C語言學習筆記——文件

目錄

  • 1 文件的概念
  • 2 程序文件和數據文件
  • 3 二進制文件和文本文件
  • 4 流
    • 4.1 流的概念
    • 4.2 標準流
  • 5 文件信息區和文件指針
  • 6 處理文件的庫函數
    • 6.1 fopen
    • 6.2 fclose
    • 6.3 fgetc
    • 6.4 fputc
    • 6.5 fgets
    • 6.6 fputs
    • 6.7 fscanf
    • 6.8 fprintf
    • 6.9 fread
    • 6.10 fwrite
    • 6.11 fseek
    • 6.12 ftell
    • 6.13 rewind
    • 6.14 feof 和 ferror
  • 7 文件緩沖區

1 文件的概念

在磁盤中，用于保存數據的工具就是文件
比如，下圖的 test.txt 就是一個文件，保存了 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 這樣的數據
在這里插入圖片描述
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2 程序文件和數據文件

從程序設計的角度上來說，文件主要分為程序文件和數據文件
程序文件：用于保存程序代碼的文件，比如.c后綴的源文件，.h后綴的頭文件
數據文件：用于保存其它數據的文件，比如上文提到的 test.txt 文件

3 二進制文件和文本文件

在C語言編程中，對文件進行操作時，主要有二進制文件和文本文件兩個對象，它們都屬于數據文件
文本文件：數據在保存到文件時，會先將該數據按字節為單位轉換為字符，再以ASCII碼的形式保存
二進制文件：數據在保存到文件時，會直接以二進制序列的形式保存

舉例：1000在文本文件和二進制文件中的不同保存形式

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4 流

4.1 流的概念

由于計算機在運行時，會與各種各樣的外部設備交流，所以這會使得程序員需要掌握這些設備的輸入輸出方式，對程序員的要求大大提高，為避免這種現象的發生，提出了流的概念，流向程序員提供了一種便捷的輸入輸出方式，程序員只需要通過流，就可以直接與外部設備進行交互，不需要關心具體輸入輸出的細節

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4.2 標準流

標準流主要有3個，分別是 stdin，stdout，stderr
stdin：標準輸入流，用來從鍵盤上讀取數據，scanf 所使用的流就是它
stdout：標準輸出流，用來向屏幕輸出數據，printf 所使用的流就是它
stderr：標準錯誤流，用來在屏幕上顯示錯誤信息
C語言的程序啟動時，默認就開啟了這三個流

5 文件信息區和文件指針

打開文件時，會在內存中生成一個文件信息區，文件信息區本質是一個結構體（名為FILE），保存了文件的各種信息
用戶可以通過指向文件信息區的文件指針來訪問對應的文件，文件指針的類型為FILE*
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6 處理文件的庫函數

6.1 fopen

fopen 的函數聲明如下：

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

功能
打開一個文件

參數
filename 指要打開的文件的名稱
mode 指文件的打開方式

返回值
若文件打開成功，則會返回指向該文件文件信息區的文件指針
若文件打開失敗，則會返回空指針

文件的打開方式

值功能文件不存在時
“r”指定本次打開要進行 讀文件 操作，對象為文本文件出錯
“w”指定本次打開要進行 寫文件 操作并清空文件數據，對象為文本文件創建新文件
“a”在文件末尾添加新內容，對象為文本文件創建新文件
“rb”指定本次打開要進行 讀文件 操作，對象為二進制文件出錯
“wb”指定本次打開要進行 讀文件 操作，對象為二進制文件創建新文件
“ab”在文件末尾添加新內容，對象為二進制文件創建新文件
“r+”指定本次打開要進行 讀文件和寫文件 操作，對象為文本文件出錯
“w+”指定本次打開要進行 讀文件和寫文件 操作，對象為文本文件創建新文件
“a+”在文件末尾添加新內容，對象為文本文件創建新文件
“rb+”指定本次打開要進行 讀文件和寫文件 操作，對象為二進制文件出錯
“wb+”指定本次打開要進行 讀文件和寫文件 操作，對象為二進制文件創建新文件
“ab+”在文件末尾添加新內容，對象為二進制文件創建新文件

舉例：以讀的形式，打開一個名為 “test.txt” 的文本文件

#include <stdio.h>
int main()
{FILE* pf = fopen("test.txt", "r"); //以讀的方式打開文件if (pf == NULL) //防止使用空指針assert(pf);fclose(pf); //關閉文件pf = NULL;return 0;
}

