正文

一、为什么使⽤⽂件？

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。

 二、什么是⽂件？

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（从⽂件功能的⻆度来分类的）。

 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、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。 

本章讨论的是数据⽂件。

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。

 3、⽂件名

⼀个⽂件要有⼀个唯⼀的⽂件标识，以便⽤⼾识别和引⽤。

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

为了⽅便起⻅，⽂件标识常被称为⽂件名。

三、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和⼆进制⽂件。

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。

测试代码：

#include <stdio.h>
int main()
{
	int a = 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：

 四、⽂件的打开和关闭

1、 流和标准流

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。

 （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。

 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。

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：

 

 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：

 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;

}

五、⽂件的顺序读写

1、顺序读写函数介绍

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）。

 2、对⽐⼀组函数：

scanf/fscanf/sscanf

printf/fprintf/sprintf

六、⽂件的随机读写

1、fseek

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

/* 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;
}

long int ftell ( FILE * stream );

/* 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;
}

void rewind ( FILE * stream );

/* 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;
}

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);
}

八、⽂件缓冲区

ANSIC 标准采⽤“缓冲⽂件系统” 处理数据⽂件的，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。

#include <stdio.h>
#include <windows.h>
//VS2022 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");
	Sleep(10000);
	fclose(pf);
	//注：fclose在关闭⽂件的时候，也会刷新缓冲区
	pf = NULL;
	return 0;
}

这⾥可以得出⼀个结论：

因为有缓冲区的存在，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的时候关闭⽂件。

如果不做，可能导致读写⽂件的问题。

 九、总结

1. 使用文件可以将数据永久地存储在计算机的磁盘上，可以用于保存程序的配置文件、保存用户输入的数据、存储大量的数据等。

2. 文件是计算机上存储数据的一种方式，它可以包含文本、图片、音频、视频等各种类型的数据。

3. 二进制文件是存储在计算机上的以二进制形式表示的文件，可以包含任意类型的数据。文本文件是以纯文本形式存储的文件，其中只包含可打印的字符。

4. 在C语言中，可以使用fopen函数打开文件，该函数返回一个指向文件的指针。使用fclose函数关闭文件。

5. 顺序读写文件是按照文件中数据的顺序依次读取或写入数据。

6. 随机读写文件是根据需要读取或写入文件中的任意位置的数据，可以使用fseek函数或rewind函数来设置文件指针的位置。

7. 可以使用feof函数判断文件是否已经读取到文件末尾。

8. 文件缓冲区是用来暂存文件数据的内存区域，可以使用fflush函数刷新缓冲区，或者使用setvbuf函数设置缓冲区的属性。

总结：C语言提供了丰富的文件操作函数，可以方便地进行文件的读写操作。需要注意的是，在操作文件时要确保文件已经成功打开和关闭，以及对文件指针的操作要正确。同时，使用缓冲区可以提高文件操作的效率。