【C语言】文件操作（超详细讲解）

一、什么是文件？

计算机文件，属于文件的一种，与普通文件载体不同，这类文件是以硬盘为载体存储在计算机上的信息集合。
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。

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，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。

此片文章内容是针对于数据文件，此前所了解到的数据的输入输出是以终端为对象的，即从终端的键盘输入数据，运行结果显示到显示器上。但是，数据的输出与输入也是可以在内存与文件之间传递的，这也是这篇文章所讨论的对象，数据的输出为从内存写到文件当中，数据的输入则为从文件读到内存中去。

1.文件名

一个文件要有一个唯一的文件标识，而文件名也正是文件存在的标识，操作系统根据文件名来对其进行控制和管理。文件名的存在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\test.txt

文件路径： c:\code\test\
文件名主干： test
文件后缀： .txt

2.文件类型

根据数据的组织形式，数据文件可分为文本文件或二进制文件。
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，则需要在存储前转换。以ASCII字符的形式存储的文件就是文本文件。

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。

有整数100，如果以ASCII码的形式输出到磁盘，则磁盘中占用3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（数据在内存当中以二进制形式存储）。

3.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输出缓冲区，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中的输入缓冲区，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。当然，也并非时时刻刻都得具备这样的条件才能传入传出数据，若遇到紧急的条件无需等到缓冲区装满就可以直接传送。

#include <stdio.h>
#include <windows.h>
int main()
{
    
    
	FILE* pf = fopen("test.txt", "w");
	fputs("abcdef", pf);//此时只是将数据放到了缓冲区当中
	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了磁盘当中
	printf("再睡眠10秒-此时，再次打开test.txt文件，文件有内容了\n");
	Sleep(10000);
	//fclose在关闭文件的时候也会刷新缓冲区
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

此代码可自行验证，fputs函数执行完后打开test.txt文件，你会发现没有任何数据，当刷新缓冲区后数据就会出现在test,txt文件里。fflush函数就可以认为是一个紧急事件。
注：因为缓冲区的存在。C语言在操作文件的时候，需要做刷新缓冲区或者在文件操作结束时关闭文件。若不做，可能会导致读写文件的问题。

二、文件操作

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;

每当打开一个文件，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，一般都是通过一个FILE的指针来维护这个FILE结构的变量，在这个FILE结构体中第一个变量为文件名，通过文件名就可去维护相应的文件。

创建一个FILE*的指针变量:

FILE* pf;//文件指针变量

pf是一个指向FILE类型数据的指针变量，通过pf指针可以指向某个文件的文件信息区（FILE结构体变量），而文件信息区就包含着 test.txt 文件的具体细节，也可以说是文件信息区的内容是描述该文件的。

2.文件打开与关闭

文件的打开与关闭都有相应的函数，fopen()与fclose()是成对出现的，上文也提到了若刷新缓冲区或者在文件操作结束时未关闭文件，就会导致出现读写文件的问题。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。

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

int fclose ( FILE * stream );

文件的打开方式：

文件打开方式	含义	若指定文件不存在
“r”（只读）	为了输入数据，打开一个已经存在的文本文件	出错
“w”（只写）	为了输出数据，打开一个文本文件	建立一个新的文件
“a”（追加）	向文本文件尾添加数据	出错
“rb”（只读）	为了输入数据，打开一个二进制文件	出错
“wb”（只写）	为了输出数据，打开一个二进制文件	建立一个新的文件
“ab”（追加）	向一个二进制文件尾添加数据	出错
“r+”（读写）	为了读和写，打开一个文本文件	出错
“w+”（读写）	为了读和写，建议一个新的文件	建立一个新的文件
“a+”（读写）	打开一个文件，在文件尾进行读写	建立一个新的文件
“rb+”（读写）	为了读和写打开一个二进制文件	出错
“wb+”（读写）	为了读和写，新建一个新的二进制文件	建立一个新的文件
“ab+”（读写）	打开一个二进制文件，在文件尾进行读和写	建立一个新的文件

文件打开与关闭的实例：

#include <stdio.h>
int main ()
{
    
    
  FILE* pFile = fopen ("test.txt","w");
  if (pFile!=NULL)
 {
    
    
    fputs ("Hello,World!",pFile);
    fclose (pFile);
 }
  return 0;
}

3.文件的顺序读写

功能	函数名	适用于
字符输入函数	fgetc	所有输入流
字符输出函数	fputc	所有输出流
文本行输入函数	fgets	所有输入流
文本行输出函数	fputs	所有输出流
格式化输入函数	fscanf	所有输入流
格式化输出函数	fprintf	所有输出流
二进制输入	fread	文件
二进制输出	fwrite	文件

注：以下程序都是两两对应的

3.1字符输出函数（fputc()）

//将26个英文字母输出到test.txt文件中
#include <stdio.h>
int main()
{
    
    
	FILE* pf = (FILE*)fopen("test.txt", "w");
	if (pf==NULL)
	{
    
    
		perror("fopen");
		return -1;
	}
	for (int i = 0; i < 26; i++)
	{
    
    
		fputc('a'+i, pf);
	}
    fclose(pf);
    pf=NULL;
	return 0;
}

3.2字符输入函数（fgetc()）

//将26个英文字母输入到内存当中并将其打印在屏幕上
#include <stdio.h>
int main()
{
    
    
	FILE* pf = (FILE*)fopen("test.txt", "r");
	if (pf==NULL)
	{
    
    
		perror("fopen");
		return -1;
	}
	char c = 0;
	while ((c = fgetc(pf)) != EOF)
	{
    
    
		printf("%c", c);
	}
	fclose(pf);
    pf=NULL;
	return 0;
}

3.3文本行输出函数（fputs()）

#include <stdio.h>
int main()
{
    
    
	FILE* pf = (FILE*)fopen("test.txt", "w");
	if (pf==NULL)
	{
    
    
		perror("fopen");
		return -1;
	}
	fputs("Hello,World! ", pf);
    fclose(pf);
    pf=NULL;
	return 0;
}

