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;

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。

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。

2.2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 );

参数:

filename:包含要打开的文件的名称的 C 字符串。其值应遵循运行环境的文件名规范,并且可以包含路径。

mode:包含文件访问的模式。

返回值:如果文件成功打开,该函数将返回指向FILE对象的指针。

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 建立一个新的文件
“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

注意:输入的模式要用双引号引起来,这样就表示字符串,传过去的就是地址。

关闭文件:

       int fclose ( FILE * stream );

参数:指向指定要关闭的流的FILE对象的指针。

返回值:如果流成功关闭,则返回零值。失败时,将返回EOF。

打开、关闭函数的使用:

int main()
{
  FILE* p = fopen("date.txt", "r");
  if (p == NULL);
  {
    perror("fopen");
    return 1;
  }
  //读文件
  //关闭文件
  fclose(p);
  p = NULL;
  return 0;
}

记住关闭文件后,要将指针置为空指针。

三、文件的顺序读写

3.1顺序读写函数介绍

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 所有输入流
文本行输入函数 fgets 所有输入流
文本行输出函数 fputs 所有输入流
格式化输入函数 fscanf 所有输入流
格式化输出函数 fprintf 所有输入流
二进制输入 fread 文件
二进制输出 fwrite 文件

C语言程序,只要运行起来,默认打开三个流:

  1. 标准输入流:stdin              FILE*
  2. 标准输出流:stdout            FILE*
  3. 标准错误流:stderr            FILE*

要对文件操作时,只要产生一个与文件相关的流就可以。

读写数据时,我们把数据写入流中,读数据时从流中读。

输入和输出的关系:

输入和输出都是相对程序说的。

读写函数的使用:

fputc        将字符写入流

       int fputc ( int character, FILE * stream );

参数:

character:要输入的字符。

stream:指向标识输出流的FILE对象的指针。

说明:p指向的文件缓冲区与文件相关,并且p是FILE*类型,所以是输出流。

想要打印在屏幕上,我们只要将p改为stdout。

fgetc        从流中获取字符

          int fgetc ( FILE * stream );

返回值:成功后,将返回字符读取(提升为 int 值)。

返回类型为 int 以适应特殊值EOF

如果位置指示器位于文件末尾,则该函数返回EOF

从文件中读:

从键盘上读:

传文件指针,从文件中读;传stdin,从键盘上读。

fputs        将字符串写入流

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

参数:

str:包含要写入的内容的 C 字符串

stream:指向标识输出流的 FILE 对象的指针。(stdin可以用作从标准输入读取的参数)

我们可以看到,两串字符串打印在了同一行,所以我们在使用 fputs 想打印在不同的行,要自己加 ‘ \0 ’。

注意:fputs 与 puts 的不同之处不仅在于可以指定目标,而且 fputs 不会写入其他字符,而puts会自动在末尾附加换行符。

fgets        从流中获取字符串

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

参数:

str:指向在其中复制字符串读取的字符数组的指针。

num:要复制到到 str 的最大字符数(包括终止空字符)。

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读取的参数)

注意:从流中读取字符并将其作为 C 字符串存储到 str 中,直到读取 (num-1) 个字符或到达换行符或文件末尾。

fprintf        将格式化数据写入流

       int fprintf ( FILE * stream, const char * format, ... );

我们对比 print f和 fprintf 发现 fprintf 比 printf 多一个流,所以我们使用 fprintf 打印的格式加一个流。

struct S
{
  int n;
  float m;
};
int main()
{
  struct S s = { 100,3.14f };
  FILE* p = fopen("date.txt", "w");
  if (p == NULL)
  {
    perror("fopen");
    return 1;
  }
  fprintf(p, "%d %f", s.n, s.m);
  fclose(p);
  p = NULL;
  return 0;
}

