【C语言】文件操作
一、为什么要使用文件
程序运行时使用的数据是存储在内存中的，程序运行结束后内存就回收了，数据也不存在了。有时，我们想让数据长久保存，就需要使用文件，存储在磁盘上。
二、什么是文件
文件就是存放在外存上的文件。按功能分类，又分为两类：程序文件和数据文件。
（1）程序文件
在Windows系统上，程序文件包括：源程序文件（后缀.c），目标文件（后缀.obj），可执行文件（后缀.exe）。
（2）数据文件
文件内容是程序执行时使用的数据。在之前我们都是以终端作为输入输出的对象，本文讲述以数据文件作为输入输出的对象的方法。
（3）文件名
文件名就是文件的唯一标识。文件名结构：文件路径+文件名主干+文件后缀。
例如：D:code\test.txt
三、文本文件和二进制文件
数据文件按数据的组织形式，又分为文本文件和二进制文件。
程序运行时，将数据存在内存中（二进制形式），当需要将内存中的数据输出到外存上的数据文件中时，如果直接放在文件里，那么这就是二进制文件；如果先转换成ASCII码的形式，再放在文件里，那么这就是文本文件。
例如：程序运行时，使用了一个 int 类型的数据10000，在内存中以二进制形式存储。现将它输出到文件中，如果直接以二进制形式输出，则文件占4字节；如果先转换为ASCII码形式再输出，则文件占5字节。如下图所示：
运行以下代码，将 int 类型的数据1000 以二进制形式输出到 test.txt 文件，用二进制文件编辑器查看（内存中以小端方式存储）：
补充：VS上，二进制文件打开方式如下：
四、文件的打开和关闭
（1）流
我们向不同的设备（屏幕、键盘、磁盘、U盘等）输入输出数据，需要进行不同的操作。为了方便程序员对各种设备进行操作，C语言抽象出了流的概念。我们只需要关心打开流，内存向流中读或写数据，至于各种设备与流之间是如何操作的，就是C语言底层解决的事情了。
（2）标准流
我们在使用scanf、printf、perror等函数向显示器/键盘输出/输入数据时，没有打开流，也没有进行其它的底层操作，照样成功地实现了内存与外部设备的数据读写，这是为什么？
这是因为，在程序启动的时候，C语言就会自动打开3个标准流：
- stdin: 标准输入流，大多环境中从键盘输入，scanf 就是从 stdin 中读数据。
- stdout: 标准输出流，大多环境是输出到显示器，printf 就是向 stdout 中写数据。
- stderr: 标准错误流，大多环境是输出到显示器，perror 就是向 stderr 中写数据。
标准I/O流的类型就是 FILE*，称为文件指针，它可以维护流的各种操作。因此，打开文件实际上就是打开流。
（3）文件指针
进行文件打开操作之后，系统会自动在内存中开辟一个相应的文件信息区，并存放文件的相关信息（包括文件名、文件状态、文件大小等）。这些信息存放在一个结构体变量里，这个结构体类型叫做 FILE，由编译器定义。不同的C编译器，定义的 FILE 结构体类型有所不同，但大同小异。如下，VS2013 在头文件 <stdio.h> 定义的 FILE：
struct _iobuf {
char* _ptr;
int _cnt;
char* _base;
int _flag;
int _file;
int _charbuf;
int _bufsiz;
char* _tmpfname;
};
typedef struct _iobuf FILE;我们通常是创建一个 FILE 指针，指向 FILE 结构体，从而间接访问文件信息区的文件信息，如下图所示：
（4）文件的打开和关闭
使用文件前，要打开文件；使用完后，要关闭文件。打开文件时，会返回一个 FILE 的指针，就建立了 FILE* 与文件的联系。
在 ANSI C 中规定 fopen 函数打开文件，fclose 函数关闭文件，函数原型如下：
//打开⽂件
FILE* fopen(const char* filename, const char* mode);
//关闭⽂件
int fclose(FILE* stream);对于 fopen：
- filename 指向文件名字符串，mode 指向模式的字符串。
- 打开成功，返回文件信息区起始地址；打开失败，返回NULL。
- mode，所有打开模式如下：
| 文件打开模式 | 含义 | 如果指定文件不存在 |
| “r”（只读） | 输入数据，打开一个文本文件 | 出错 |
| “w”（只写） | 输出数据，打开⼀个文本文件 | 建立一个新文件 |
| “a”（追加） | 向文本文件尾添加数据 | 建立一个新文件 |
| “rb”（只读） | 输入数据，打开一个二进制文件 | 出错 |
| “wb”（只写） | 输出数据，打开一个二进制文件 | 建立一个新文件 |
| “ab”（追加） | 向二进制文件尾添加数据 | 建立一个新文件 |
| “r+”（读写） | 读和写，打开一个文本文件 | 出错 |
| “w+”（读写） | 读和写，打开一个文本文件 | 建立一个新文件 |
| “a+”（读写） | 向文本文件尾进行读写 | 建立一个新文件 |
| “rb+”（读写） | 读和写，打开一个二进制文件 | 出错 |
| “wb+”（读写） | 读和写，打开一个二进制文件 | 建立一个新文件 |
| “ab+”（读写） | 向二进制文件尾进行读写 | 建立一个新文件 |
注意：