6.2 fclose

int fclose ( FILE * stream );

功能
用于關閉打開的文件

參數
stream 為指向要關閉文件的文件指針

6.3 fgetc

int fgetc ( FILE * stream );

功能
用來從文件中獲取一個字符

參數
stream 為指向要讀取文件的文件指針

返回值
若讀取成功，返回讀取到的字符
若讀取失敗或者遇到文件末尾，返回EOF

舉例：從文件中讀取一個字符并輸出

#include <stdio.h>
#include <assert.h>
int main()
{FILE* pf = fopen("test.txt", "r");if (pf == NULL)assert(pf);printf("%c", (char)fgetc(pf));fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

6.4 fputc

int fputc ( int character, FILE * stream );

功能
用來向文件中寫入字符

參數
character 為要寫入的字符
stream 為指向要操作的文件的文件指針

返回值
若操作成功，則返回寫入的字符
若操作失敗，則返回EOF

舉例：寫一個字符到文件內

#include <stdio.h>
#include <assert.h>
int main()
{FILE* pf = fopen("test.txt", "w");if (pf == NULL)assert(pf);fputc('a', pf);fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

6.5 fgets

char * fgets ( char * str, int num, FILE * stream );

功能
用來從文件中讀出 num-1 個字符，放入 str 指向的字符串內，最后自動補 ‘\0’

參數
str 為指向存放字符的字符串的指針
num 為要讀的字符數量，實際讀取數量為 num-1
stream 為指向要讀的文件的文件指針

返回值
若操作成功，則返回存放讀取字符的字符串首地址
若操作失敗，則返回空指針

舉例：讀取文件中的 4 個字符到字符串內

#include <stdio.h>
#include <assert.h>
int main()
{FILE* pf = fopen("test.txt", "r");if (pf == NULL)assert(pf);char str[5] = " ";fgets(str, 5, pf);fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

6.6 fputs

int fputs ( const char * str, FILE * stream );

功能
將字符串的內容寫到文件中

參數
str 為指向字符串的指針
stream 為指向要寫的文件的指針

返回值
操作成功時，返回非負值
操作失敗時，返回EOF

舉例：讀取一個字符串到文件內

#include <stdio.h>
#include <assert.h>
int main()
{FILE* pf = fopen("test.txt", "w");if (pf == NULL)assert(pf);char str[20] = "hello world";fputs(str, pf);fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

6.7 fscanf

int fscanf ( FILE * stream, const char * format, parameterList );

功能
根據給出的格式，從文件中讀取內容到后方的變量中

參數
stream 為指向要讀的文件的文件指針
format 為需要用戶指定的格式，比如%d，%s等
paramterList 為要存放數據的變量，可以有1個或多個

返回值
返回成功讀取的數據的量
如果在讀取的中途出錯或遇到文件尾，會設置 ferror 或 feof 指示器
如果一個數據都沒有讀取成功，返回EOF

舉例：讀取文件中的數據到變量中

#include <stdio.h>
#include <assert.h>
int main()
{FILE* pf = fopen("test.txt", "w");if (pf == NULL)assert(pf);char str[20] = " ";fscanf(pf, "%s", str);fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

6.8 fprintf

int fprintf ( FILE * stream, const char * format, parameterList);

功能
根據給出的格式，將對應變量中的值寫入文件中

參數
stream 為指向要寫的文件的指針
format 為需要用戶指定的格式，比如%d，%s等
paramterList 為要讀取的變量，可以有1個或多個

返回值
操作成功，則返回成功寫入的字符的數量
操作失敗，返回負數

舉例：寫入數據到文件中

#include <stdio.h>
#include <assert.h>
int main()
{FILE* pf = fopen("test.txt", "w");if (pf == NULL)assert(pf);char str[20] = "hello world";printf("%d", fprintf(pf, "%s", str));fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

6.9 fread

size_t fread ( void * ptr, size_t size, size_t count, FILE * stream );

功能
從文件中讀取 count 個 size 大小的數據到 ptr 指向的空間內，但是是以二進制的形式進行讀取

參數
ptr 為指向最終存放數據的空間的指針
size 是讀取的每個元素的大小，單位為字節
count 是讀取的元素個數
stream 是指向要讀取的文件的文件指針

