C语言进阶(36) | 文件操作详解 | 程序文件

我们前面学习结构体时，写了通讯录的程序，当通讯录运行起来的时候，可以给通讯录中增加、删除数据，此时数据是存放在内存中，当程序退出的时候，通讯录中的数据自然就不存在了，等下次运行通讯录程序的时候，数据又得重新录入，如果使用这样的通讯录就很难受。
我们在想既然是通讯录就应该把信息记录下来，只有我们自己选择删除数据的时候，数据才不复存在。这就涉及到了数据持久化的问题，我们一般数据持久化的方法有，把数据存放在磁盘文件、存放到数据库等方式。
使用文件我们可以将数据直接存放在电脑的硬盘上，做到了数据的持久化。

2.什么是文件

磁盘上的文件是文件。
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

包括源程序文件 (后缀为.c)，目标文件 (windows环境后缀为.obi)，可执行程序 (window;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或者输出内容的文件。

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.文件的打开和关闭

3.1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。该结构体类型是有系统声明的，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找到与它关联的文件。
举例：

3.2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。
ANSIC规定使用fopen函数来打开文件，fclose来关闭文件。
打开方式如下：

//打开文件
FILE* fopen(const char* filename,const char* mode);
//关闭文件
int fclose(FILE* stream);

int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.dat","w"); //以读的方式打开文件
	if(pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//写文件

	fclose(pf);   //关闭文件
	pf = NULL;
	return 0;
}

4.文件的顺序读写

C语言程序，只要运行起来，就默认打开了3个流

stdin - 标准输入流 - 键盘

stdout - 标准输出流 - 屏幕

stderr - 标准输出流 - 屏幕

举例 fgetc：字符输入

int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.dat","r"); //以读的方式打开文件
	if(pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//读文件
	int ret = fgetc(pf);
	printf("%c\n",ret);

	fclose(pf);   //关闭文件
	pf = NULL;
	return 0;
}

举例 fputc：字符输出

int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.dat","w"); //以读的方式打开文件
	if(pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//写文件
	fputc('b',pf);
	fputc('i',pf);
	fputc('t',pf);

	fclose(pf);   //关闭文件
	pf = NULL;
	return 0;
}

举例 fputs：输入字符串

int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.dat","w");
	if(pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}

	//写入字符串
	fputs("abcdef\n",pf);
	fputs("abcdef",pf);

	//关闭
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

举例 fgets：读取字符串
char *fgets( char *string, int n, FILE *stream );

int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.dat","r");
	if(pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}

	//读取字符串
	char arr[20] = {0};
	fgets(arr,4,pf);
	printf("%s\n",arr);
	fgets(arr,4,pf);
	printf("%s\n",arr);

	//关闭
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

举例 fprintf：格式化输出

struct S
{
	char arr[10];
	int num;
	float sc;
};
int main()
{
	struct S s = {"abcdef",10,5.5f};
	//对格式化的数据进行写文件
	FILE* pf = fopen("test.dat","w");
	if(pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	
	//写文件
	fprintf(pf,"%s %d %f",s.arr,s.num,s.sc);

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

举例 fscanf：格式化输入

struct S
{
	char arr[10];
	int num;
	float sc;
};
int main()
{
	struct S s = { 0 };
	//对格式化的数据进行读文件
	FILE* pf = fopen("test.dat","r");
	if(pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	
	//读文件
	fscanf(pf,"%s %d %f",s.arr,&(s.num),&(s.sc));

	//打印
	printf("%s %d %f",s.arr,s.num,s.sc);

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

举例 fwrite：以二进制的方式写

struct S
{
	char arr[10];
	int num;
	float sc;
};
int main()
{
	struct S s = {"abcdef",10,5.5f};
	//对格式化的数据进行写文件
	FILE* pf = fopen("test.dat","w");
	if(pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	
	//写文件
	fwrite(&s,sizeof(struct S),1,pf);

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

举例 fread：以二进制的方式读

struct S
{
	char arr[10];
	int num;
	float sc;
};
int main()
{
	struct S s = {0};
	//对格式化的数据进行写文件
	FILE* pf = fopen("test.dat","r");
	if(pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	
	//写文件
	fread(&s,sizeof(struct S),1,pf);

	//打印
	printf("%s %d %f",s.arr,s.num,s.sc);

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

5.文件的随机读写

5.1 fseek：根据文件指针的位置和偏移量来定位文件指针。

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

举例：

int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.dat","r");
	if(pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}

	//读取文件
	int ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n",ch);

	//调整文件指针
	fseek(pf,2,SEEK_CUR);

	ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n",ch);

	return 0;
}

5.2 ftell：返回文件指针相对于起始位置的偏移量

举例：

int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.dat","r");
	if(pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}

	//调整文件指针
	fseek(pf,2,SEEK_CUR);

	//查看现在指针的便宜量输出为：2
	int n = ftell(pf);
	printf("%d\n",n);

	return 0;
}

5.3 rewind 让文件指针的位置回到文件的起始位

举例：

int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.dat","r");
	if(pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}

	//调整文件指针
	fseek(pf,2,SEEK_CUR);

	//查看现在指针的便宜量输出为：2
	int n = ftell(pf);
	printf("%d\n",n);

	rewind(pf);//恢复指针到起始位置
	n = ftell(pf);
	printf("%d\n",n);

	return 0;
}

6.文本文件和二进制文件

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，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。以ASCI字符的形式存储的文件就是文本文件。

一个数据在内存中是怎么存储的呢?

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ASCI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 (VS2013测试) 。

测试代码：

int main()
{
	int a = 10000;
	FILE* fp = fopen("test.dat","r");
	if(fp == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}

	//写入
	fwrite(&a,sizeof(int),1,fp);

	//关闭
	fclose(fp);
	fp = NULL;

	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函数的返回值直接用来判断文件的是否结束。
而是应用于当文件读取结束的时候，判断是读取失败结束，还是遇到文件尾结束。

1.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，正常读取的时候，返回的是读取到的字符的ASCII码值。
fgets判断返回值是否为NULL，正常读取的时候，返回存放字符串的空间起始地址。

2.二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。

举例：写代码把test.txt文件拷贝一份，生成test2.txt

int main()
{
	 FILE* pfread = fopen("test.dat","r");
	 if(pfread == NULL)
	 {
		return 1;
	 }
	 FILE * pfwrite = fopen("test2.txt","w");
	 if(pfwrite == NULL)
	 {
		fclose(pfread);
		pfread = NULL;
		return 1;
	 }
	 //文件打开成功
	 //读写文件
	 int ch = 0;
	 while((ch = fgetc(pfread) != EOF))
	 {
		//写文件
		 fputc(ch,pfwrite);
	 }

	 if(feof(pfread))
	 {
		printf("遇到文件结束标准，文件正常结束\n");
	 }
	 else if(ferror(pfread))
	 {
		printf("文件读取失败结束\n");
	 }
	 
	
	 //关闭文件
	 fclose(pfread);
	 pfread = NULL;
	 fclose(pfwrite);
	 pfwrite = NULL;

	return 0;
}

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。