在C語言編程中，文件操作是實現數據持久化存儲的關鍵技術。無論是保存用戶數據、配置信息還是處理大量數據，都離不開文件操作。本文將詳細講解C語言文件操作的方方面面，從基本概念到實際應用，幫助你全面掌握這一重要技能。

一、為什么需要文件操作？

在程序運行過程中，我們處理的數據通常存儲在內存中。然而，內存具有臨時性的特點——當程序退出或計算機斷電時，內存中的數據會全部丟失。如果我們希望數據能夠長期保存，以便下次運行程序時繼續使用，就必須使用文件將數據存儲到磁盤等外部存儲設備中。

簡單來說，文件操作讓程序的數據擁有了"記憶"能力，是實現數據持久化的核心手段。

二、認識文件：不止是磁盤上的存儲

在C語言中，我們通常從功能角度將文件分為兩類：

2.1 程序文件

程序文件是用于構成程序本身的文件，包括：

• 源程序文件（.c后綴）
• 目標文件（Windows環境下為.obj后綴）
• 可執行程序（Windows環境下為.exe后綴）

2.2 數據文件

數據文件是程序運行時讀寫的數據載體，比如：

• 程序需要讀取的配置文件
• 程序輸出的日志文件
• 存儲用戶信息的數據庫文件

本文重點討論的是數據文件的操作。

2.3 文件名的構成

一個完整的文件名包含三個部分：

• 文件路徑：指示文件在磁盤中的位置
• 文件名主干：文件的核心標識
• 文件后綴：指示文件類型

例如：c:\code\test.txt中，c:\code\是路徑，test是文件名主干，.txt是后綴。

三、文本文件與二進制文件：數據的兩種形態

根據數據的存儲形式，數據文件可分為文本文件和二進制文件，它們的區別如下：

3.1 存儲方式差異

• 二進制文件：數據在內存中以二進制形式存儲，不加轉換直接輸出到外存
• 文本文件：數據在存儲前被轉換為ASCII碼形式，以字符形式存儲

3.2 實例對比：整數10000的存儲

以整數10000為例：

• 文本文件存儲：占用5個字節（每個字符一個字節），存儲內容是’1’,‘0’,‘0’,‘0’,'0’的ASCII碼
• 二進制文件存儲：在VS2019環境下僅占用4個字節，直接存儲其二進制形式00000000 00000000 00100111 00010000

3.3 二進制文件操作示例

#include <stdio.h>
int main()
{int a = 10000;FILE* pf = fopen("test.txt", "wb");  // 以二進制寫入模式打開文件fwrite(&a, 4, 1, pf);  // 將a以二進制形式寫入文件fclose(pf);pf = NULL;return 0;
}

在VS中查看二進制文件時，需要使用二進制編輯器，10000會顯示為10270000。

四、文件的打開與關閉：操作的開始與結束

4.1 流的概念

C語言通過"流"（stream）來操作各種外部設備（包括文件）。流可以想象成"流淌著字符的河"，程序通過流與外部設備進行數據交換。

C程序啟動時會默認打開3個標準流：

• stdin：標準輸入流（通常對應鍵盤）
• stdout：標準輸出流（通常對應顯示器）
• stderr：標準錯誤流（通常對應顯示器）

這就是為什么我們可以直接使用scanf和printf函數進行輸入輸出，而無需手動打開流。

4.2 文件指針

緩沖文件系統中，通過文件指針（FILE*類型）來管理文件。每個被打開的文件在內存中都有一個對應的文件信息區（結構體），存儲文件名、狀態、當前位置等信息，文件指針就指向這個結構體。

定義文件指針的方式：

FILE* pf;  // 聲明一個文件指針變量

4.3 打開與關閉函數

• 打開文件：使用fopen函數

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

• 關閉文件：使用fclose函數

  int fclose ( FILE * stream );
  

4.4 文件打開模式

文件打開模式決定了對文件的操作權限，常見模式如下：

文件使用方式	含義	如果指定文件不存在
“r”（只讀）	打開文本文件用于輸入	出錯
“w”（只寫）	打開文本文件用于輸出	創建新文件
“a”（追加）	向文本文件末尾添加數據	創建新文件
“rb”（只讀）	打開二進制文件用于輸入	出錯
“wb”（只寫）	打開二進制文件用于輸出	創建新文件
“ab”（追加）	向二進制文件末尾添加數據	創建新文件
“r+”（讀寫）	打開文本文件用于讀寫	出錯
“w+”（讀寫）	創建文本文件用于讀寫	創建新文件
“a+”（讀寫）	打開文本文件用于讀寫，從末尾開始	創建新文件

4.5 示例代碼

#include <stdio.h>
int main ()
{FILE * pFile;// 打開文件pFile = fopen ("myfile.txt","w");// 文件操作if (pFile!=NULL){fputs ("fopen example",pFile);// 關閉文件fclose (pFile);}return 0;
}

五、文件的順序讀寫：按部就班的數據處理

順序讀寫是指從文件的開頭到結尾依次進行讀寫操作，C語言提供了一系列函數實現這一功能：

5.1 常用順序讀寫函數

函數名	功能	適用于
fgetc	字符輸入函數	所有輸入流
fputc	字符輸出函數	所有輸出流
fgets	文本行輸入函數	所有輸入流
fputs	文本行輸出函數	所有輸出流
fscanf	格式化輸入函數	所有輸入流
fprintf	格式化輸出函數	所有輸出流
fread	二進制輸入	文件
fwrite	二進制輸出	文件

