文件操作详解

🕗 发布于 2024-09-19 21:36 c语言

今天学习和文件操作的有关知识

在这里插入图片描述

1.使用文件的意义

如果没有文件，我们写的程序的数据是存储在电脑的内存中，
如果程序退出，内存回收，数据就丢失了，等再次运行程序，
是看不到上次程序的数据的，如果要将数据进行持久化的保存，
我们可以使用文件。

2.文件的概念

磁盘（硬盘）上的文件是文件。
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）。

2.1 程序文件

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）。

2.2 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。

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。

2.3 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
为了方便起见，文件标识常被称为文件名。

3 二进制文件和文本文件

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的文件中，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。

一个数据在文件中是怎么存储的呢？
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。

如有整数10000，如果以ASCII码的形式输出到磁盘，
则磁盘中占用5个字节**（每个字符一个字节）**，
而二进制形式输出，则在磁盘上只占4个字节。

在这里插入图片描述

#include<stdio.h>
int main()
{
int i = 10000;
FILE* pf = fopen("test.txt", "wb");
fwrite(&a, 4, 1, pf);//⼆进制的形式写到⽂件中
fclose(pf);
pf = NULL;
return 0;
}

在VS上打开二进制文件：
在这里插入图片描述

4 文件的打开和关闭

4.1 流和标准流

4.1.1 流

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，我们可以把流想象成流淌着字符的河。

C程序针对文件、画⾯、键盘等的数据输⼊输出操作都是通过流操作的。

一般情况下，我们要想向流里写数据，
或者从流中读取数据，都是要打开流，然后操作。

4.1.2 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，
scanf函数就是从标准输入流中读取数据。
stdout - 标准输出流，大多数的环境中输出至显示器界面，
printf函数就是将信息输出到标准输出流中。
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。

stdin、stdout、stderr 三个流的类型是： FILE * ，通常称为文件指针。
C语言中，就是通过 FILE * 的文件指针来维护流的各种操作的。

4.2 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.

例如，VS2013 编译环境提供的 stdio.h 头文件中有以下的文件类型申明：

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间接找到与它关联的文件。

比如：
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4.3 文件的打开和关闭

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。
在编写程序的时候，在打开文件的同时，
都会返回⼀个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。
ANSI C 规定使用 fopen 函数来打开文件， fclose 来关闭文件。

//打开⽂件
FILE * fopen ( const char * filename, const char * mode );

//关闭⽂件
int fclose ( FILE * stream );

mode表示文件的打开模式，下面都是文件的打开模式：
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实例代码

/* fopen fclose example */
#include <stdio.h>

int main ()
{
FILE * pFile;
//打开⽂件
pFile = fopen ("myfile.txt","w");
//⽂件操作
if (pFile!=NULL)
{
fputs ("fopen example",pFile);
//关闭⽂件
fclose (pFile);
}

return 0;
}

5. 文件的顺序读写

5.1 顺序读写函数介绍

在这里插入图片描述
上面说的适用于所有输⼊流一般指适用于标准输入流和其他输入流
（如文件输入流）；
所有输出流⼀般指适用于标准输出流和其他输出流（如文件输出流）。

5.2 对比一组函数：

scanf/fscanf/sscanf
printf/fprintf/sprintf

6 文件的随机读写

6.1 fseek

根据文件指针的位置和偏移量来定位文件指针（文件内容的光标）。

int fseek ( FILE * stream, long int offset, int origin );

例子：

/* fseek example */
#include <stdio.h>

int main ()
{
FILE * pFile;
pFile = fopen ( "example.txt" , "wb" );
fputs ( "This is an apple." , pFile );
fseek ( pFile , 9 , SEEK_SET );
fputs ( " sam" , pFile );
fclose ( pFile );
return 0;
}

6.2 ftell

返回文件指针相对于起始位置的偏移量

long int ftell ( FILE * stream );

例子：

/* ftell example : getting size of a file */
#include <stdio.h>
int main ()
{
FILE * pFile;
long size;
pFile = fopen ("myfile.txt","rb");

if (pFile==NULL)
perror ("Error opening file");
else
{
fseek (pFile, 0, SEEK_END);
// non-portable
size=ftell (pFile);
fclose (pFile);
printf ("Size of myfile.txt: %ld bytes.\n",size);
}

return 0;
}

6.3 rewind

让文件指针的位置回到文件的起始位置

void rewind ( FILE * stream );

例子：

/* rewind example */
#include <stdio.h>
int main ()
{
int n;
FILE * pFile;
char buffer [27];
pFile = fopen ("myfile.txt","w+");
for ( n='A' ; n<='Z' ; n++)
fputc ( n, pFile);
rewind (pFile);
fread (buffer,1,26,pFile);
fclose (pFile);
buffer[26]='\0';
printf(buffer);
return 0;
}

7 文件读取结束的判定

7.1 被错误使用的 feof

牢记：在文件读取过程中，
不能用 feof 函数的返回值直接来判断文件的是否结束。
feof 的作用是：当文件读取结束的时候，
判断是读取结束的原因是否是：遇到文件尾结束。

文本文件读取是否结束，
判断返回值是否为 EOF （ fgetc ），或者 NULL （ fgets ）

例如：
• fgetc 判断是否为 EOF .
• fgets 判断返回值是否为 NULL .

二进制文件的读取结束判断，判断返回值是否小于实际要读的个数。

例如：
• fread判断返回值是否小于实际要读的个数。

文本文件的例子：

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

int main(void)
{
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 EXIT_FAILURE;
}
//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);
}

二进制文件的例子：

#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);
}

8.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。

总结

今天我们了解了文件的意义，文件的概念，学习了文件操作（1.打开和关闭 2. 文件的顺序读写和随机读写 3. 判定文件读取结束），认识了文件缓冲区。

对文件的意义，文件的概念，文件操作（1.打开和关闭 2. 文件的顺序读写和随机读写 3. 判定文件读取结束）文件缓冲区的分享就到这里了，如果感觉不错，希望可以给博主点个赞或者关注，感谢大家的支持，成为我继续分享的动力，还有什么问题和建议可以在评论区评论，拜拜。
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