一、什么是文件？
文件是计算机硬盘为载体存储在计算机上的信息集合。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。
🍑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
附：本章讨论的是数据文件。 在以前各章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。
二、为什么使用文件？
在学习过结构体后，我们可以写一个通讯录的程序，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。
我们在想既然是通讯录就应该把信息记录下来，只有我们自己选择删除数据的时候，数据才不复存在。
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。
三、文件的打开和关闭
对于文件相关操作可以类比于对瓶子的操作：
了解了基本流程，想要真正实现文件的打开和关闭，就不得不引出文件指针的相关概念。
🍑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。该结构体类型是由系统声明的，取名FILE。声明一般包含在头文件stdio.h中。
例如：在VS2013编译环境提供的 stdio.h 头文件中有以下的文件类型声明：
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，使用者不必关心FILE中的细节。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:
FILE* pf;//文件指针变量
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
🌳(1)打开文件-fopen
函数声明
FILE * fopen ( const char * filename, const char * mode );
注释：
- 在打开文件时，打开成功会返回一个
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。打开失败会返回一个空指针-NULL，所以需要对fopen的返回值进行判断。 - 参数
filename为文件名 - 参数
mode为打开方式
提到文件的打开，就不得不提相对路径和绝对路径：
相对路径： 没有明确指定文件位置，即在当前工程的文件夹中打开文件。如：FILE* pf=fopen(“test.txt”,“w”)
绝对路径： 明确指明文件所在的盘幅、文件夹等，可在硬盘中的任意位置打开文件。如：FILE* pf=fopen(“c\code\test.txt”,“w”)使用\目的是为了转义</font>
附：文件打开方式：
| 文件打开方式 | 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。覆盖写 | 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。覆盖写 | 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。这里的写文件是覆盖写 | 出错 |
| “w+” | （读写） 为了读和写，建议一个新的文件。覆盖写 | 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 。这里的写文件是覆盖写 | 出错 |
| “wb+” | （读写）为了读和写，新建一个新的二进制文件。这里的写文件是覆盖写 | 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 |
🌳(2)关闭文件-fclose
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，c语言中关闭文件的函数为fclose。
函数声明：
int fclose ( FILE * stream ); • 1
注释：
- 函数关闭文件成功会返回
0，失败会返回EOF（一般不存在失败情况）。 - 函数参数
stream为指向文件信息区的文件指针，一般为fopen的返回值。 - 关闭文件后为了预防野指针问题，通常将stream指针置为空。
🌳(3)文件打开关闭测试
#include<stdio.h> int main() { //打开文件 //相对路径 FILE*pf= fopen("test.txt", "ab"); //读写 //…… //关闭 fclose(pf); pf = NULL; return 0; }
由于在此相对路径下未创建名为test.txt文件，所以以“w”方式打开，会创建一个新的同名文件。
四、文件的顺序读写
我们已熟练使用scanf和printf与外部设备进行读写操作，其实对文件的读写操作具有相似的底层原理：
🍑1、输入输出(读写)函数表
| 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 |
使用上面这些函数可以对文件进行相关的读写操作，下面我们一一介绍：
🍑2、字符读写文件
🌳(1)fputc
函数声明
int fputc ( int character, FILE * stream );
注释：
- 第一个参数为字符，第二个参数为指向输入流的文件指针。
- fputc一次写入一个字符到文件。
- 写入成功返回写入的字符，否则返回EOF
📝函数使用
//写入26个英文字母 #include<stdio.h> int main() { //打开文件 FILE* pf = fopen("test.txt", "w");//只写的打开方式 if (NULL == pf) { perror("fopen"); return 1; } //写文件 int i = 0; for (i = 0; i < 26; i++) { fputc('a'+i, pf); } //关闭文件 fclose(pf); pf = NULL; return 0; }
