【进阶C语言】C语言文件操作

简介: 【进阶C语言】C语言文件操作

1. 为什么使用文件
2. 什么是文件
3. 文件的打开和关闭
4. 文件的顺序读写
5. 文件的随机读写
6. 文本文件和二进制文件
7. 文件读取结束的判定
8. 文件缓冲区

一、文件与文件的意义

1.文件的意义

 文件的意义,无非就是为什么要使用文件?

(1)前面学习写了通讯录的程序,当通讯录运行起来的时候,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

(2)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。

2.文件的定义

(1)文件分类

从文件功能的角度分类:程序文件和数据文件(本节论述的对象)

(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),也就是我们写代码生成的文件。

(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。用来提供数据或者存储数据

如:用函数操作文件(打开、输出等等操作),该文件就是数据文件。并且本节内容讨论的都是数据文件

关系:

(2)文件名

文件名就是文件的一个名字,一个文件要有一个唯一的文件标识,以便用户识别和引用。

文件名包括三个部分:文件路径+文件名主干+文件后缀

如: c:\code\test.txt

c:\code\:表示文件路径      test:表示文件名主干      .txt:表示文件后缀

二、文件的打开与关闭

1.文件指针

定义:

(1)“文件类型指针”,简称“文件指针”。

为什么会有文件指针:

   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.

struct _iobuf {
    char *_ptr;
    int  _cnt;
    char *_base;
    int  _flag;
    int  _file;
    int  _charbuf;
    int  _bufsiz;
    char *_tmpfname;
   };
typedef struct _iobuf FILE;

FILE就是一个结构体类型,可以用它来创造结构体指针,称为文件指针变量

FILE* pf;//文件指针变量

关于文件打开的知识:

    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,该变量就指向了文件信息区,通过该指针就可以找到文件。使用者不必关心细节。

   所以我们需要创造一个文件指针变量来接收打开文件后返回的变量,该指针变量就可以访问该文件。

总结: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。

图示:

2.文件的打开与关闭

(1)意义: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

(2)在标准C中规定:使用fopen函数来打开文件,fclose来关闭文件。

(3)fopen:

//打开文件
FILE * fopen ( const char * filename, const char * mode );

函数解析:

文件的打开方式:

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,打开一个已经存在的文本文件 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  出错
“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

如:

FILE* pf = fopen("data.txt", "r");

(4)fcolse:

//关闭文件
int fclose ( FILE * stream );

函数解析:

(5)打开与关闭

目的:在当前路径以“r”的形式打开:data.txt的文档

#include<stdio.h>
int main()
{
  FILE* pf = fopen("data.txt", "r");
  if (pf == NULL)
  {
    perror("fopen");
    return 1;
  }
  fclose(pf);//关闭文件
  pf == NULL;//将指针置空
  return 0;
}

运行结果:

表示当前文件不存在或者找不到

当前路径的文件:

添加该(文本)文档后:

结果:

(6)文件打开的两种路径:相对路径和绝对路径

如:需要打开的文档在上一层路径

相对路径:

运行结果:

修改代码:

#include<stdio.h>
int main()
{
  FILE* pf = fopen("..\\data.txt", "r");
  if (pf == NULL)
  {
    perror("fopen");
    return 1;
  }
  fclose(pf);
  pf == NULL;
  return 0;
}

相对路径解析:

(1).\\:表示当前路径,不写则默认当前路径

(2)..\\:表示上一层路径。(\\为转义符号,转义后为一个\)

绝对路径:

第一步:找到该文档的路径

第二步:打开文件

#include<stdio.h>
int main()
{
  FILE* pf = fopen("C:\\gitee代码\\first-warehouse\\data.txt", "r");
  if (pf == NULL)
  {
    perror("fopen");
    return 1;
  }
  fclose(pf);
  pf == NULL;
  return 0;
}

运行结果:

程序与文件的关系:

三、文件的读写

   前面论述了文件的打开与关闭,接下来就是对文件的读写操作了

顺序读写

在顺序读写中,需要用到以下的函数:

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

输入流:文件-->程序      输出流:程序-->文件

大致分类:

(1)字符输入/输出函数:针对字符

(2)文本行输入/输出函数:针对一行数据,如字符串

(3)格式化输入/输出函数:格式化数据,如整形、浮点型

        1-3操作的都是文本文件

(4)二进制输入/输出函数:二进制的文件

介绍流的概念:

原因:我们写好的程序(数据)想要输出某个位置(如下图),每个位置的输出方式都不一样,为了统一,我们引入了流的概念。

总结:流就是程序与系统之间的一个通道

为了方便程序员的操作,引入了流:每一个流的类型都是FILE*

我们只需要负责将数据引入流即可,流再负责存入外部设备上。

C语言程序:

