文件

发表于 2023-07-16 更新于 2025-02-17 分类于 C 语言基础阅读次数： Waline：阅读次数：本文字数： 3k 阅读时长 ≈ 11 分钟

介绍 C 语言中对文件的操作

文件的概念

文件的定义

磁盘文件：指一组相关数据的有序集合，通常存储在外部介质上，使用时才调入内存。

设备文件：在操作系统中把每一个与主机相连的输入、输出设备看作是一个文件，把它们的输入、输出等同于对磁盘文件的读和写。

在 Linux 操作系统中，每一个外部设备都在 /dev 目录下对应着一个设备文件，在程序中操作设备，就必须对与其对应的 /dev 下的设备文件进行操作。

我就豁出去是库函数申请的一段内存，由库函数对其进行操作，程序员没有必要找到存放在哪里，只需要知道对文件操作时的一些缓冲特点即可。

行缓冲：

标准 IO 库函数，往标准输出输出东西时是行缓冲的。

所谓行缓冲就是缓冲区碰到换行符时才刷新缓冲区。。

如果不刷新缓冲区，无法对文件进行读写操作。

行缓冲的刷新条件：

#include <stdio.h>

int main(int argc, char const *argv[]) {
    // 由于printf函数是一个标准io，所以只有刷新缓冲区才可以将数据输出到终端
    // printf("hello world");

    // 刷新缓冲区方法1：使用\n
    // printf("hello world\n");

    // 刷新缓冲区方法2：程序正常结束
    // printf("hello world");
    // return 0;

    // 刷新缓冲区方法3：使用fflush函数刷新缓冲区
    // printf("hello world");
    // fflush：刷新函数。可以刷新指定的缓冲区
    // stdout：标准输出，就是对终端进行写操作
    // fflush(stdout);

    // 刷新缓冲区方法4：当缓冲区满的时候自动刷新
    // 默认行缓冲的大小为1024个字节
    int i;
    for (i = 1; i < 300; i++) {
        printf("%03d ", i);
    }

    while (1)
        ;

    return 0;
}

全缓冲：

标准 IO 库函数，往普通文件读写数据时，是全缓冲的，碰到换行符也不刷新缓冲区，只有缓冲区满了才刷新缓冲区。

刷新缓冲区的情况：

缓冲区满了，刷新缓冲区；
使用 fflush 函数刷新缓冲区。
程序正常结束，刷新缓冲区。

无缓冲：

在读写文件时通过系统调用 IO 对文件进行读写操作，这个时候是无缓冲的，即写数据会立马进入文件，读数据会立马进入内存。

写文件的流程：

应用程序空间->内核空间->驱动程序->硬盘

应用程序和内核程序运行在不同的空间里，目的是为了保护内核。

设置缓存区可以减少进出内核的次数，提高效率。

磁盘文件的分类

一个文件通常是磁盘上一段命名的存储区，计算机的存储在物理上是二进制的。

物理上所有的磁盘文件本质上都是一样的：以字节为单位进行顺序存储。

从用户或者操作系统的角度来说把文件分为：

文本文件：基于字符编码的文件；
二进制文件：基于值编码的文件。

文本文件、二进制文件对比：

译码：文本文件基于字符，译码容易些；二进制文件编码是边长的，译码难一些。（不同的二进制文件有不同的编码方式）

空间利用率：二进制文件的基本单位是 bit，而文本文件的基本单位是字符，所有二进制文件的空间利用率高。

可读性：文本文件可以用记事本的等软件阅读，二进制文件需要用特定的译码器。

文件指针

文件指针用来标识一个文件，所有对文件的操作都是通过对文件指针来完成的。

定义文件指针的语法：

1	FILE *指针名;

文件指针是一个结构体指针，结构体中包含了与文件相关的很多信息，但在编程时无需结构体的成员，只需使用文件指针即可。

对文件操作的步骤：

对文件进行读写等操作之前要打开文件得到文件指针；
通过文件指针对文件进行读写操作；
操作结束后，要关闭文件，关闭文件后，就不能再通过此文件指针对文件进行操作了。

C 语言中有三个定义好的特殊文件指针：

stdin：标准输入，使用 scanf、getchar 函数默认从 stdin 中输入；
stdout：标准输出，使用 printf、puts 函数默认输出到 stdout；
stderr：标准错误输出，使用 perror 函数默认输出到 stderr.

