C语言：文件操作

文件

我们程序运行时，产生的临时数据会存放在内存中，一旦程序退出，数据就会丢失。如果我们想让电脑断电后，数据依然得以保存，那就需要把数据存到硬盘中。

将数据写入文件，就可以把数据存到硬盘中

文件分类

在程序设计中，我们将文件分为：数据文件与程序文件。

程序文件

程序文件包括源文件.c，目标文件.o / .obj，可执行程序.exe等

它们都是存储程序代码的文件，或者代码通过编译，链接后产生的文件。

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

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。

两者关系

如上图所示，大部分情况下，都是程序文件读取数据文件中的数据，或者向数据文件写入数据。

文件名

文件名用于标识一个文件，其由多部分组成，保证可以通过计算机中的唯一文件名找到一个确定的文件。

文件名 = 文件路径 + 文件名主干 + 文件名后缀

示例：

c:\code\test.txt

文件路径：c:\code\

文件名主干：test

文件名后缀：.txt

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

文本文件

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

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

比如对于一个十进制数字10000，其有两种存储方式：

按照ASCII码值存储，最后存入了'1'，'0'，'0'，'0'，'0'五个字符，那么这就是一个文本文件。

按照一个int类型的数直接存储，这就是二进制文件；

流

概念

我们程序的数据需要输出到各种外部设备，也需要从外部设备获取数据，不同的外部设备的输入输出操作各不相同，为了方便程序员对各种设备进行方便的操作，我们抽象出了流的概念

程序员只需要向流中输入/提取数据，而与设备之间的数据交互，流会帮助我们完成。

标准流

那为什么我们从键盘输⼊数据，向屏幕上输出数据，并没有打开流呢？

那是因为C语⾔程序在启动的时候，默认打开了3个流：

stdin - 标准输⼊流，在⼤多数的环境中从键盘输⼊。

stdout - 标准输出流，⼤多数的环境中输出⾄显⽰器界⾯。

stderr - 标准错误流，⼤多数环境中输出到显⽰器界⾯。

这是默认打开了这三个流，我们使⽤scanf、printf等函数就可以直接进⾏输⼊输出操作的

文件指针

当我们打开文件时，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。我们可以通过操纵这个FILE类型的结构体，来操控文件。

大部分情况下，我们可以得到一个指向该结构体的指针FILE*，即文件指针，后续通过文件指针来操控文件，这也就是C语言操控文件的基本原理。

以上视图中，我们有三个指针pf1，pf2，pf3，它们都指向了一个FILE类型的文件信息区。而每个文件信息区都存储着一个文件的信息，我们后续就通过这三个指针来操控这三个文件。

文件的打开关闭

有了以上知识做铺垫，现在我们就可以在C语言中如何操控文件了。

文件在读写前，我们要现在程序中打开文件。

打开文件使用的函数是fopen：

返回值：

返回值是一个FILE*的指针，也就是文件指针，后续通过这个指针操控文件

参数：

filename：即需要打开的文件的文件名

mode：打开的模式，需要用双引号

文件名很好理解，那么什么是打开模式？

打开模式分类如下：

以“w”形式打开：

FILE * pFile = fopen ("myfile.txt", "w");

该打开方式是以写形式打开，也就是说我们打开文件后，可以向文件内写入数据。其有两个特性：

1. 如果打开的文件不存在，那么会创建这个文件
2. 如果打开的文件存在，那么会清空这个文件，从头开始写入

以“r”形式打开：

FILE * pFile = fopen ("myfile.txt", "r");

该打开方式是以读形式打开，也就是说我们打开文件后，只能读取文件中的数据。其有以下特性：

如果打开的文件不存在，那么会发生错误

对于文件名：

我们先前都是直接输入文件名的主干 + 后缀来打开文件的。这种方式只能打开与源文件在同一目录下的文件。如果目标文件与源文件不在同一目录下，那么就需要用路径来打开了。

比如这样：

FILE * pFile = fopen ("C:\\user\\cp\\Desktop\\myfile.txt", "r");

要注意的是，路径分隔符\在C语言字符串中有转义的作用，需要用\\来表示一个\。

其它的打开方式，在表中已经描述过功能，不再详细讲解了。

文件关闭使用的函数则是fclose：

其用法很简单，就是把指向文件的FILE*指针传入即可。

FILE * pFile = fopen ("myfile.txt", "r");
fclose(pFile);

以上代码就完成了myfile.txt文件的打开和关闭。

文件读写

现在我们知道了如何打开和关闭文件，那么打开文件后，我们就需要对文件进行读取数据和写入数据了。

文件读写分为顺序读写和随机读写。

顺序读写

fputc

功能：向文件写入一个字符

参数：

character：要写入的字符

stream：目标流的指针

示例：

FILE* pf = fopen("test.txt", "w");
fputc('q', pf);