🌳(2)fgetc
函数声明
int fgetc ( FILE * stream );
注释：
stream为指向输出流的文件指针。- 一次读取一个字符。
- 读取成功返回读取到的字符，否则返回EOF
📝函数使用
//读取并输出以上写入的26个字母 #include<stdio.h> int main() { //打开文件 FILE* pf = fopen("test.txt", "r");//只读的打开方式 if (NULL == pf) { perror("fopen"); return 1; } //读文件 int ch = 0;//接收函数fgetc的返回值 while ((ch = fgetc(pf)) != EOF) { printf("%c ", ch); } //关闭文件 fclose(pf); pf = NULL; return 0; }
🍑3、文本行读写文件
🌳(1)fputs
函数声明
int fputs ( const char * str, FILE * stream );
注释：
- 第一个参数为要写入文件的字符串，第二个参数为指向输入流的文件指针。
- 成功写入时，返回非负值；出错时，函数返回EOF并设置错误指示器
ferror。
📝函数使用
#include<stdio.h> int main() { //打开文件 FILE* pf = fopen("test.txt", "w"); if (NULL == pf) { perror("fopen"); return 1; } //写文件-一行一行写 fputs("hello world\n", pf); fputs("Keep coding\n", pf); //关闭文件 fclose(pf); pf = NULL; return 0; }
🌳(2)fgets
char * fgets ( char * str, int num, FILE * stream );
注释：
- 从文件流中读取字符，并将其作为C字符串存储到str中，直到读取（num-1）个字符，或者到达换行符或文件结尾，以先发生的为准。
str-指向复制字符串读取的字符数组的指针。num-要复制到str中的最大字符数（包括终止空字符）。stream-指向输出流的文件指针。- 成功时，函数返回str。如果在尝试读取字符时遇到文件结尾，则设置eof指示符（feof）。如果在读取任何字符之前发生这种情况，则返回的指针为空指针（str的内容保持不变）。如果发生读取错误，则会设置错误指示符（ferror）并返回空指针（但str指示的内容可能已更改）。
📝函数使用
#include<stdio.h> int main() { //打开文件 FILE* pf = fopen("test.txt", "r"); if (NULL == pf) { perror("fopen"); return 1; } //读文件-一行一行读 char arr[20] = "#########"; fgets(arr, 20, pf); printf("%s", arr); fgets(arr, 20, pf); printf("%s", arr); //关闭文件 fclose(pf); pf = NULL; return 0; }
🍑4、格式化读写文件
上面我们介绍的fputc、fputs……函数都是针对单一的字符类型进行读写，但是当我们对复杂度结构体数据进行读写操作时，上面的函数显然是不够的，这时我们就需要使用格式化读写函数：
🌳(1)fprintf
函数声明
int fprintf ( FILE * stream, const char * format, ... );
注释：
- 对于fprintf函数的使用与printf相似，区别是fprintf增加了一个指向输出流的指针stream。
📝函数使用
//写一个结构体的数据 struct S { char name[20]; int age; float score; }; #include<stdio.h> int main() { struct S s = { "张三", 20, 95.5f }; //把s中的数据写到文件中 FILE*pf = fopen("test.txt", "w"); if (NULL == pf) { perror("fopen"); return 1; } //写文件 fprintf(pf, "%s %d %.1f", s.name, s.age, s.score); fclose(pf); pf = NULL; return 0; }
🌳(2)fscanf
函数声明
int fscanf ( FILE * stream, const char * format, ... );
注释：
- 同样，对于fprintf函数的使用与scanf相似，区别是fscanf增加了一个指向输出流的指针stream。
📝函数使用
//读取一个结构体数据 struct S { char name[20]; int age; float score; }; #include<stdio.h> int main() { struct S s = {0}; //把s中的数据写到文件中 FILE* pf = fopen("test.txt", "r"); if (NULL == pf) { perror("fopen"); return 1; } //读文件 fscanf(pf, "%s %d %f", s.name, &(s.age), &(s.score));//同样取地址 printf("%s %d %f\n", s.name, s.age, s.score); fclose(pf); pf = NULL; return 0; }