3.4文本行输入函数（fgets()）

#include <stdio.h>
int main()
{
    
    
	FILE* pf = (FILE*)fopen("test.txt", "r");
	if (pf==NULL)
	{
    
    
		perror("fopen");
		return -1;
	}
	char arr[10] = {
    
     0 };
	fgets(arr, 7, pf);
	printf("%s", arr);
	fclose(pf);
	pf=NULL;
	return 0;
}

3.5格式化输出函数（fprintf()）

#include <stdio.h>
int main()
{
    
    
	FILE* pf = (FILE*)fopen("test.txt", "w");
	if (pf==NULL)
	{
    
    
		perror("fopen");
		return -1;
	}
	fprintf(pf, "%s %d", "zhuxu", 115);
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

3.6格式化输入函数（fscanf()）

#include <stdio.h>
int main()
{
    
    
	FILE* pf = (FILE*)fopen("test.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
    
    
		perror("fopen");
		return -1;
	}
	char str[10] = {
    
     0 };
	int n = 0;
	fscanf(pf, "%s", str);
	fscanf(pf, "%d", &n);
	printf("%d\n", n);
	printf("%s\n",str);
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

3.7二进制输出（fwrite()）

函数参数：

ptr 指向内存块的指针，最小空间大小为(size*count)字节。
size 要读取的每个元素的大小(以字节为单位)。
count 元素数量，每个元素的大小为size字节。
stream 指向指定输入流的FILE对象的指针。

#include <stdio.h>
int main()
{
    
    
	char buffer[] = {
    
     'x', 'y', 'z' };
	FILE* pf = fopen("test.txt", "wb");
	if (pf == NULL)
	{
    
    
		perror("fopen");
		return -1;
	}
	fwrite(buffer,1,3,pf);
	fclose(pf);
	return 0;
}

3.8二进制输入（fread()）

#include <stdio.h>
int main()
{
    
    
	char buffer[5] = {
    
     0 };
	FILE* pf = fopen("test.txt", "rb");
	if (pf == NULL)
	{
    
    
		perror("fopen");
		return -1;
	}
	fread(buffer, 1, 3, pf);
	printf("%c ", buffer[0]);
	printf("%c ", buffer[1]);
	printf("%c ", buffer[2]);
	return 0;
}

4.文件的随机读写

4.1 fseek函数

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 );

#include <stdio.h>
int main ()
{
    
    
	FILE* pf = fopen ("test.txt","w");
  	fputs ( "This is an apple." , pf );
  	fseek ( pf , 9 , SEEK_SET );
  	fputs ( " sam" , pf );
 	fclose ( pf );
  	return 0;
}
// This is a sample.

int main()
{
    
    
	FILE* pf = fopen ("test.txt","w");
	fputs("This is an apple.", pf);
	fseek(pf, -8, SEEK_END);
	fputs(" sam", pf);
	fclose(pf);
	return 0;
}

4.2 ftell函数

返回文件指针相对于起始位置的偏移量

long int ftell ( FILE * stream );

//计算test.txt文件里的数据长度
#include <stdio.h>

int main ()
{
    
    
  	long size;
    FILE *pf = fopen ("test.txt","r");
  	if (pf == NULL)
	{
    
    
		perror("fopen");
		return -1;
	}
    else
    {
    
    
    	fseek (pFile, 0, SEEK_END);   // non-portable
   	 	size=ftell (pFile);
   	 	fclose (pFile);
    	printf ("Size of myfile.txt: %ld bytes.\n",size);
 	}
 	return 0;
}

4.3 rewind函数

让文件指针的位置回到文件的起始位置

void rewind ( FILE * stream );

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

4.文件结束判定

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）

fgetc判断是否为EOF.
fgets判断返回值是否为NULL.

注： 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。

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。

fread判断返回值是否小于实际要读的个数。

文本文件正确判定

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
    
    
    int c; // 注意：int，非char，要求处理EOF
    FILE* fp = fopen("test.txt", "r");
  	if (pf == NULL)
	{
    
    
		perror("fopen");
		return -1;
	}
 //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);
    fp = NULL;
    return 0;
}

二进制文件正确判定

#inlcude <stdio.h>
int main(void)
{
    
    
    double a[5] = {
    
    1.0,2.0,3.0,4.0,5.0};
    double b = 0.0;
    size_t ret_code = 0;
    FILE *fp = fopen("test.txt", "wb"); // 必须用二进制模式
    fwrite(a, sizeof(*a), 5, fp); // 将 a 数的元素写到test.txt文件中
    fclose(fp); 
    fp = fopen("test.txt","rb");
    // 将 a 数组的元素读到变量 b 中，返回值为读取数据的个数
    while((ret_code = fread(&b, sizeof(double), 1, fp))>=1)
   	{
    
    
        printf("%lf\n",b);
   	}
    if (feof(fp))
        printf("Error reading test.bin: unexpected end of file\n");
    else if (ferror(fp)) {
    
    
        perror("Error reading test.bin");
   	}
    fclose(fp);
    fp = NULL;
    return 0;
}