以上代码就完成了向test.txt文件中写入一个q的操作。

fgetc

功能： 从文件中读取一个字符

参数：

stream：目标流的指针

返回值：

当文件读取到末尾或者读取错误，返回EOF

示例：

FILE* pf = fopen("test.txt", "r");
char a = fputc(pf);

以上代码就完成了从test.txt中读取一个字符的功能。

特性：

当多次读取同一个文件，会从上一次读取的位置开始读取

所以我们可以根据这个特性，读取到整个文件的内容：

FILE* pf = fopen("test.txt", "r");
char a = fputc(pf);
while(a != EOF)
{
  printf("%c", a);
  a = fputc(pf)
}

只要a != EOF，那么就会一直读取下去，而下一次读取同一文件，会从下一个字符开始读取，所以可以读取到整个文件。

fputs

功能：向文件中写入一行字符

参数：

str：要写入的字符串

stream：目标流的指针

特性：

该函数完成的是一行的写入，所以在字符串结束时会自动追加一个 \n 换行

示例：

FILE* pf = fopen("test.txt", "w");
fputs("hello", pf);
fputs("world!", pf);

经过以上写入过程后，test.txt内部存放数据如下：

hello
world!

fgets

功能：读取一整行字符串

参数：

str：读取后字符串存储的位置

num：读取字符的数量

stream：指向目标流的指针

注意：如果读取的字数不足num，那么会中止读取

示例：

char arr[50] = { 0 };
FILE* pf = fopen("test.txt", "r");
fgets(arr, 20, pf);

以上代码就完成了读取test.txt中一行的字符，且不超过20个，并存入arr中

fprintf

fprintf与先前的printf非常相似，其实它们的用法也几乎是一致的。

我们看看printf：

printf("%d %c %s", 1, 'w', "hello");

该函数用于格式化地向屏幕输出字符串，其操作的流是stdout。

而fprintf也用于格式化地输出字符串，但是可以自己指定输出到哪一个流。也就是其第一个参数指定的流。

示例：

FILE* pf = fopen("test.txt", "w");
fprintf(pf, "%d %c %s", 1, 'w', "hello");

可以看到，除了多了一个流，其剩余的操作和printf完全一致。

fscanf

相似的，fscanf也就是可以从指定的流中，格式化地读取数据。

示例：

FILE* pf = fopen("test.txt", "r");
fscanf(pf, "%d %c %s", &a, &b, &c);

以上代码就是从test.txt文件中，按照int，char，字符串的格式读取三个数据，存放到a，b，c三个变量中。

sprintf

功能：得到格式化后的字符串

与printf也非常相似，直接看用法：

char arr[100] = { 0 };
sprintf(arr, "%d %f %s", 5, 3.14, "hello");

此函数将格式化了字符串 "%d %f %s", 5, 3.14, "hello"并将其存放到arr中。

sscanf

功能：从格式化的字符串中提取数据

示例：

char* p = "5 3.140000 helloworld!";
sscanf(p, "%d %f %s", &a, &b, &c);

按照"%d %f %s"的格式，从字符串中读取了三个变量，并存放到变量中，变量存储的值如下：

a = 5;
b = 3.140000;
c = "helloworld!";

文件随机读写

先前的所有函数，都是从文件的头部开始往后读取的，而文件也是可以从任意位置开始读写，这种读写叫做随机读写。

fseek

参数：

stream：目标文件指针

offset：指针偏移量

origin：开始偏移的位置

对于origin，其有三个指定值：

SEEK_SET：从头部开始偏移

SEEK_END：从末尾开始偏移

SEEK_CUR：从当前位置开始偏移

示例1：

FILE* pf = fopen("test.txt", "r");
fseek(pf, 5, SEEK_SET);
char c = fgetc(pf);

以上代码中，先使用fseek来改变文件指针指向的字符，SEEK_SET说明从文件头部开始偏移了5个字符。此时再使用fgetc读取到的就是第5个字符了。

示例2：

FILE* pf = fopen("test.txt", "r");
for(int i = 0; i <10; i++)
{
  fgetc(pf);  
}
fseek(pf, -3, SEEK_CUR);
fgetc(pf);  

以上代码，先执行了10次fgetc，此时文件指针指向第10个字符。接着使用了fseek，由于第三个参数为SEEK_CUR，所以会从当前字符也就是第10个字符开始偏移，偏移-3个地址，此时指向第7个字符。再使用fgetc读取到的就是第7个字符了。

ftell

功能：返回当前指针相对于起始地址的偏移量。

rewind

功能：让当前指针返回到起始位置

读取结束判定

feof

功能：当文件读取结束时，判断结束的原因是不是遇到文件末尾

返回值：

返回0：说明不是因为遇到文件末尾而结束

返回非0：说明是因为遇到文件末尾而结束

ferror

功能：当文件读取结束时，判断结束的原因是不是发生错误

返回值：

返回0：说明不是因为发生错误

返回非0：说明是因为发生了错误