【C语言】文件操作

为什么使用文件？

我们程序的运行，数据使存储在内存中的，一旦程序运行完成，那么内存中的数据就会返回操作系统，当我们再次运行程序时，之前的数据就会消失。为了能够实现数据的持久化，我们将数据存到文件当中。

什么是文件？

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）。

数据文件

文件的内容不一定是程序，程序运行时所需要的数据，比如说程序运行需要从中读取数据的文件，或者输出内容的文件。

我们这一期讲的就是如何操作数据文件。

文件名

一个文件有它唯一的文件名，用来辨别和区分。文件名包括3个部分：

文件路径+文件名主干+文件后缀

C:\code\practice\test_1_20\test_1_20\data.txt

其中蓝色的就是文件路径，红色的就是文件名主干，紫色的就是文件后缀。

文件名后缀表示的是文件的默认打开方式，可以有也可以去掉。

二进制文件和文本文件

二进制文件：文件的数据为二进制的形式。

文本文件：文件的数据为ASCII码的形式存储。

文本文件我们看得懂，二进制文件要用二进制的形式我们才能看懂。

流的概念

我们的数据输出到屏幕/文件/网络，我们也可以从屏幕/文件/网络中去读取数据，但是由于不同外部设备的输入输出的不同，所要进行的操作也就大不相同，所以有流的概念，

我们可以想象流为中间媒介，我们通过流来进行数据的输入和输出。

标准流

我们的scanf和printf,一个是从键盘中输入数据，一个是向屏幕输出数据。这里面就存在流来进行操作，但是平时我们并没有主动去打开流，因为在我们程序运行时，就会默认打开3个标准流：

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到屏幕上，printf函数就是将信息输出到标准输出流。

stderr：标准错误流，大多数环境中输出到屏幕。

stdin、stdout、stderr这3个标准流在程序进行时就会默认打开。

stdin、stdout、stderr这3个流的类型时：FILE*，通常称为文件指针。

如果我们想要进行对文件的操作，那么我们也要打开对应的文件输入流或者文件输出流，这些在打开文件的函数中进行操作。

文件指针

在我们在内存，也就是在程序中打开文件，就会在内存中开辟文件信息区，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）。这些信息都存放在结构体中，结构体具体如下：这个结构体的类型就是FILE，这个文件信息区的地址就是文件指针，类型是FILE*。

struct _iobuf {
    char* _ptr;
    int _cnt;
    char* _base;
    int _flag;
    int _file;
    int _charbuf;
    int _bufsiz;
    char* _tmpfname;
};
typedef struct _iobuf FILE;

通过文件指针我们可以找到这个文件信息区，然后就可以对文件进行操作了。

文件的打开和关闭

那这个文件指针我们如何得到，下面介绍两个函数，

文件的打开

fopen:打开文件函数，const char * filename就是我们要打开的文件名，const char * mode就是打开文件的模式（是读还是写）。这个函数的返回值就是文件指针。

打开文件的模式：

下面是以写的形式打开文件，然后对文件输出数据。

下面的"data.txt"并没有文件路径，那么文件会建立在这个源文件test.c的路径底下，称为相对路径。有具体的路径称之为绝对路径。

pf就是我们的文件指针，通过fopen函数得到文件指针，通过文件指针对文件进行操作。

fopen函数有可能打开文件失败，所以我们要对pf文件指针进行检验，如果为空指针，那么我们要完善报错，通过perror函数，将报错信息显示。

#include <stdio.h>
int main()
{
  FILE* pf = fopen("data.txt", "w");
  if (pf == NULL)
  {
    perror("fopen");
    return 1;
  }
  fputs("abcde", pf);//这是顺序读写函数，接下来会仔细讲。
  fclose(pf);
  pf = NULL;
  return 0;
}

文件的关闭

fclose:关闭文件函数，有打开文件操作，就要有关闭文件操作 ，如果只有fopen函数，文件处于打开，对我们的内存是一种泄漏，所以fopen要和fclose搭配使用。

fclose相对简单，FILE * stream就是文件指针pf，将文件信息区的内容进行删除，断掉访问文件的途径，文件信息区的空间已经返回操作系统，但是访问文件信息区的地址还在pf，为了防止野指针问题，所最后将pf = NULL。