 

fscanf        从流中读取格式化数据

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

struct S
{
  int n;
  float m;
};
int main()
{
  struct S s = { 0 };
  FILE* p = fopen("date.txt", "r");
  if (p == NULL)
  {
    perror("fopen");
    return 1;
  }
  fscanf(p, "%d %f", &s.n, &s.m);
  printf("%d %f", s.n, s.m);
  
  fclose(p);
  p = NULL;
  return 0;
}

scanf        从标准输入流读格式化的数据

printf          向标准输出流写格式化的数据

fscanf       适用于所有输入流的格式化输入函数

fprintf        适用于所有输出流的格式化输出函数

sscanf        从字符串中读取格式化的数据

sprintf        将格式化的数据转化成字符串

fwrite        写入要流式传输的数据块

       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,转换为 const void*。

size:要写入的每个元素的大小(以字节为单位)。

count:元素数,每个元素的大小为字节大小。

fread        从流中读取数据块

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

参数:

ptr:指向大小至少为 (size*count) 字节的内存块的指针,转换为 void*。

size:要读取的每个元素的大小(以字节为单位)。

count:元素数,每个元素的大小为字节大小。

四、文件的随机读写

4.1fseek        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:

offset:二进制文件:要从源偏移的字节数。

           文本文件:零或ftell返回的值。

origin:用作偏移参考的位置。

SEEK_SET 文件开头
SEEK_CUR 文件指针的当前位置
SEEK_END 文件结尾 

4.2ftell         返回文件指针相对于起始位置的偏移量

       long int ftell ( FILE * stream );

4.3rewind         让文件指针的位置回到文件的起始位置

       void rewind ( FILE * stream );

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。

简单来讲,我们看不懂的是二进制文件,看得懂的就是文本文件。

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。

例如: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。

#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;
}

六、文件读取结束的判定

牢记:在文件读取过程中,不能用feof函数的返回值直接来判断文件的是否结束。

feof 的作用是:当文件读取结束的时候,判断是读取结束的原因是否是:遇到文件尾结束。

1. 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。

例子:

 

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
    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;
}

七、文件缓存区

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。

验证缓冲区存在:

#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;
}

八、通讯录(文件版)

我们希望退出程序,之前录入的信息可以保存在文件中,等下次打开程序还可以找到之前存放的信息。只要在销毁信息前,将信息保存到文件中。

8.1将信息写入文件

void SaveContact(Contact* pc)
{
  FILE* pf = fopen("contact.txt", "wb");
  if (pf == NULL)
  {
    perror(SaveContact);
    return 1;
  }
  //写数据
  int i = 0;
  for (i = 0; i < pc->sz, i++)
  {
    fwrite(pc->date + i, sizeof(PeoInfo), 1, pf);
  }
  //关闭文件
  fclose(pf);
  pf = NULL;
  
}

可以看到,在退出通讯录,存储的信息以二进制存放在文件中。

8.2将文件中信息添加到通讯录

我们要在初始化通讯的时候,把文件中信息添加到通讯录。

一个一个的读取数据,当没有读到数据,返回0,说明数据读完了。在放数据的时候我们也要判断空间是否充足。

void LoadContact(Contact* pc)
{
  FILE* pf = fopen("contact.txt", "rb");
  if (pf == NULL)
  {
    perror(LoadContact);
    return 1;
  }
  //读数据
  PeoInfo tmp = { 0 };
  while (fread(&tmp, sizeof(PeoInfo), 1, pf))
  {
    if (0 == CheckCapacity(pc))
    {
      return;
    }
    pc->date[pc->sz] = tmp;
    pc->sz++;
  }
  //关闭文件
  fclose(pf);
  pf = NULL;
}

8.3完整代码

contact.h

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <assert.h>
#include <stdlib.h>
#define MAX 100
#define DEFAULT_SZ 3
#define INC_SZ 2
typedef struct PeoInfo
{
  char name[20];
  int age;
  char sex[5];
  char tele[12];
  char addr[15];
}PeoInfo;
//动态
typedef struct Contact
{
  PeoInfo* date;    //指向存放数据的空间
  int sz;            //当前通讯录存储的信息的个数
  int cap;           //通讯录当前最大容量 
}Contact;
enum OPTION
{
  Exit,
  Add,
  Del,
  Serach,
  Modify,
  Show,
  Sort
};
//函数声明
//初始化
void InitContact(Contact* pc);
//增加联系人
void AddContact(Contact* pc);
//显示联系人
void ShowContact(const Contact* pc);
//删除联系人
void DelContact(Contact* pc);
//查找联系人
void SearchContact(const Contact* pc);
//修改联系人
void ModifyContact(Contact* pc);
//排序
int cmp_by_name(const void* p1, const void* p2);
//释放
void DestoryContact(Contact* pc);
//保存函数
void SaveContact(Contact* pc);