打开文件 `fopen`

#include <stdio.h>
FILE *fopen(const char *path, const char *mode);
功能：创建或者打开一个文件
参数：
    path：文件名，如果只写文件名，默认就是当前路径，也可以添加路径
    mode：文件权限
        r 只读，如果文件不存在则报错
        r+ 读写，如果文件不存在则报错
        w 只写，如果文件不存在则创建，如果文件存在则清空
        w+ 读写，如果文件不存在则创建，如果文件存在则清空
        a 只写，如果文件不存在则创建，如果文件存在则追加
        a+ 读写，如果文件不存在则创建，如果文件存在则追加
返回值：
    成功：文件指针
    失败：NULL

#include <stdio.h>

int main(int argc, char *argv[]) {

    FILE *fp = fopen("./file.txt", "w");
    if (fp == NULL) {
        printf("fail to fopen\n");
        return -1;
    }

    return 0;
}

关闭文件 `fclose`

#include <stdio.h>
int fclose(FILE *stream);
功能：关闭一个文件指针，无法在对当前文件进行操作
参数：
    stream：指定的文件指针，fopen函数的返回值
返回值：
    成功：0
    失败：EOF
注意：注意一个文件只能关闭一次，不能多次关闭。
关闭文件之后就不能再文件指针对文件进行读写等操作了

#include <stdio.h>

int main(int argc, char *argv[]) {

    FILE *fp = fopen("./file.txt", "a");
    if (fp == NULL) {
        printf("fail to fopen\n");
        return -1;
    }
    fclose(fp);
    return 0;
}

一次读写一个字符

`fgetc`

#include <stdio.h>
int fgetc(FILE *stream);
功能：从文件指针标识的文件中读取一个字符
参数：
    stream：指定的文件指针
返回值：
    成功：读取的字符
    失败：EOF
如果文件读取完毕，也会返回EOF

文件内容：

#include <stdio.h>

int main(int argc, char *argv[]) {
    FILE *fp = fopen("./file.txt", "r");
    if (fp == NULL) {
        printf("fail to fopen\n");
        return -1;
    }
    int c;
    while ((c = fgetc(fp)) != EOF) {
        printf("c = [%c] - %d\n", c, c);
    }
    return 0;
}

输出结果：

`fputc`

#include <stdio.h>
int fputc(int c, FILE *stream);
功能：向文件指针标识的文件中写入一个字符
参数：
    c：要写入的字符
    stream：指定的文件指针
返回值：
成功：要写入的字符
    失败：EOF

#include <stdio.h>

int main(int argc, char *argv[]) {
    FILE *fp = fopen("./file.txt", "w");
    if (fp == NULL) {
        printf("fail to fopen\n");
        return -1;
    }

    fputc('w', fp);
    fputc('h', fp);
    fputc('a', fp);
    fputc('t', fp);
    fputc('\n', fp);
    fputc('o', fp);

    return 0;
}

执行结果：

一次读写一个字符串

`fgets`

#include <stdio.h>
char *fgets(char *s, int size, FILE *stream);
功能：从文件中读取内容
参数：
    s：保存读取到的内容
    size：每次读取的最大个数
    stream：文件指针
返回值：
    成功：读取的数据的首地址
    失败：NULL
    如果文件内容读取完毕，也返回NULL
注意：从stream所指的文件中读取字符，在读取的时候碰到换行符或者是碰到文件的末尾停止读取，或者是读取了size‐1个字节停止读取，在读取的内容后面会加一个\0,作为字符串的结尾

文件内容：

#include <stdio.h>

int main(int argc, char *argv[]) {
    FILE *fp = fopen("./file.txt", "r");
    if (fp == NULL) {
        printf("fail to fopen\n");
        return -1;
    }
    
    char buf[32] = "";

    fgets(buf, 32, fp);
    printf("buf = %s\n", buf);

    return 0;
}

执行结果：

`fputs`

#include <stdio.h>
int fputs(const char *s, FILE *stream);
功能：向文件写入数据
参数：
    s：要写入的内容
    stream：文件指针
返回值：
    成功：写入文件内容的字节数
    失败：EOF

#include <stdio.h>

int main(int argc, char *argv[]) {
    FILE *fp = fopen("./file.txt", "w");
    if (fp == NULL) {
        printf("fail to fopen\n");
        return -1;
    }
    fputs("66666666666666\n", fp);
    fputs("nihao", fp);

    return 0;
}

读文件 `fread`

#include <stdio.h>
size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);
功能：从文件中读取数据
参数：
    ptr：保存读取的数据
    size：每次读取的字节数
    nmemb：一共读取的次数
    stream：文件指针
返回值：
    成功：实际读取的次数（对象数、块数）
    失败：0
    如果文件内容读取完毕，返回0

例如：

int num = fread(str,100,3,fp);
从fp所代表的文件中读取内容存放到str指向的内存中，读取的字节数为 ，每块100个字节，3块。
返回值num，如果读到300个字节返回值num为3
如果读到了大于等于200个字节小于300个字节 返回值为2
读到的字节数，大于等于100个字节小于200个字节 返回1
不到100个字节返回0

