【C语言进阶】文件操作-阿里云开发者社区

🗒️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：

标准输入流：stdin FILE*
标准输出流：stdout FILE*
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：包含要写入流的内容的 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流，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。

【C语言进阶】文件操作