C語言學習之文件操作

? ? ? ? 經過前面的學習，我們已經基本掌握了如何去寫一個C語言的代碼了。但是在實際的項目中，我們不可能不需要文件去操作。因為如果沒有文件，我們寫的程序是存儲在電腦的內存中的。如果程序推出，內存回收數據就隨之丟失了。如果我們要對數據進行永久性的保存，我們就需要使用文件。

? ? ? ? 接下來我們就文件的操作進行學習

什么是文件

? ? ? 程序文件

? ? ? 數據文件???

? ? ? ? 文件名

二進制文件和文本文件

科普：絕對路徑和相對路徑：

1. 絕對路徑

2. 相對路徑

3. 關鍵區別對比

4. 實際編程注意事項

5. 示例場景

文件的打開與關閉

? ? ? ? 流和標準流

? ? ? ? 流

? ? ? ? 標準流

? ? ? ? 文件指針

? ? ? ? 文件的打開與關閉?

? ? ? ? 文件的順序讀寫

對比兩組函數scanf/fscanf/sscanf和printf/fprintf/sprintf

對比表格

1. 功能與數據流方向

3. 安全性問題

2. 參數差異

4. 典型應用場景

5.典型應用場景

文件的隨機讀寫

? ? ? ? fseek函數

? ? ? ? ftell函數

? ? ? ? rewind函數

? ?文件讀取結束的判定

? ? ? ? 錯誤使用的feof? ? ?

? ? ? ? 文件緩沖區

什么是文件

? ? ? ? 文件是磁盤（磁盤）的文件

? ? ? ? 但是在程序設計上，我們一般談及的文件分為兩種：程序文件、數據文件（文件功能角度來區分）。

? ? ? 程序文件

? ? ? ? 程序文件包括程序文件(后綴為.c)，目標文件（Windows環境下后綴為.obj），可執行程序（Windows環境下后綴為.exe）

? ? ? 數據文件???

? ? ? ? 文件內容不一定是程序，而是程序運行時讀寫的數據，如程序運行時需要從中讀取數據的文件，或者輸出內容的文件
????????本篇中討論的是數據?件。

????????在之前的學習中所處理數據的輸?輸出都是以終端為對象的，即從終端的鍵盤輸?數據，運?結果顯?到顯?器上。其實有時候我們會把信息輸出到磁盤上，當需要的時候再從磁盤上把數據讀取到內存中使?，這?處理的就是磁盤上?件。

? ? ? ? 文件名

? ? ? ? 一個文件要有唯一的標識，以便于用戶識別和引用

? ? ? ? 文件名包含三部分：文件路徑+文件名主干+文件后綴

? ? ? ? 如：D:\VS2022\c-language-practice\test.c

? ? ? ? 為了方便起見，文件標識就是文件名

二進制文件和文本文件

????????根據數據的組織形式，數據?件被稱為?本?件和?進制?件。

????????數據在內存中以?進制的形式存儲，如果不加轉換的輸出到外存的?件中，就是?進制?件。

????????如果要求在外存上以ASCII碼的形式存儲，則需要在存儲前轉換。以ASCII字符的形式存儲的?件就是?本?件。

?????????個數據在?件中是怎么存儲的呢？

????????字符?律以ASCII形式存儲，數值型數據既可以?ASCII形式存儲，也可以使??進制形式存儲。如有整數10000，如果以ASCII碼的形式輸出到磁盤，則磁盤中占?5個字節（每個字符?個字節），??進制形式輸出，則在磁盤上只占4個字節。

? ? ? ? 測試代碼：

#include<stdio.h>
int main()
{int a = 100;FILE* fp = fopen("test.txt", "wb");fwrite(&a,4,1,fp);//二進制寫入文件中fclose(fp);fp = NULL;return 0;
}

運行之后是這個樣子，也就是什么都沒有

通過這里打開可以發現

? ? ? ??

生成了一個txt的文本文件

?這個文件在VS內是無法打開的

? ? ? ? 但是我們可以在VS中打開它（雖然實際意義不是很大）

顯示結果為：

科普：絕對路徑和相對路徑：

1. 絕對路徑

定義

從根目錄開始的完整路徑，明確指向文件或目錄的位置。

Windows示例：C:\\Users\\Name\\Documents\\file.txt
Linux/macOS示例：/home/name/Documents/file.txt

特點

FILE* fp = fopen("data/input.csv", "r");  // 當前目錄下的data子目錄
// 或
FILE* fp = fopen("../logs/error.log", "w"); // 上級目錄的logs子目錄

2. 相對路徑

定義

相對于程序當前工作目錄的路徑，不包含根目錄。

示例：
- data/file.txt：當前目錄下的data子目錄中的文件。
- ../config/settings.ini：上級目錄的config子目錄中的文件。

特點

靈活性：路徑隨程序的工作目錄變化而變化。
簡潔性：路徑較短，便于維護。
符號說明：
- .：當前目錄（可省略）。
- ..：上級目錄。

C語言中的使用

FILE* fp = fopen("data/input.csv", "r");  // 當前目錄下的data子目錄
// 或
FILE* fp = fopen("../logs/error.log", "w"); // 上級目錄的logs子目錄

適用場景

項目內部資源文件（如配置文件、數據文件）。
需要跨平臺移植的代碼。

缺點

依賴工作目錄：若程序運行時工作目錄改變，路徑可能失效。
調試困難：路徑錯誤可能導致文件找不到，需檢查當前目錄。

3. 關鍵區別對比

對比項	絕對路徑	相對路徑
路徑起點	根目錄（如?`C:\\`?或?`/`）	程序當前工作目錄
唯一性	唯一確定文件位置	隨工作目錄變化
可移植性	低（依賴系統目錄結構）	高（路徑與項目結構相關）
典型使用場景	系統級文件訪問（如日志、全局配置）	項目內部資源訪問（如數據文件、模塊配置）
路徑長度	長	短
安全性	可能暴露敏感路徑	更安全（隱藏具體系統路徑）

