C语言文件操作详解

前言

1. 对计算机而言，一切皆数据，C语言源代码文件是数据、编译后的可执行程序也是数据，数据的存放方式有很多种，如内存、文件、数据库等，文件是极其重要的一种
2. 根据文件中数据组织形式的不同，可以把文件分为文本文件和二进制文件，C语言源代码是文本文件，编译后的可执行程序是二进制文件

一、文本数据和二进制数据

文本数据

文本数据由字符串组成，存放了每个字符的 ASCII 码值，每个字符占一个字节，每个字节存放一个字符

比如数字 123，如果用文本格式存放，数据内容是'1'、'2'、'3' 三个字符，占三个字节

表格形式
字符**'1''2''3'*ASCII(十进制)4950*51*ASCII(二进制)0011000100110010*00110011**

二进制数据

二进制数据是字节序列，数字123的二进制表示是01111011，如果用二进制格式形式存储，char、short、int、long都可以存储123

存储方式分别如下：

char 存储

01111011

short 存储

00000000 01111011

int 存储

00000000 00000000 00000000 01111011

long 存储

00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 01111011

文本文件和二进制文件

1. 按文本格式存放数据的文件称为文本文件或ASCII文件，文件可以用vi和记事本打开，看到的都是ASCII字符
2. 按二进制格式存放数据的文件称为二进制文件，如果用 vi/vim 打开二进制文件，看到的是乱码

二、文件的打开和关闭

对文件进行操作之前必须先“打开”文件，操作（读和写）完成后，再“关闭”文件

文件指针

1. 操作文件的时候，C语言为文件分配一个信息区，该信息区包含文件描述信息、缓冲区位置、缓冲区大小、文件读写到的位置等基本信息，这些信息用一个结构体来存放（struct _IO_FILE），FILE结构体和对文件操作的库函数在 stdio.h 头文件中声明的
2. 打开文件的时候，fopen 函数中会动态分配一个FILE结构体大小的内存空间，并把FILE结构体内存的地址作为函数的返回值，程序中用FILE结构体指针存放这个地址
3. 关闭文件的时候，fclose 函数除了关闭文件，还会释放FILE结构体占用的内存空间
4. FILE结构体指针习惯称为文件指针

打开文件

*C语言提供的库函数 fopen 来创建一个新的文件或者打开一个已存的文件，调用fopen函数成功后，返回一个文件指针（ FILE ）

函数的原型如下：

FILE *fopen( const char * filename, const char * mode );

1. 参数 filename 是字符串，表示需要打开的文件名，可以包含目录名，如果不包含路径就表示程序运行的当前目录
2. 参数 mode 也是字符串，表示打开文件的方式（模式），打开方式有很多种，我们来看一个表格

方式

含 义

说 明

r

只读

文件必须存在，否则打开失败

w

只写

如果文件存在，则清除原文件内容；如果文件不存在，则新建文件

a

追加只写

如果文件存在，则打开文件，如果文件不存在，则新建文件

r+

读写

文件必须存在。在只读 r 的基础上加 '+' 表示增加可写的功能

w+

读写

在只写w的方式上增加可读的功能

a+

读写

在追加只写a的方式上增加可读的功能

小细节

1. 不用去死记硬背 read简写r、write简写w、append简写a罢了
2. 有的说打开文本文件的方式要用"rt"、"wt"、"at"、"rt+"、"wt+"、"at+"，"t"是text的简写，"t"可以省略不写
3. 有的说打开二进制文件的方式要用"rb"、"wb"、"ab"、"rb+"、"wb+"、"ab+"，"b"是binary的简写

关闭文件

fclose 库函数用于关闭文件

函数的原型：

int fclose(FILE *fp);

fp为fopen函数返回的文件指针

举个例子

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
 
    FILE *fp = 0; //定义文件指针fp

    // 以只读的方式打开文件    
    if ( (fp = fopen("/root/cyy1/test83.c","r")) ==0 )
    {
       printf("文件打开失败\n");
       return -1;
    }

    fclose(fp);

    return 0; 
}

注意事项

1. 调用 fopen 打开文件的时候，一定要判断返回值，如果文件不存在、或没有权限、或磁盘空间满了，都有可能造成打开文件失败
2. 文件指针是调用 fopen 的时候，系统动态分配了内存空间，函数返回或程序退出之前，必须用 fclose 关闭文件指针，释放内存，否则后果严重
3. 如果文件指针是空指针或野指针，用 fclose 关闭它相当于操作空指针或野指针，后果严重