- “r”、“rb”、“r+”、“rb+”：如果指定文件不存在，会报错。
- “w”、“wb”、“w+”、“wb+”：如果指定文件不存在，会建立一个新的文件；如果指定文件存在，会覆盖原内容。
- “a”、“ab”、“a+”、“ab+”：如果指定文件不存在，会建立一个新的文件；如果指定文件存在，会在原内容末尾追加内容。
对于 fclose，文件关闭失败，返回 -1；文件关闭成功，返回 0。
示例代码及运行结果如下，文件关闭前，pf 存储的地址：
文件关闭后，pf存储的地址：
所以 fclose 后，系统只会收回内存空间的使用权，但 pf 还是指向的原来的空间，避免 pf 成为野指针，在文件关闭后，要将 pf 置 NULL。
因文件原本不存在，"w" 模式在指定路径下创建了新文件：
五、文件的顺序读写
（1）文件的顺序读写函数
| 函数名 | 功能 | 适用于 |
| fgetc | 字符输入函数 | 所有输入流 |
| fputc | 字符输出函数 | 所有输出流 |
| fgets | 文本行输入函数 | 所有输入流 |
| fputs | 文本行输出函数 | 所有输出流 |
| fscanf | 格式化输入函数 | 所有输入流 |
| fprintf | 格式化输出函数 | 所有输出流 |
| fread | 二进制输入 | 文件输入流 |
| fwrite | 二进制输出 | 文件输出流 |
所有输入/输出流表示，可以是标准流（stdin、stdout、stderr），也可以是其它的流，比如文件流。
① fgetc
函数原型：
int fgetc ( FILE * stream );参数：流的指针。
函数返回值：
- 读取成功：返回读取到的一个字符。
- 读取到文件末尾而失败：返回EOF（-1），并设置 end-of-file 标记。
- 读取错误而失败：返回EOF（-1），并设置 error 标记。
示例代码，读完整个文件：
② fputc
函数原型：
int fputc ( int character, FILE * stream );参数：要写入的字符；流的指针。
返回值：
- 写入成功：返回写入的字符。
- 写入失败：返回 EOF（-1），并设置 error 标记。
示例代码，向文件写入字符 a~z：
③ fgets
函数原型：
char * fgets ( char * str, int num, FILE * stream );参数：读取的字符串存入 str 指向的内存空间；读取的最大字符数量（包括终止符）；流的指针。
返回值：
- 读取成功：返回 str。
- 读取到文件尾，但读取到了字符：返回 str，并设置 end-of-file 标记。
- 读取到文件尾，并没有读取到任何字符：返回 null ，并设置 error 标记。
- 发生错误：返回 null ，并设置 error 标记。
示例代码，读完整个文件：
④ fputs
函数原型：
int fputs ( const char * str, FILE * stream );参数：str 指向要写入的字符串；流的指针。
返回值：
- 写入成功：返回一个非负值。
- 写入失败：返回 EOF（-1），并并设置 error 标记。
示例代码：
运行结果：
⑤ fprintf
函数原型：
int fprintf ( FILE * stream, const char * format, ... );与 printf 函数对比：
int printf ( const char * format, ... );fprintf 的参数仅仅是多了一个 stream。
返回值：
- 成功：返回写入的字符个数。
- 遇到错误：返回一个负数，并设置 error 标记。
- 遇到编码错误（多字节字符）：返回一个负数，并设置 errno 标记为 EILSEQ。
示例代码：
运行结果：
⑥ fscanf
函数原型：
int fscanf ( FILE * stream, const char * format, ... );相比 scanf 函数，参数仅仅多了一个 stream。
返回值：与 scanf 函数相似，参考【C语言】数据类型、变量、操作符、printf、scanf详解_c语言布尔型scanf-CSDN博客
示例代码及运行结果：
⑦ fwrite
函数原型：
size_t fwrite ( const void * ptr, size_t size, size_t count, FILE * stream );参数：ptr 指向被写的数组；size 是每个元素的大小，单位字节；count 是元素个数；stream 是流。
返回值：成功写入的元素个数。
示例代码：
运行结果（二进制编辑器打开）：
⑧ fread
函数原型：
size_t fread ( void * ptr, size_t size, size_t count, FILE * stream );参数：ptr 指向要读取到的空间；元素大小；元素个数；流。
返回值：成功读取到的元素个数。
示例代码及运行结果：
如果 fread 的返回值小于参数 count，那就意味着这是最后一次读了。
（2）函数的对比
① printf 和 scanf
printf -- 针对标准输出流(stdout)的，将数据以格式化的形式，输出到屏幕上。
scanf -- 针对标准输入流(stdin)的，从键盘上输入格式化的数据。