🍑5、二进制读写文件
🌳(1)fwrite
函数声明
size_t fwrite ( const void * ptr, size_t size, size_t count, FILE * stream );
注释：
- 将
count个元素（每个元素的大小为size字节）从ptr指向的内存块写入流中的当前位置。 - size-指要写入的每个元素的字节大小。
- count-元素的数量，每个元素的大小为字节。
- stream-指向指定输出流的FILE对象的指针。
- 写入成功返回写入的元素总数。如果返回值与count参数不同，则写入错误，在这种情况下，将为流设置错误指示器（feror）。如果size或count为零，则函数返回零，错误指示符保持不变。
📝函数使用
struct S { char name[20]; int age; float score; }; #include<stdio.h> int main() { struct S s = { "张三", 20, 95.5f }; //把s中的数据写到文件中 FILE*pf = fopen("test.txt", "wb");//以二进制写的方式打开 if (NULL == pf) { perror("fopen"); return 1; } //二进制的写文件 fwrite(&s, sizeof(s), 1, pf); fclose(pf); pf = NULL; return 0; }
由于是二进制写入，我们打开文件可能看不懂写入信息，但是计算机能够识别。
🌳(2)fread
函数声明
size_t fread ( void * ptr, size_t size, size_t count, FILE * stream );
注释：
- 从流中读取
count个元素，每个元素的大小为size字节，并将它们存储在ptr指定的内存块中。 - size-要读取的每个元素的大小（字节）
- count-元素的数量，每个元素的大小为字节。
- stream-指向指定输入流的FILE对象的指针。
- 成功读取返回的元素总数。如果返回值与count参数不同，则可能发生读取错误，也可能在读取时到达文件结尾。在这两种情况下，都设置了适当的指示器，可以分别用feror和feof进行检查。如果size或count为零，则函数返回零。
📝函数使用
//二进制的读文件 struct S { char name[20]; int age; float score; }; #include<stdio.h> int main() { struct S s = {0}; //把s中的数据写到文件中 FILE* pf = fopen("test.txt", "rb"); if (NULL == pf) { perror("fopen"); return 1; } //二进制的读文件 fread(&s, sizeof(s), 1, pf); //打印内容 printf("%s %d %f\n", s.name, s.age, s.score); fclose(pf); pf = NULL; return 0; }
🍑6、输入输出流
对于任意一个c程序，只要运行起来就默认打卡三个流：
stdin-标准输入流-键盘
stdout-标准输出流-屏幕
stderr-标准错误流-屏幕
在上述介绍的函数中，除fwrite、fread仅适用于文件外，其他函数都适用于所用输入/输出流。所以当我们将这些函数的FILE*部分参数换成stdin/stdout时，就可以与外部标准输入输出设备建立联系。scanf(...)==fscanf(stdin,...); printf(...)==fprintf(stdout,...);
例如：
#include<stdio.h> int main() { int ch=fgetc(stdin); fputc(ch,stdout); return 0; }
🍑7、拓展-函数sprintf、sscanf
🌳(1)sprintf
函数声明
int sprintf ( char * str, const char * format, ... );
注释：
- 把格式化的数据按照一定的格式转换成字符串，存储在
str指向的缓冲区中。
🌳(2)sscanf
函数声明
int sscanf ( const char * s, const char * format, ...);
注释:
- 从字符串中按照一定的格式独处取出格式化的数据，并根据参数格式将其存储到附加参数指定的位置。
🌳(3)sprintf+sscanf测试
#include <stdio.h> struct S { char name[10]; int age; float score; }; int main() { char buf[100] = {0}; struct S tmp = { 0 }; struct S s = { "张三", 20, 95.5f }; //能够把这个结构体的数据，转换成字符串 //"张三 20 95.5" sprintf(buf, "%s %d %f", s.name, s.age, s.score);//以字符串的形式打印 printf("%s\n", buf); //将buf中的字符串，还原成一个结构体数据 sscanf(buf, "%s %d %f", tmp.name, &(tmp.age), &(tmp.score)); printf("%s %d %f\n", tmp.name, tmp.age, tmp.score);//以结构的形式打印 return 0; }
🍑8、三组读写函数对比
scanf:按照一定的格式从键盘输入数据
printf:按照一定格式把数据打印（输出）到屏幕上适用于标准输入/输出流的格式化输入/输出语句
fscanf:按照一定的格式从输入流（文件/stdin）输入数据