C语言程序运行起来,就会自动打开三个流:

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

  这三个流的类型也都是FILE*

如:

(1)scanf函数(从键盘读取数据),会自动打开标准输入流

(2)printf函数(像屏幕打印数据),会自动打开标准输出流

文件:我们操作文件时,流不会自动打开,需要我们自己动手

我们打开文件和关闭文件的操作,相当于打开了一个流。

1.fputc函数

(1)这是输出字符函数,意思是将字符写入文件中,也就是写文件操作。

(2)该函数使用于所有输出流,也可以直接将信息输出到屏幕上。

例子1:输入26字母到文档中

#include<stdio.h>
int main()
{
  //1.打开文件
  FILE* pf = fopen("data.txt", "w");
  if (pf == NULL)
  {
    perror("fopen");
    return 1;
  }
  //2.写文件
  char ch = 0;
  for (ch = 'a'; ch <= 'z'; ch++)
  {
    if (ch % 5 == 0)
    fputc('\n', pf);
    fputc(ch, pf);
  }
  //3.关闭文件
  fclose(pf);
  pf == NULL;
  return 0;
}

结果:

在输出的时候(写文件),有一个文件状态指针(类似光标)指向该文档,每写入一个文件,该指针就会指向下一个位置。(并不是pf指针)

例子2:利用输出流直接将数据输出到屏幕上

#include<stdio.h>
int main()
{
  //1.打开文件
  FILE* pf = fopen("data.txt", "w");
  if (pf == NULL)
  {
    perror("fopen");
    return 1;
  }
  //2.输出流
  char ch = 0;
  for (ch = 'a'; ch <= 'z'; ch++)
  {
    if (ch % 5 == 0)
      fputc('\n', stdout);
    fputc(ch, stdout);
  }
  //3.关闭文件
  fclose(pf);
  pf == NULL;
  return 0;
}

运行结果:

2.fgetc函数

字符输入函数,用来将文件中的数据输入到程序中,称为读文件

(1)读取成功,返回该字符的ASCII值

(2)读取失败,返回EOF,并在流上设置一个错误标记,可用perror检测

例子:写一个程序读取文档中的数据并输出到屏幕上

(1)

(2)启动程序

#include<stdio.h>
int main()
{
  //1.打开文件(以只读的形式)
  FILE* pf = fopen("data.txt","r");
  if (pf == NULL)
  {
    perror(fopen);
    return 1;
  }
  //2.读文件
  int ch = 0;
  while ((ch = fgetc(pf))!=EOF)
  {
    printf("%c",ch);//输出到屏幕上
  }
  //3.关闭文件
  fclose(pf);
  pf = NULL;
  return 0;
}

结果展示:

3.fputs函数

例子1:程序输出到文档中

#include<stdio.h>
int main()
{
  //1.打开文件(不存在则创造文件)
  FILE* pf = fopen("data.txt", "w");
  if (pf == NULL)
  {
    perror(fopen);
    return 1;
  }
  //2.写文件
  fputs("love\n",pf);
  fputs("you\n",pf);
  //3.关闭文件
  fclose(pf);
  pf = NULL;
  return 0;
}

文档结果:

例子2:数据输出到屏幕上

#include<stdio.h>
int main()
{
  //1.打开文件(不存在则创造文件)
  FILE* pf = fopen("data.txt", "w");
  if (pf == NULL)
  {
    perror(fopen);
    return 1;
  }
  //2.写文件
  fputs("love\n",stdout);
  fputs("you\n",stdout);
  //3.关闭文件
  fclose(pf);
  pf = NULL;
  return 0;
}

结果:

4.fgets函数

读取数据的条件:

(1)遇到\n停止,只会读取一行的数据4

(2)只会读取num-1个数据

例子1:读取超过原有数据的个数

文档内容:

代码:

#include<stdio.h>
int main()
{
  //1.打开文件(不存在则创造文件)
  FILE* pf = fopen("data.txt", "r");
  if (pf == NULL)
  {
    perror(fopen);
    return 1;
  }
  //2.读文件
  int arr[100] = { 0 };//存放读取到的数据
  fgets(arr,100,pf);
  printf("%s\n",arr);
  //3.关闭文件
  fclose(pf);
  pf = NULL;
  return 0;
}

运行结果:

遇到\n停止了读取

例子2:读取少于数据个数

#include<stdio.h>
int main()
{
  //1.打开文件(不存在则创造文件)
  FILE* pf = fopen("data.txt", "r");
  if (pf == NULL)
  {
    perror(fopen);
    return 1;
  }
  //2.读文件
  int arr[100] = { 0 };//存放读取到的数据
  fgets(arr,3,pf);
  printf("%s\n",arr);
  //3.关闭文件
  fclose(pf);
  pf = NULL;
  return 0;
}