② fprintf 和 fscanf
fprintf -- 针对所有输出流的，格式化的输出函数。
fscanf -- 针对虽有输入流的，格式化输入函数。
③ sprintf 和 sscanf
sprintf -- 将格式化的数据转换成字符串。
sscanf -- 从字符串中提取出格式化的数据。
函数原型：
int sprintf ( char * str, const char * format, ... );
int sscanf ( const char * s, const char * format, ...);与 printf 和 scanf 相比，多了一个指向字符串的指针参数。
示例代码及运行结果：
应用场景：序列化（将数据结构转化为字节流或字符串等）和反序列化（序列化的逆操作）。
反序列化：前端网页上的数据以字符串的形式传给后端，后端转换为结构体，就用到 sscanf。序列化：后端将结构体转为字符串展示到前端，用 sprintf。
六、文件的随机读写
（1）fseek
函数原型：
int fseek ( FILE * stream, long int offset, int origin );功能：根据文件内容的光标位置和偏移量来定位文件的位置。
参数：流；offset 是偏移量，根据 origin 的光标位置计算；origin 是起始位置，有3个值：
- SEEK_SET：文件的起始位置。
- SEEK_CUR：光标的当前位置。
- SEEK_END：文件的末尾位置。
假如文件内容如下：
读取 a 后，不想读取 b，而是读取 d。首先读取一个 a ，光标后移 1 位。如果 origin 是 SEEK_CUR ，光标在当前位置 a 后不动，则偏移量是 2；如果 origin 是 SEEK_SET，光标移到开头，则偏移量是 3；如果 origin 是 SEEK_END，光标移到 f 后，则偏移量是 -3。
代码及运行结果如下：
（2）ftell
函数原型：
long int ftell ( FILE * stream );功能：返回文件当前光标位置相对于文件起始位置的偏移量。
示例代码：
读取 d 后，光标移动到 d 后，相对于文件起始位置，偏移了 4 。
（3）rewind
函数原型：
void rewind ( FILE * stream );功能：让光标位置回到文件的起始位置。
示例代码及运行结果：
七、文件读取结束的判定
（1）feof 的错误使用
feof 并不是用来判断文件是否读取结束的。
文件读取结束有两种原因：
- 遇到文件末尾结束（正常结束）。
- 文件读取失败结束。
feof 和 ferror 是在已经知道文件读取结束的前提下，文件读取结束的原因：
- feof：是否是遇到文件末尾而正常结束。
- ferror：是否是文件读取发生错误而结束。
feof 和 ferror 的原理：在文件读写的过程中，遇到文件末尾/错误，会设置文件末尾标记/错误标记。feof 就是检测文件末尾标记，而 ferror 就是检测错误标记。
（2）判断文件读取结束的方法
| 函数 | 文件未读取结束回值 | 文件读取结束返回值 | 判断文件读取结束方法 |
| fgetc | 读取到的字符ASCII码 | EOF（-1） | 判断返回值是否为EOF |
| fgets | 存储字符串的数组地址 | NULL | 判断返回值是否为NULL |
| fscanf | 读取到的参数个数 | 0或EOF（-1） | 判断返回值是否小于要读的参数个数 |
| fread | 读取到的元素个数 | 0 | 判断返回值是否小于要读取的个数 |
示例代码 1 及运行结果（处理文本文件）：
示例代码 2 及运行结果（处理二进制文件）：
八、文件缓冲区
ANSIC 标准采用 “缓冲文件系统” 处理数据文件，即系统自动地在内存中，为程序中每一个正在使用的文件，除了开辟文件信息区外，还开辟一块“文件缓冲区”。内存到磁盘的数据输出/输入，都先要送到“缓存区”，缓冲区的数据放满了，再送到目的地。如下图所示：
为什么要有缓冲区？
如果没有缓冲区，并且需要读/写很多数据，但是每读/写一点数据，就需要调用操作系统把数据从硬盘读出或者写入硬盘，这样频繁打断操作系统，就无法全局地为计算机上的其它程序服务，从而导致计算机的效率变慢。
以下 3 种情况满足一条，就会从缓冲区读出/写入数据：
- 缓冲区满。
- 手动刷新缓冲区。
- 关闭文件。
测试代码：
//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");
//注：fclose在关闭文件的时候，也会刷新缓冲区，因此又睡眠了10秒，防止是 fclose 刷新的
Sleep(10000);
fclose(pf);
pf = NULL;
return 0;
}一开始，用 fputs 写数据到文件 test.txt，因为缓冲区没有满，所以此时文件中并没有内容。使用 fflush 手动刷新缓存区，就会把数据从缓冲区取出写入文件中，这时文件有内容了。
结论：文件操作结束时，关闭文件非常重要，否则数据会丢失。
原文地址：https://blog.csdn.net/2401_86272648/article/details/142651741
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