返回值
返回成功讀取的元素的個數

舉例：從文件中讀取5個4字節的數據至數組中

#include <stdio.h>
#include <assert.h>
int main()
{FILE* pf = fopen("test.txt", "rb");if (pf == NULL)assert(pf);int arr[5] = { 0 };fread(arr, sizeof(int), 5, pf);fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

6.10 fwrite

size_t fwrite ( const void * ptr, size_t size, size_t count, FILE * stream );

功能
從 ptr 指向的空間內讀取 count 個 size 大小的數據并以二進制的形式寫到文件內，

參數
ptr 為指向要讀取的空間的指針
size 每個元素的大小
count 為元素的個數
stream 為指向要寫入數據的文件的指針

返回值
返回成功寫入的元素的個數

舉例：向文件中寫入5個4字節的數據

#include <stdio.h>
#include <assert.h>
int main()
{FILE* pf = fopen("test.txt", "wb");if (pf == NULL)assert(pf);int arr[5] = { 1,2,3,4,5 };fwrite(arr, sizeof(int), 5, pf);fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

6.11 fseek

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

功能
通過文件指針的位置，偏移量來移動文件指針

參數
stream 是指向文件的文件指針
offset 是偏移量，用來計算新的文件指針位置
origin 是文件指針的位置，有以下三個取值

取值含義
SEEK_SET文件的起始位置
SEEK_CUR當前文件指針的位置
SEEK_END文件的末尾

返回值
操作成功，返回0
操作失敗，返回非0

舉例：讀取下面這個文件的d字符
在這里插入圖片描述

#include <stdio.h>
#include <assert.h>
int main()
{FILE* pf = fopen("test.txt", "r");if (pf == NULL)assert(pf);fseek(pf, 3, SEEK_CUR);printf("%c", fgetc(pf));fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

圖解：
在這里插入圖片描述
注意事項
若 origin 取值為 SEEK_END ，則偏移量需要給入負數，才能讀取前面的值

6.12 ftell

long int ftell ( FILE * stream );

功能
返回當前文件指針相對于起始位置的偏移量

參數
stream 為指向文件的文件指針

返回值
成功返回當前文件指針的位置
錯誤返回 -1L

舉例：計算下面文件的文件尾相對于起始位置的偏移量
在這里插入圖片描述

#include <stdio.h>
#include <assert.h>
int main()
{FILE* pf = fopen("test.txt", "r");if (pf == NULL)assert(pf);while (fgetc(pf) != EOF); //使文件指針遍歷到結尾printf("%d", ftell(pf));fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

圖解：
在這里插入圖片描述

6.13 rewind

void rewind ( FILE * stream );

功能
將文件指針重置到文件的開始位置

參數
stream 為指向文件的文件指針

返回值
無

舉例：輸出兩次下列文件的內容
在這里插入圖片描述

#include <stdio.h>
#include <assert.h>
int main()
{FILE* pf = fopen("test.txt", "r");if (pf == NULL)assert(pf);char ch = 0;while ((ch = fgetc(pf)) != EOF){printf("%c ", ch);}printf("\n", ch);rewind(pf); //重置文件指針的位置while ((ch = fgetc(pf)) != EOF){printf("%c ", ch);}fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

6.14 feof 和 ferror

int feof ( FILE * stream );

功能
判斷文件的讀取是否因為遇到了文件尾而結束

參數
stream 為指向文件的文件指針

返回值
是遇到了文件尾而結束，則返回非0
不是則返回0

int ferror ( FILE * stream );

功能
判斷文件的讀取是否因為遇到了錯誤而結束

參數
stream 為指向文件的文件指針

返回值
是遇到了錯誤而結束則返回非0
不是則返回0

我們可以通過使用 feof 和 ferror 來讓文件的讀取更加安全

#include <stdio.h>
#include <assert.h>
int main()
{FILE* pf = fopen("test.txt", "r");if (pf == NULL)assert(pf);char ch = 0;while ((ch = fgetc(pf)) != EOF){printf("%c ", ch);}if (feof(pf)){printf("遇到文件尾結束");}else if (ferror(pf)){perror("fault");}fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

7 文件緩沖區

計算機在從文件內讀取數據或向文件內寫入數據時，會先將數據存入輸入/輸出緩沖區，待輸入/輸出緩沖區被填滿時，才會將數據讀入計算機或輸入到文件內，如果沒有緩沖區的話，那么就會出現輸入/輸出一次數據，操作系統就要介入進行處理的情況，操作系統不斷被打斷，無法服務于其它的進程，會使得操作系統的效率降低
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