运行结果:

5.fprintf函数

用来把多种格式的数据输出到文件中

例子:

#include<stdio.h>
struct Stu
{
  float f;
  char c;
  int a;
};
int main()
{
  struct Stu s = {5.20,'a',1314};
  //1.打开文件
  FILE* pf = fopen("data.txt", "w");
  if (pf == NULL)
  {
    perror(fopen);
    return 1;
  }
  //2.写文件
  fprintf(pf,"%.2f-%c-%d",s.f,s.c,s.a);
  
  //3.关闭文件
  fclose(pf);
  pf = NULL;
  return 0;
}

存入文档后:

6.fscanf函数

例子:从上面的文档中输入,并打印到屏幕上

#include<stdio.h>
struct Stu
{
  float f;
  char c;
  int a;
};
int main()
{
  struct Stu s = {0};
  //1.打开文件
  FILE* pf = fopen("data.txt", "r");
  if (pf == NULL)
  {
    perror(fopen);
    return 1;
  }
  //2.读文件
  fscanf(pf, "%f-%c-%d", &(s.f), &(s.c), &(s.a));
  printf("%.2f-%c-%d\n", s.f, s.c, s.a);
  
  //3.关闭文件
  fclose(pf);
  pf = NULL;
  return 0;
}

结果:

以下函数针对二进制的文件

7.fwrite函数

将ptr中的内容输出到流所指向的文件中。

#include<stdio.h>
int main()
{
  int arr[5] = {1,2,3,4,5};
  //1.打开文件
  FILE* pf = fopen("data.txt", "w");
  if (pf == NULL)
  {
    perror(fopen);
    return 1;
  }
  //2.读文件
  fwrite(arr,sizeof(arr[0]),sizeof(arr)/sizeof(arr[0]),pf);
  
  //3.关闭文件
  fclose(pf);
  pf = NULL;
  return 0;
}

文件中的内容:

这是二进制文件,肉眼无法看懂,所以我们可以再用二进制函数输出即可

8.fread函数

返回值解析:fread要求读取count个大小为size大小的数据

(1)真是读取到了count个数据,则返回count

(2)没用读取到count个数据,返回的是真实读取到的完整数据个数

我们读取上面的二进制文件并且打印出来

#include<stdio.h>
int main()
{
  int arr[5] = {0};
  //1.打开文件
  FILE* pf = fopen("data.txt", "r");
  if (pf == NULL)
  {
    perror(fopen);
    return 1;
  }
  //2.读文件
  fread(arr,sizeof(arr[0]), sizeof(arr) / sizeof(arr[0]), pf);
  int i = 0;
  for (i=0;i<sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);i++)
  {
    printf("%d ",arr[i]);
  }
  //3.关闭文件
  fclose(pf);
  pf = NULL;
  return 0;
}

结果:

9.sscanf函数与sprintf函数

sscanf函数:将字符串转换成格式化的数据

sprintf函数:将格式化的数据转换成字符串

sprintf单独使用:

#include<stdio.h>
struct Stu
{
  float f;
  char c;
  int a;
};
int main()
{
  struct Stu s = {5.20,'a',520};
  int arr[20] = { 0 };//存放转换后的字符串
  sprintf(arr,"%.2f-%c-%d",s.f,s.c,s.a);
  printf("%s\n",arr);
  return 0;
}

结果:

配合sscanf函数转回格式化的数据:

#include<stdio.h>
struct Stu
{
  float f;
  char c;
  int a;
};
int main()
{
  struct Stu s = {5.20,'a',520};
  int arr[20] = { 0 };//存放转换后的字符串
  sprintf(arr,"%.2f-%c-%d",s.f,s.c,s.a);
  printf("%s\n",arr);
  struct Stu tmp = { 0 };//存放转回来的格式化数据
  sscanf(arr, "%f-%c-%d", &(tmp.f), &(tmp.c), &(tmp.a));
  printf("%.2f\n", tmp.f);
  printf("%c\n", tmp.c);
  printf("%d\n",tmp.a);
  return 0;
}

结果:

随机读写

前言:文件的随机读写不是随机读写,而是可以指定读写的位置。下面介绍三个函数

1.fseek函数

作用:根据文件指针的位置和偏移量来定位文件指针。

origin只有下面三种选择:

(1)SEEK_SET:文件的起始位置

(2)SEEK_CUR:文件当前指针(光标)的位置

(3)SEEK_END:文件的末尾位置

而偏移量offset需要计算

具体实例:

(1)在文档中存放数据

(2)代码

#include<stdio.h>
int main()
{
  FILE* pf = fopen("data.txt","r");
  if (pf == NULL)
  {
    perror(fopen);
    return 1;
  }
  //读文件
  int ch = 0;
  ch = fgetc(pf);
  printf("%c\n",ch);
  ch = fgetc(pf);
  printf("%c\n", ch);
  ch = fgetc(pf);
  printf("%c\n", ch);
  return 0;
}

下次再输入并且打印,就会是d;但是我们可以通过改变光标的位置,进而改变输入的内容。

#include<stdio.h>
int main()
{
  FILE* pf = fopen("data.txt","r");
  if (pf == NULL)
  {
    perror(fopen);
    return 1;
  }
  //读文件
  int ch = 0;
  ch = fgetc(pf);
  printf("%c\n",ch);//a
  ch = fgetc(pf);
  printf("%c\n", ch);//b
  ch = fgetc(pf);
  printf("%c\n", ch);//c
  fseek(pf,-3, SEEK_CUR);
  ch = fgetc(pf);
  printf("%c\n", ch);
  return 0;
}

结果:

或者:

又或者:

2.ftell函数

作用:返回偏移量

例子:

#include<stdio.h>
int main()
{
  FILE* pf = fopen("data.txt","r");
  if (pf == NULL)
  {
    perror(fopen);
    return 1;
  }
  //读文件
  int ch = 0;
  ch = fgetc(pf);
  printf("%c\n",ch);//a
  ch = fgetc(pf);
  printf("%c\n", ch);//b
  ch = fgetc(pf);
  printf("%c\n", ch);//c
  int pos = ftell(pf);
  printf("%d\n",pos);
  return 0;
}

3.rewind函数

作用:让文件指针(光标位置)回到文件的起始位置

例子:

#include<stdio.h>
int main()
{
  FILE* pf = fopen("data.txt","r");
  if (pf == NULL)
  {
    perror(fopen);
    return 1;
  }
  //读文件
  int ch = 0;
  ch = fgetc(pf);
  printf("%c\n",ch);//a
  ch = fgetc(pf);
  printf("%c\n", ch);//b
  ch = fgetc(pf);
  printf("%c\n", ch);//c
  rewind(pf);
  ch = fgetc(pf);
  printf("%c\n", ch);
  return 0;
}

结果:

四、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。

(1)文本文件: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。

(2)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

【例题】将10000存储到文件中,两种方式

(1)10000在内存中的存储

00000000 00000000 00100111 00010000(补码的形式)

(2)将10000以文本文件的形式存储

语法要求:会将10000当成五个字符,分别以它的ASCII码存储。

如:

(3)将10000以二进制文件的形式存储

语法要求:不需要转换,直接以数据的二进制序列进行存储。

如:

(4)以二进制的形式写入文件

代码:

#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;
}

文档内容:

(5)通过操作观察以二进制的形式存入的值:

分析:10 27 00 00是什么?

10000的二进制序列为:00000000 00000000 00100111 00010000

转为十六进制为:0x00  0x00 0x27 0x10

当前机器以小端字节序存储,则:

总结:二进制文件就是数据直接以二进制的形式存储到文件中

五、文件读取结束与文件缓冲区

1.文件读取结束的标志

(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

总结:根据函数的返回值判断是否结束

区别两个函数:

(1)ferror:在文件读取结束后,用来判断文件是否因为读取过程中因为遇到错误而结束(非正常结束)

(2)feof:在文件读取结束后,用来判断文件是否因为读取过程中因为遇到文件结束标志而结束(正常结束)

例子:将文档a的内容拷贝到文档b中

//data1.txt---->data2.txt
#include<stdio.h>
int main()
{
  //打开文件data1.txt
  FILE* pfread = fopen("data1.txt","r");
  if (pfread==NULL)
  {
    perror(fopen);
    return 1;
  }
  //打开文件data2.txt准备输出数据(输出到文件中)
  FILE* pfwrite = fopen("data2.txt","w");
  if (pfwrite == NULL)
  {
    perror("fopen");
    fclose(pfwrite);
    return 1;
  }
  //数据拷贝
  int ch = 0;
  while ((ch = fgetc(pfread)) != EOF)//当等于EOF,读取结束
  {
    fputc(ch,pfwrite);
  }
  //关闭文件
  fclose(pfread);
  pfread = NULL;
  fclose(pfwrite);
  pfwrite = NULL;
  return 0;
}

拷贝后:

可以利用这个操作,保存程序中的内容

2.文件缓冲区

缓冲区的作用:

(1)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。

(2)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)

图解:

代码:

#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;
}

结果说明:存在缓冲区,当在休眠的10秒内,文档中还没有内容

刷新缓冲区的条件:

(1)缓冲区已满

(2)主动调用函数刷新

(3)关闭文件(fclose)

缓冲区的作用:提高代码效率

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