三、文本文件的读写

向文件中写入数据

C语言向文件中写入数据库函数有 fputc 、fputs、fprintf，这里只介绍fprintf，如果感兴趣的可以去了解一下

fprintf函数的声明如下：

int fprintf(FILE *fp, const char *format, ...);

fprintf函数的用法与printf相同，只是多了第一个参数文件指针罢了，表示把数据输出到文件

举个例子

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{

    FILE *fp = 0; //定义文件指针fp

    // 以只写的方式打开文件
    if ( (fp=fopen("/root/cyy1/test84.txt","w")) ==0 )
    {
       printf("文件打开失败\n");
       return -1;
    }

    int i = 0;
    for (i = 0;i < 3 ;i++)
    {
        fprintf(fp,"这是第%d名同学\n",i+1);
    }
    
    fclose(fp);
    
    return 0;
}   

运行效果

可以看到 /root/cyy1/test84.txt 中有3行记录，程序 test84.c 不管执行多少次，记录都是3行，因为文件打开的方式是 "w"，每次打开文件的时候都会清空原文件中的记录

从文件中读取数据

从文件中读取数据的库函数有 fgetc 、fgets、fscanf，这里只介绍 fgets 就可以了，感兴趣的可以自己去了解一下

fgets函数的原型如下：

char *fgets(char *buf, int size, FILE *fp);

fgets的功能是从文件中读取一行

1. 参数 buf 是一个字符串，用于保存从文件中读到的数据
2. 参数 size 是打算读取内容的长度
3. 参数 fp 是待读取文件的文件指针
4. 如果文件中将要读取的这一行的内容的长度小于size，fgets函数就读取一行，如果这一行的内容大于等于size，fgets函数就读取size-1字节的内容
5. 调用fgets函数如果成功的读取到内容，函数返回buf，如果读取错误或文件已结束，返回空，即0。如果fgets返回空，可以认为是文件结束而不是发生了错误，因为发生错误的情况极少出现

举个例子

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{

    FILE *fp = 0; //定义文件指针fp
    char buff[301]; // 存放从文件中读取到的一行的内容
    memset(buff,0,sizeof(buff));

    // 以只写的方式打开文件
    if ( (fp=fopen("/root/cyy1/test84.txt","r")) ==0 )
    {
       printf("文件打开失败\n");
       return -1;
    }

     // 逐行读取文件的内容，输出到屏幕
     while (1)
     {
         if ( (fgets(buff,301,fp)) ==0 )
         break;
         printf("%s",buff);
     }

    fclose(fp);

    return 0;
}

运行效果

注意事项

1. 在读取到 size-1 个字符之前如果出现了换行，或者读到了文件末尾，则读取结束
2. 不管 size 的值多大，fgets函只读取一行数据，不能跨行
3. 可以将 size 的值设置地足够大，确保每次都能读取到一行完整的数据

四、二进制文件的读写

1. 二进制文件没有行的概念，没有字符串的概念
2. 我们把内存中的数据结构直接写入二进制文件，读取的时候，也是从文件中读取数据结构的大小一块数据，直接保存到数据结构中。这里所说的数据结构不只是结构体，是任意数据类型

向文件中写入数据

fwrite函数用来向文件中写入数据块，它的原型为：

size_t fwrite(const void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream)

参数

1. ptr -- 这是指向要被写入的元素数组的指针
2. size -- 这是要被写入的每个元素的大小，以字节为单位
3. nmemb -- 这是元素的个数，每个元素的大小为 size 字节
4. stream -- 这是指向 FILE 对象的指针，该 FILE 对象指定了一个输出流

返回值

如果成功，该函数返回一个 size_t 对象，表示元素的总数，该对象是一个整型数据类型。如果该数字与 nmemb 参数不同，则会显示一个错误

举个例子

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

struct Student
{    
     char name[51];
     int age;
     int height;
};
int main()
{

    FILE *fp = 0; //定义文件指针fp
    struct Student stu;

    // 以只写的方式打开文件
    if ( (fp=fopen("/root/cyy1/test86.txt","w")) ==0 )
    {
       printf("文件打开失败\n");
       return -1;
    }

    strcpy(stu.name,"小酋");
    stu.age = 20;
    stu.height = 168;
    fwrite(&stu,sizeof(stu),1,fp);

    strcpy(stu.name,"小秦");
    stu.age = 21;
    stu.height = 170; 
    fwrite(&stu,sizeof(stu),1,fp);

    fclose(fp);

    return 0;
}

从文件中读取数据

fread函数用来从文件中读取数据块，它的原型为：

size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream)