test.c

#include "contact.h"
void menu()
{
  printf("------------------------------------\n");
  printf("       1. Add          2. Del       \n");
  printf("       3. Search       4. Modify    \n");
  printf("       5. Show         6. Sort      \n");
  printf("       0. Exit                      \n");
  printf("------------------------------------\n");
}
void test()
{
  int input = 0;
  Contact con;    //通讯录
  InitContact(&con);
  do
  {
    menu();
    printf("请选择:>");
    scanf("%d", &input);
    switch (input)
    {
    case Add:
      AddContact(&con);
      break;
    case Del:
      DelContact(&con);
      break;
    case Serach:
      SearchContact(&con);
      break;
    case Modify:
      ModifyContact(&con);
      break;
    case Show:
      ShowContact(&con);
      break;
    case Sort:
      //按名字排序
      qsort(con.date, con.sz, sizeof(PeoInfo), cmp_by_name);
      break;
    case Exit:
      SaveContact(&con);
      DestoryContact(&con);
      printf("退出通讯录\n");
      break;
    default:
      printf("输入错误,请重新输入\n");
      break;
    }
  } while (input);
}
int main()
{
  test();
  return 0;
}

contact.c

#include "contact.h"
int CheckCapacity(pc);
void LoadContact(Contact* pc)
{
  FILE* pf = fopen("contact.txt", "rb");
  if (pf == NULL)
  {
    perror(LoadContact);
    return 1;
  }
  //读数据
  PeoInfo tmp = { 0 };
  while (fread(&tmp, sizeof(PeoInfo), 1, pf))
  {
    if (0 == CheckCapacity(pc))
    {
      return;
    }
    pc->date[pc->sz] = tmp;
    pc->sz++;
  }
  //关闭文件
  fclose(pf);
  pf = NULL;
}
//动态
void InitContact(Contact* pc)
{
  assert(pc);
  pc->date = (PeoInfo*)malloc(DEFAULT_SZ * sizeof(PeoInfo));
  if (pc->date == NULL)
  {
    perror("InitContact");
    return;
  }
  pc->sz = 0;
  pc->cap = DEFAULT_SZ;
  LoadContact(pc);
}
int CheckCapacity(Contact* pc)
{
  if (pc->sz == pc->cap)
  {
    PeoInfo* ptr = (PeoInfo*)realloc(pc->date, (pc->cap + INC_SZ) * sizeof(PeoInfo));
    if (ptr == NULL)
    {
      perror("CheckCapacity");
      return 0;
    }
    else
    {
      pc->date = ptr;
      pc->cap += INC_SZ;
      printf("增容成功\n");
      return 1;
    }
  }
  return 1;
}
//动态
void AddContact(Contact* pc)
{
  assert(pc);
  if (0 == CheckCapacity(pc))
  {
    return;
  }
  printf("请输入名字:>");
  scanf("%s", pc->date[pc->sz].name);
  printf("请输入年龄:>");
  scanf("%d", &(pc->date[pc->sz].age));
  printf("请输入性别:>");
  scanf("%s", pc->date[pc->sz].sex);
  printf("请输入电话:>");
  scanf("%s", pc->date[pc->sz].tele);
  printf("请输入地址:>");
  scanf("%s", pc->date[pc->sz].addr);
  pc->sz++;
  printf("添加成功\n");
}
void ShowContact(const Contact* pc)
{
  assert(pc);
  //打印标题
  printf("%-10s\t%-4s\t%-5s\t%-12s\t%-10s\n", "姓名", "年龄", "性别", "电话", "地址");
  int i = 0;
  for (i = 0; i < pc->sz; i++)
  {
    printf("%-10s\t%-4d\t%-5s\t%-12s\t%-10s\n", pc->date[i].name,
      pc->date[i].age,
      pc->date[i].sex,
      pc->date[i].tele,
      pc->date[i].addr);
  }
}
int FindByname(Contact* pc, char name[])
{
  int i = 0;
  for (i = 0; i < pc->sz; i++)
  {
    if (strcmp(pc->date[i].name, name) == 0)
    {
      return i;
    }
  }
  return -1;
}
void DelContact(Contact* pc)
{
  assert(pc);
  if (pc->sz == 0)
  {
    printf("通讯录为空,无法删除\n");
  }
  char name[20] = { 0 };
  int flag = 0;
  printf("要删除的联系人:>");
  scanf("%s", name);
  