文件内容：

#include <stdio.h>

int main(int argc, char *argv[]) {
    FILE *fp;
    fp = fopen("./file.txt", "r");
    if (fp == NULL) {
        printf("fail to fopen\n");
        return -1;
    }
    int num;
    char buf[128] = "";
    num = fread(buf, 5, 4, fp);
    printf("buf = %s\n", buf);
    printf("num = %d\n", num);

    return 0;
}

输出结果：

写文件 `fwrite`

#include <stdio.h>
size_t fwrite(const void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);
功能：向文件中写入数据
参数：
    ptr：要写入的数据
    size：一次写入的字节数
    nmemb：一共写入的次数
    stream：文件指针
返回值：
    成功：实际写入的次数
    失败：0

#include <stdio.h>

typedef struct {
    int a;
    int b;
    char c;
} MSG;

int main(int argc, char *argv[]) {
    FILE *fp = fopen("./file.txt", "w+");
    if (fp == NULL) {
        printf("fail to fopen\n");
        return -1;
    }
    MSG msg[4] = {1, 2, 'a', 3, 4, 'b', 5, 6, 'c', 7, 8, 'd'};
    fwrite(msg, sizeof(MSG), 4, fp);
    rewind(fp);
    MSG rcv[4];
    fread(rcv, sizeof(MSG), 4, fp);
    for (int i = 0; i < 4; i++) {
        printf("%d - %d - %c\n", rcv[i].a, rcv[i].b, rcv[i].c);
    }
    return 0;
}

输出结果：

输出的文件内容：

格式化读写文件函数

函数调用:
fprintf(文件指针, 格式字符串, 输出表列);
fscanf(文件指针, 格式字符串, 输入表列);

函数功能:
    从磁盘文件中读入或输出字符

fprintf 和printf函数类似：
printf是将数据输出到屏幕上（标准输出），
fprintf函数是将数据输出到文件指针所指定的文件中。

fscanf和scanf 函数类似：
scanf是从键盘（标准输入）获取输入，
fscanf是从文件指针所标示的文件中获取输入。

#include <stdio.h>

int main(int argc, char *argv[]) {
    FILE *fp;
    char ch1 = 'a', ch2;
    int num1 = 50, num2;
    char string1[20] = "hello", string2[20];
    float score1 = 85.5, score2;

    if ((fp = fopen("./file.txt", "w+")) == NULL) {
        printf("fail to fopen\n");
        return -1;
    }

    fprintf(fp, "%c %d %s %f\n", ch1, num1, string1, score1);
    rewind(fp);
    fscanf(fp, "%c %d %s %f\n", &ch2, &num2, string2, &score2);
    printf("%c %d %s %f\n", ch2, num2, string2, score2);
    fclose(fp);

    return 0;
}

输出结果：

文件内容：

随机读写

`rewind`

#include <stdio.h>
void rewind(FILE *stream);
    功能：将文件位置定位到起始位置
参数：
    stream：文件指针
返回值：无

`ftell`

#include <stdio.h>
long ftell(FILE *stream);
功能：获取当前文件的偏移量
参数：
    stream：文件指针
返回值：
    获取当前文件的偏移量

`fseek`

#include <stdio.h>
int fseek(FILE *stream, long offset, int whence);
功能：设置文件位置指针的偏移量
参数：
    stream：文件指针
    offset：偏移量，可正可负也可为0
    whence：相对位置
        SEEK_SET 文件起始位置
        SEEK_CUR 文件当前位置
        SEEK_END 文件末尾位置（最后一个字符后面一个位置）
返回值：
    成功：0
    失败：‐1

rewind(fp) <==> fseek(fp, 0, SEEK_SET);

#include <stdio.h>

int main(int argc, char *argv[]) {
    FILE *fp;
    if ((fp = fopen("./file.txt", "w+")) == NULL) {
        printf("fail to fopen\n");
        return -1;
    }
    fputs("123456789\n", fp);
    fputs("abcdefghijklmn", fp);
    // 获取当前文件指针的读写位置
    printf("offset = %ld\n", ftell(fp));
    // 将当前文件的读写文件设置到文件的起始位置
    // rewind(fp);
    // fseek(fp, 0, SEEK_SET);
    // 将当前文件的读写位置设置为倒数第五个位置
    fseek(fp, -5, SEEK_END);

    char buf[32] = "";
    while (fgets(buf, 32, fp) != NULL) {
        printf("[%s]\n", buf);
    }

    return 0;
}

输出结果：

文件内容：

文件的概念

文件的定义

磁盘文件的分类

文件指针

打开文件 fopen

关闭文件 fclose

一次读写一个字符

fgetc

fputc

一次读写一个字符串

fgets

fputs

读文件 fread

写文件 fwrite

格式化读写文件函数

随机读写

rewind

ftell

fseek

打开文件 `fopen`

关闭文件 `fclose`

`fgetc`

`fputc`

`fgets`

`fputs`

读文件 `fread`

写文件 `fwrite`

`rewind`

`ftell`

`fseek`