5.2 函數對比

• 輸入函數家族：

  • scanf：從標準輸入流讀取格式化數據
  • fscanf：從指定輸入流讀取格式化數據
  • sscanf：從字符串讀取格式化數據

• 輸出函數家族：

  • printf：向標準輸出流輸出格式化數據
  • fprintf：向指定輸出流輸出格式化數據
  • sprintf：將格式化數據輸出到字符串

六、文件的隨機讀寫：自由定位數據位置

隨機讀寫允許程序直接定位到文件的任意位置進行操作，主要通過以下函數實現：

6.1 fseek函數：定位文件指針

根據文件指針的當前位置和偏移量來定位指針：

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

參數origin可以是：

• SEEK_SET：從文件開頭開始計算
• SEEK_CUR：從當前位置開始計算
• SEEK_END：從文件末尾開始計算

示例：

#include <stdio.h>
int main ()
{FILE * pFile;pFile = fopen ( "example.txt" , "wb" );fputs ( "This is an apple." , pFile );fseek ( pFile , 9 , SEEK_SET );  // 定位到第10個字符位置fputs ( " sam" , pFile );  // 從該位置開始寫入fclose ( pFile );return 0;
}
// 最終文件內容為："This is a sample."

6.2 ftell函數：獲取當前位置偏移量

返回文件指針相對于文件起始位置的偏移量：

long int ftell ( FILE * stream );

示例：計算文件大小

#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);  // 定位到文件末尾size=ftell (pFile);  // 獲取偏移量，即文件大小fclose (pFile);printf ("Size of myfile.txt: %ld bytes.\n",size);}return 0;
}

6.3 rewind函數：重置文件指針

將文件指針重新定位到文件開頭：

void rewind ( FILE * stream );

示例：

#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);  // 回到文件開頭fread (buffer,1,26,pFile);fclose (pFile);buffer[26]='\0';printf(buffer);  // 輸出ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZreturn 0;
}

七、文件讀取結束的判定：正確識別結束條件

很多初學者會錯誤地使用feof函數來判斷文件是否結束，這是需要避免的。

7.1 feof函數的正確用法

feof函數的作用是：當文件讀取結束時，判斷結束的原因是否是"遇到文件尾"。它并不能直接用來判斷文件是否結束。

7.2 正確的判斷方式

1. 文本文件：

   • 使用fgetc時，判斷返回值是否為EOF
   • 使用fgets時，判斷返回值是否為NULL

   示例：

   #include <stdio.h>
   #include <stdlib.h>
   int main(void)
   {int c;  // 注意：必須是int類型，以處理EOFFILE* fp = fopen("test.txt", "r");if(!fp) {perror("File opening failed");return EXIT_FAILURE;}// fgetc讀取失敗或遇到文件結束時返回EOFwhile ((c = fgetc(fp)) != EOF)putchar(c);// 判斷結束原因if (ferror(fp))puts("I/O error when reading");else if (feof(fp))puts("End of file reached successfully");fclose(fp);
   }
   

2. 二進制文件：

   • 使用fread時，判斷返回值是否小于實際要讀取的個數

   示例：

   #include <stdio.h>
   enum { SIZE = 5 };
   int main(void)
   {double a[SIZE] = {1.,2.,3.,4.,5.};FILE *fp = fopen("test.bin", "wb");  // 二進制模式fwrite(a, sizeof *a, SIZE, fp);  // 寫入數組fclose(fp);double b[SIZE];fp = fopen("test.bin","rb");size_t ret_code = fread(b, sizeof *b, SIZE, fp);  // 讀取數組if(ret_code == SIZE) {puts("Array read successfully, contents: ");for(int n = 0; n < SIZE; ++n) printf("%f ", b[n]);putchar('\n');} else {  // 錯誤處理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、文件緩沖區：提升效率的中間層

ANSI C標準采用"緩沖文件系統"，系統會自動為每個正在使用的文件在內存中開辟一塊"文件緩沖區"：

• 輸出數據時：先送到內存緩沖區，緩沖區滿后再一起寫入磁盤
• 輸入數據時：先從磁盤讀取到緩沖區，再從緩沖區送到程序數據區

緩沖區的大小由C編譯系統決定。

8.1 緩沖區演示

#include <stdio.h>
#include <windows.h>  // VS2019 WIN11環境
int main()
{FILE* pf = fopen("test.txt", "w");fputs("abcdef", pf);  // 數據先存入輸出緩沖區printf("睡眠10秒-此時打開test.txt，文件無內容\n");Sleep(10000);printf("刷新緩沖區\n");fflush(pf);  // 手動刷新緩沖區，數據寫入磁盤printf("再睡眠10秒-此時打開test.txt，文件有內容\n");Sleep(10000);fclose(pf);  // 關閉文件時也會刷新緩沖區pf = NULL;return 0;
}

8.2 重要結論

由于緩沖區的存在，操作文件時必須注意：

• 及時刷新緩沖區（使用fflush函數）
• 操作結束后關閉文件（fclose會自動刷新緩沖區）

否則可能導致數據未能正確寫入文件，造成數據丟失或不一致。

總結

文件操作是C語言編程中的重要技能，掌握它可以讓你的程序具備數據持久化能力。本文介紹了文件的基本概念、類型劃分、打開關閉、順序讀寫、隨機讀寫、結束判定以及緩沖區機制等內容。

在實際編程中，要注意以下幾點：

• 始終檢查文件是否成功打開
• 操作完成后及時關閉文件
• 正確判斷文件讀取結束的條件
• 理解并合理利用緩沖區機制