  int del = FindByname(pc, name);
  if (del == -1)
  {
    printf("要删除的联系人不存在\n");
    return;
  }
  int i = 0;
  for (i = del; i < pc->sz - 1; i++)
  {
    pc->date[i] = pc->date[i + 1];
  }
  pc->sz--;
  printf("成功删除联系人\n");
}
void SearchContact(const Contact* pc)
{
  assert(pc);
  char name[20] = { 0 };
  printf("请输入要查找人的名字:>");
  scanf("%s", name);
  int pos = FindByname(pc, name);
  if (pos == -1)
  {
    printf("要查找的人不存在\n");
  }
  else
  {
    printf("%-10s\t%-4s\t%-5s\t%-12s\t%-10s\n", "姓名", "年龄", "性别", "电话", "地址");
    printf("%-10s\t%-4d\t%-5s\t%-12s\t%-10s\n", pc->date[pos].name,
      pc->date[pos].age,
      pc->date[pos].sex,
      pc->date[pos].tele,
      pc->date[pos].addr);
  }
}
void ModifyContact(Contact* pc)
{
  assert(pc);
  char name[20] = { 0 };
  printf("请输入要修改的人的名字:>");
  scanf("%s", name);
  int pos = FindByname(pc, name);
  if (pos == -1)
  {
    printf("要修改的人不存在\n");
  }
  else
  {
    printf("请输入名字:>");
    scanf("%s", pc->date[pos].name);
    printf("请输入年龄:>");
    scanf("%d", &(pc->date[pos].age));
    printf("请输入性别:>");
    scanf("%s", pc->date[pos].sex);
    printf("请输入电话:>");
    scanf("%s", pc->date[pos].tele);
    printf("请输入地址:>");
    scanf("%s", pc->date[pos].addr);
  }
  printf("修改成功\n");
}
int cmp_by_name(const void* p1, const void* p2)
{
  return strcmp(((PeoInfo*)p1)->name, ((PeoInfo*)p2)->name);
}
void DestoryContact(Contact* pc)
{
  free(pc->date);
  pc->date = NULL;
  pc->cap = 0;
  pc->sz = 0;
}
void SaveContact(Contact* pc)
{
  FILE* pf = fopen("contact.txt", "wb");
  if (pf == NULL)
  {
    perror(SaveContact);
    return 1;
  }
  //写数据
  int i = 0;
  for (i = 0; i < pc->sz; i++)
  {
    fwrite(pc->date + i, sizeof(PeoInfo), 1, pf);
  }
  //关闭文件
  fclose(pf);
  pf = NULL;
  
}

本次的内容到这里就结束啦。希望大家阅读完可以有所收获,同时也感谢各位读者三连支持。文章有问题可以在评论区留言,博主一定认真认真修改,以后写出更好的文章。

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自然语言处理 编译器 Linux
C语言进阶⑳(程序环境和预处理)(#define定义宏+编译+文件包含)(下)
C语言进阶⑳(程序环境和预处理)(#define定义宏+编译+文件包含)
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2天前
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程序员 编译器 C语言
C语言进阶⑳(程序环境和预处理)(#define定义宏+编译+文件包含)(中)
C语言进阶⑳(程序环境和预处理)(#define定义宏+编译+文件包含)
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