fprintf:按照一定的格式想输出流（文件/stdout）输出数据
适用于所有的输入/输出流的格式化输入/输出语句
sscanf:从字符串中按照一定的格式独处取出格式化的数据
sprintf:把格式化的数据按照一定的格式转换成字符串
五、文件的随机读写
🍑1、fseek
函数声明
int fseek ( FILE * stream, long int offset, int origin );
注释：
- 重新定位流位置指示器。
offset-二进制文件：从原点偏移的字节数。文本文件：零或ftell返回的值。- origin有三种选择：
(1)SEEK_SET 文件的开始
(2)SEEK_CUR 当前指向的位置
(3)SEEK_END 文件的末尾
🍑2、ftell
函数声明
long int ftell ( FILE * stream );
功能： 获取流中的当前位置。
🍑3、rewind
函数声明
void rewind ( FILE * stream );
功能： 将流的位置设置为开始。
🍑4、文件的随机读写测试
//文件的随机读写 #include<stdio.h> int main() { FILE*pf = fopen("test.txt", "r"); if (pf == NULL) { perror("fopen()"); return 1; } //读文件 //默认文件指指示器指向第开始的位置 int ch = fgetc(pf); printf("%c\n", ch);//第一次打印A //读取之后文件指示器指向B fseek(pf, 2, SEEK_CUR);//从当前位置向后偏移两个指向D ch = fgetc(pf); printf("%c\n", ch);//D //读取D后此时文件指示器位置在E int pos = ftell(pf);//返回偏移量为4 printf("%d\n", pos); rewind(pf);//使文件指示器指向文件首部 ch = fgetc(pf); printf("%c\n", ch);//A fclose(pf); pf = NULL; return 0; }
六、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。
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。
七、文件读取结束的判定
1、fgetc
如果读取正常，会返回读取到的字符的ASCII值
如果读取结束或失败，返回EOF
2、fgets
如果读取正常，返回的是存放读取到的数据的地址
如果读取结束或失败，返回的NULL
3、fscanf
如果读取正常，返回的是格式串中指定的数据的个数
如果读取失败，返回的是小于格式串中指定的数据的个数
4、fread
读取正常，返回值是实际要读的个数。
读取失败，返回值是小于实际要读的个数。
5、feof
int ferror ( FILE * stream );
牢记：在文件读取过程中，不能用feof函数的返回值直接用来判断文件的是否结束。而是应用于当文件读取结束的时候，判断是读取失败结束，还是遇到文件尾结束。如果遇到文件结尾则返回非零值。否则，返回零。
6、ferror
int ferror ( FILE * stream );
判断是否读取失败结束，如果设置了与流关联的错误指示符，则返回非零值。否则，返回零。
1、文本文件结束的判定示例：
#include <stdio.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 1; } //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; }
2、二进制文件结束的判定示例：
#include <stdio.h> enum { SIZE = 5 }; int main(void) { double a[SIZE] = {1.,2.,3.,4.,5.}; FILE *fp = fopen("test.bin", "wb"); // 必须用二进制模式 fwrite(a, sizeof *a, SIZE, fp); // 写 double 的数组 fclose(fp); double b[SIZE]; fp = fopen("test.bin","rb"); size_t ret_code = fread(b, sizeof *b, SIZE, fp); // 读 double 的数组 if(ret_code == SIZE) { puts("Array read successfully, contents: "); for(int n = 0; n < SIZE; ++n) printf("%f ", b[n]); putchar('\n'); } else { // error handling if (feof(fp)) printf("Error reading test.bin: unexpected end of file\n"); else if (ferror(fp)) { perror("Error reading test.bin"); } } fclose(fp); }
八、文件缓冲区
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。
我们可以通过下面的代码直观的观察到缓存区的存在，大家可以测试一下，这里就不在展示了。
#include <stdio.h> #include <windows.h> //VS2019 WIN11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; }
本章完
本章对C语言文件操作进行了一个全面的介绍，希望通过阅读本文，能对C语言文件有一个更加深刻的理解。
写在最后：Keep coding！