对文件的关闭就大功告成了。

输入输出的概念

什么是输入？什么是输出？

是相对于我们程序而言的，相对内存而言的，

将内存中的数据输送到文件，我们称之为输出。

将文件中的数据输送到内存，也就是我们的程序中，用局部变量来存放文件中的数据，我们称之为输入。

文件的顺序读写

接下来介绍对文件进行输入输出操作的具体函数。

所有输入流，包括标准输入流和文件输入流等（从文件输入或者从键盘输入）

所有输出流，包括标准输出流和文件输出流等（向文件输出或者向屏幕输出）

fgets:

输入函数，对字符进行接收。

FILE * stream是文件指针，如果从文件中输入数据，就是将fopen函数的返回值FILE* pf这个pf写进去。

fgets的返回值就是从文件中读取的字符，我们可以用字符变量ch对字符进行接收。

char ch = fgetc(pf);

这是文件中数据，通过fgetc接收到的是'a'这个字符。

fputc:

输出函数，将字符输出到文件中，输出到屏幕上。

int character:这是需要输出的字符

FILE * stream：指定要输出的文件的指针。

注意：打开模式为：“w"的时候，是新建一个文本文件，相当于是把之前的数据进行了覆盖。

#include <stdio.h>
int main()
{
  FILE* pf = fopen("data.txt", "w");
  if (pf == NULL)
  {
    perror("fopen");
    return 1;
  }
  fputc('a', pf);//这里的'a'是字符，所有用单引号括起来。
  fclose(pf);
  pf = NULL;
  return 0;
}

fgets:

文本行输入函数，其实可以看作字符串的输入函数。

char * str：接收字符串的地址，用数组来进行接收，数组名就是首元素的地址，将数组名写进去就可以。

int num：最大输入的字符量，最多可以输入多少字符。

FILE * stream：从进行输入操作的指定文件的指针。

#include <stdio.h>
int main()
{
  FILE* pf = fopen("data.txt", "r");
  if (pf == NULL)
  {
    perror("fopen");
    return 1;
  }
  char arr[20] = { 0 };
  fgets(arr,10, pf);
  fclose(pf);
  pf = NULL;
  return 0;
}

fputs:

文本行输出函数，其实可以看作字符串的输出函数。

const char * str:要进行输出的字符串

FILE * stream：需要输出的指定文件的指针。

#include <stdio.h>
int main()
{
  FILE* pf = fopen("data.txt", "w");
  if (pf == NULL)
  {
    perror("fopen");
    return 1;
  }
  fputs("abcdef", pf);//这里是字符串，用双引号括起来。
  fclose(pf);
  pf = NULL;
  return 0;
}

fscanf:

格式化输入函数,可以对任意类型的数据进行接收。

FILE * stream:从要输入的指定文件的文件指针。

const char * format：这里可以类比scanf的参数进行比较。

#include <stdio.h>
struct S
{
  char name[20];
  int age;
  float f;
};
int main()
{
  struct S s = { 0 };
  FILE* pf = fopen("data.txt", "r");
  if (pf == NULL)
  {
    perror("fopen");
    return 1;
  }
  fscanf(pf,"%s %d %f", s.name,&(s.age), &(s.f));
  fclose(pf);
  pf = NULL;
  return 0;
}

这是data文本文件的数据：

fprintf:

格式化输出函数,可以对任意类型的数据进行接收。

FILE * stream:需要进行输出文件的文件指针。

const char * format, ...：这个参数可以对比printf函数进行理解。

#include <stdio.h>
struct S
{
  char name[20];
  int age;
  float f;
};
int main()
{
  struct S s = { "zhangsan",20,90.5f };
  FILE* pf = fopen("data.txt", "w");
  if (pf == NULL)
  {
    perror("fopen");
    return 1;
  }
  fprintf(pf,"%s %d %.1f", s.name,s.age,s.f);
  fclose(pf);
  pf = NULL;
  return 0;
}

fread:

二进制输入函数，对二进制函数进行解读，并接收。

const void * ptr:要进行输入操作的数据指针。

size_t size：输入数据的元素大小。

size_t count：输入数据元素的个数。

size_t count：要输入的文件的指针。

#include <stdio.h>
struct S
{
  char name[20];
  int age;
  float f;
};
int main()
{
  struct S s = {0 };
  FILE* pf = fopen("data.txt", "r");
  if (pf == NULL)
  {
    perror("fopen");
    return 1;
  }
  fread(&s, sizeof(struct S), 1, pf);
  fclose(pf);
  pf = NULL;
  return 0;
}

fwrite:

二进制输出函数，将数据以二进制的形式进行输出。

const void * ptr:要进行输出操作的数据指针。

size_t size：输出数据的元素大小。

size_t count：输出数据元素的个数。

size_t count：要输出的文件的指针。

#include <stdio.h>
struct S
{
  char name[20];
  int age;
  float f;
};
int main()
{
  struct S s = { "zhangsan",20,90.5f };
  FILE* pf = fopen("data.txt", "w");
  if (pf == NULL)
  {
    perror("fopen");
    return 1;
  }
  fwrite(&s, sizeof(struct S), 1, pf);
  fclose(pf);
  pf = NULL;
  return 0;
}

文件的随机读写

上面的函数将的的是顺序读写，按照从前往后的顺序进行输入和输出，实际上是光标的移动，每输入和输出一个字符，光标就会向后面移动一位。

随机读写函数就是对光标位置的呈现或者是对光标位置的改变。

随机读写函数：fseek、ftell、rewind。

fseek:

将光标移动位置。

FILE * stream:指定文件的文件指针。

long int offset：光标的偏移量，正数代表着光标往右边移动，负数代表着光标向左边移动。

int origin ：光标偏移前的起始位置。

origin分为3种：

#include <stdio.h>
int main()
{
  FILE* pf = fopen("data.txt", "r");
  if (pf == NULL)
  {
    perror("fopen");
    return 1;
  }
  char ch = 0;
  ch = fgetc(pf);
  printf("%c\n", ch);//a
  fseek(pf, 1, SEEK_CUR);
  ch = fgetc(pf);
  printf("%c\n", ch);//c
  fclose(pf);
  pf = NULL;
  return 0;
}

这是文本文件中的数据，按照顺序，会先打印a，在打印b，通过fseek，改变光标的位置，

结果就变成a和c。

ftell:

呈现当前位置光标相对于文章开头的偏移量。通过返回值来呈现。

FILE * stream:指定文件的文件指针。

还是刚才的文件内容和代码，我们最后看一下光标所在的位置的偏移量是3。通过两次的fgetc,第一次接收’a',光标移动一位，fseek将光标再次向后移动一位，最后fgetc接收‘c',光标再向后移动一位。

所有当前的光标偏移量为3。

#include <stdio.h>
int main()
{
  FILE* pf = fopen("data.txt", "r");
  if (pf == NULL)
  {
    perror("fopen");
    return 1;
  }
  char ch = 0;
  ch = fgetc(pf);
  printf("%c\n", ch);//a
  fseek(pf, 1, SEEK_CUR);
  ch = fgetc(pf);
  printf("%c\n", ch);//c
  int n = ftell(pf);
  printf("%d", n);
  fclose(pf);
  pf = NULL;
  return 0;
}

rewind:

将光标移到开头的位置。

FILE * stream：指定文件的文件指针。

还是原来的文件数据，通过中间的rewind，将光标的位置移动到文章开头，所以两次fgetc接收的结果都是'a'。

#inlcude <stdio.h>
int main()
{
  FILE* pf = fopen("data.txt", "r");
  if (pf == NULL)
  {
    perror("fopen");
    return 1;
  }
  char ch = 0;
  ch = fgetc(pf);
  printf("%c\n", ch);//a
  rewind(pf);
  ch = fgetc(pf);
  printf("%c\n", ch);//a
  fclose(pf);
  pf = NULL;
  return 0;
}

文件读取结束原因判定函数

feof：

用来判断文章读取结束是不是因为到了文章的末尾。如果是读取完成，就会返回非零。如果读取没有完成，就会返回0。

ferror:

用来判断文章读取结束是不是因为读取错误。如果是读取错误就会返回非零，如果不是读取错误就会返回0。

文件缓冲区

文件缓冲区就是在内存中开辟的一块空间，在文件传输的过程中，将运输的数据存到里面，等到达一定的量再一起传输。为的就是减少操作系统的操作次数，达到提高效率的效果。

我们的顺序读写函数，比如说fputc,函数的读取并不是在运行完这个函数直接读取的，而是将读取到的数据放在文件缓冲区中。

有3种情况使得系统真正将数据进行运输：

1.文件缓冲区的内存已满。

2.通过fflush函数刷新文件缓冲区。

3.fclose关闭文件，文件的传输到此结束。