参数

1. ptr -- 这是指向带有最小尺寸 sizenmemb* 字节的内存块的指针
2. size -- 这是要读取的每个元素的大小，以字节为单位
3. nmemb -- 这是元素的个数，每个元素的大小为 size 字节
4. stream -- 这是指向 FILE 对象的指针，该 FILE 对象指定了一个输入流

返回值

调用fread函数如果成功的读取到内容，函数返回读取到的内容的字节数，如果读取错误或文件已结束，返回空，即0。如果fread返回空，可以认为是文件结束而不是发生了错误

举个例子

读刚刚 fwrite 那个文件

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

struct Student
{    
     char name[51];
     int age;
     int height;
};

int main()
{

    FILE *fp = 0; //定义文件指针fp
    struct Student stu;

    // 以只读的方式打开文件
    if ( (fp=fopen("/root/cyy1/test86.txt","rb")) ==0 )
    {
       printf("文件打开失败\n");
      return -1;
    }

    while (1)
    {
       if ( (fread(&stu,sizeof(stu),1,fp)) == 0) break;

       printf("姓名:%s 年龄:%d  身高:%d\n",stu.name,stu.age,stu.height);

    }

    fclose(fp);

    return 0;
}

运行效果

五、文件定位

1. 在文件内部有一个位置指针，用来指向文件当前读写的位置。在文件打开时，如果打开方式是r和w，位置指针指向文件的第一个字节，如果打开方式是a，位置指针指向文件的尾部。每当从文件里读取n个字节或文件里写入n个字节后，位置指针也会向后移动n个字节
2. 文件位置指针与C语言中的指针不是一回事。位置指针仅仅是一个标志，表示文件读写到的位置，不是变量的地址。文件每读写一次，位置指针就会移动一次，它不需要您在程序中定义和赋值，而是由系统自动设置
3. C语言提供了 ftell 、rewind 和 fseek 三个库函数来实现文件定位功能

ftell函数

ftell函数用来返回当前文件位置指针的值，这个值是当前位置相对于文件开始位置的字节数

声明

long int ftell(FILE *stream)

rewind函数

rewind函数用来将位置指针移动到文件开头

声明

void rewind ( FILE *fp );

fseek函数

fseek函数用来将位置指针移动到任意位置

声明

int fseek(FILE *stream, long int offset, int whence)

参数

1. stream -- 这是指向 FILE 对象的指针，该 FILE 对象标识了流
2. offset -- 这是相对 whence 的偏移量，以字节为单位
3. whence -- 这是表示开始添加偏移 offset 的位置。它一般指定为下列常量之一：

常量描述SEEK_SET （也可以用0表示）文件的开头SEEK_CUR （也可以用1表示）文件指针的当前位置SEEK_END （也可以用2表示）文件的末尾
返回值

如果成功，则该函数返回零，否则返回非零值

举个例子

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{

    FILE *fp = 0; //定义文件指针fp

    // 以只读的方式打开文件
    if ( (fp=fopen("/root/cyy1/book1.txt","w+")) ==0 )
    {
       printf("文件打开失败\n");
       return -1;
    }

    fprintf(fp,"hello world\n");

    fseek(fp,6,SEEK_SET);
    
    fprintf(fp,"xiaoqiu\n");
    
    fclose(fp);
    
    return 0;
}   

运行效果

最初程序创建文件和写入hello world，但是之后我们在第6个位置重置了写指针，并使用 fprintf 语句来重写文件,所以 book1.txt 里面的内容是 hello xiaoqiu

当然 fseek 还可以这样玩

fseek(fp,100,0);     // 从文件的开始位置计算，向后移动100字节
fseek(fp,100,1);     // 从文件的当前位置计算，向后移动100字节
fseek(fp,-100,2);    // 从文件的尾部位置计算，向前移动100字节

六、文件缓冲区

在操作系统中，存在一个内存缓冲区，当调用fprintf、fwrite等函数往文件写入数据的时候，数据并不会立即写入磁盘文件，而是先写入缓冲区，等缓冲区的数据满了之后才写入文件。还有一种情况就是程序调用了 fclose 时也会把缓冲区的数据写入文件

如果想把缓冲区的数据立即写入文件，可以调用 fflush 库函数，它的声明如下：

int fflush(FILE *fp);

函数的参数只有一个，即文件指针，返回0成功，其它失败

七、标准输入、标准输出和标准错误

Linux操作系统为每个程序默认打开三个文件，即标准输入stdin、标准输出stdout和标准错误

输出stderr，其中0就是stdin，表示输入流，指从键盘输入，1代表stdout，2代表stderr

例如

  printf("Hello xiaoqiu.\n");

等同于

  fprintf(stdout,"Hello xiaoqiu.\n");

简单了解一下即可