4. 實際編程注意事項

(1) 路徑分隔符

Windows：默認使用反斜杠?\，但在C字符串中需轉義為?\\，或統一使用正斜杠?/（兼容）。
Linux/macOS：使用正斜杠?/。

跨平臺寫法：

// 統一使用正斜杠
FILE* fp = fopen("data/files/image.png", "rb");

(2) 獲取當前工作目錄

C標準庫函數：getcwd（需包含?<unistd.h>?或?<direct.h>）。

#include <unistd.h>
char cwd[256];
getcwd(cwd, sizeof(cwd)); // 獲取當前工作目錄
printf("當前目錄：%s\n", cwd);

(3) 路徑拼接

手動拼接（不推薦）：

char path[256];
snprintf(path, sizeof(path), "%s/%s", base_dir, filename);

使用庫函數（推薦）：
- C17引入的?std::filesystem（C++），但C語言需依賴平臺API（如Windows的?PathCombine）。

(4) 錯誤處理

檢查文件是否成功打開：

FILE* fp = fopen("data.txt", "r");
if (fp == NULL) {perror("文件打開失敗"); // 輸出：文件打開失敗: No such file or directoryreturn 1;
}

5. 示例場景

場景1：讀取項目內的配置文件

相對路徑：config/settings.ini
```
FILE* fp = fopen("config/settings.ini", "r");
```
場景2：寫入系統日志文件

絕對路徑（Linux）：

FILE* fp = fopen("/var/log/myapp/error.log", "a");

總結

絕對路徑：精準但不可移植，適合訪問系統級固定文件。
相對路徑：靈活且可移植，適合項目內部資源管理。
編程建議：優先使用相對路徑，結合環境變量或配置文件動態設置路徑，提升代碼可維護性和跨平臺能力。

文件的打開與關閉

? ? ? ? 流和標準流

? ? ? ? 流

????????我們程序的數據需要輸出到各種外部設備，也需要從外部設備獲取數據，不同的外部設備的輸?輸出操作各不相同，為了?便程序員對各種設備進??便的操作，我們抽象出了流的概念，我們可以把流想象成流淌著字符的河。

????????C程序針對?件、畫?、鍵盤等的數據輸?輸出操作都是通過流操作的。

?????????般情況下，我們要想向流?寫數據，或者從流中讀取數據，都是要打開流，然后操作。

? ? ? ? 標準流

????????那為什么我們從鍵盤輸?數據，向屏幕上輸出數據，并沒有打開流呢？那是因為C語?程序在啟動的時候，默認打開了3個流：

? stdin - 標準輸?流，在?多數的環境中從鍵盤輸?，scanf函數就是從標準輸?流中讀取數據。

? stdout - 標準輸出流，?多數的環境中輸出?顯?器界?，printf函數就是將信息輸出到標準輸出流中。

? stderr - 標準錯誤流，?多數環境中輸出到顯?器界?。

????????這是默認打開了這三個流，我們使?scanf、printf等函數就可以直接進?輸?輸出操作的。stdin、stdout、stderr 三個流的類型是： FILE * ，通常稱為?件指針。

????????C語?中，就是通過 FILE* 的?件指針來維護流的各種操作的。

? ? ? ? 那么什么是文件指針呢，接下來我們來學習以下

? ? ? ? 文件指針

????????緩沖?件系統中，關鍵的概念是“?件類型指針”，簡稱“?件指針”。

????????每個被使?的?件都在內存中開辟了?個相應的?件信息區，?來存放?件的相關信息（如?件的名字，?件狀態及?件當前的位置等）。這些信息是保存在?個結構體變量中的。該結構體類型是由系統聲明的，取名 FILE.

? ? ? ? 不同C編譯器的FILE類型包含的內容不完全相同，但是大同小異

? ? ? ??每當打開?個?件的時候，系統會根據?件的情況?動創建?個FILE結構的變量，并填充其中的信息，使?者不必關?細節。

?????????般都是通過?個FILE的指針來維護這個FILE結構的變量，這樣使?起來更加?便。

????????下?我們可以創建?個FILE*的指針變量

FILE *pf;//文件指針變量

????????定義pf是?個指向FILE類型數據的指針變量。可以使pf指向某個?件的?件信息區（是?個結構體變量）。通過該?件信息區中的信息就能夠訪問該?件。也就是說，通過?件指針變量能夠間接找到與它關聯的?件。

?????????如：

? ? ? ? 文件的打開與關閉?

?????????件在讀寫之前應該先打開?件，在使?結束之后應該關閉?件。

????????在編寫程序的時候，在打開?件的同時，都會返回?個FILE*的指針變量指向該?件，也相當于建?了指針和?件的關系。

????????ANSI C 規定使? fopen 函數來打開?件， fclose函數 來關閉?件。

//打開文件
FILE*fopen(const char *filename,const char*mode);
//關閉文件
FILE*fclose(FILE*stream);

? ? ? ? mode表示文件打開模式，下面的是所有的文件打開模式

文件打開模式	含義	文件不存在時的行為
`"r"`	只讀模式打開文本文件	返回`NULL`，打開失敗
`"rb"`	只讀模式打開二進制文件	返回`NULL`，打開失敗
`"w"`	寫入模式打開文本文件，清空文件內容（若存在）	創建新文件
`"wb"`	寫入模式打開二進制文件，清空文件內容（若存在）	創建新文件
`"a"`	追加模式打開文本文件，寫入從文件末尾開始	創建新文件
`"ab"`	追加模式打開二進制文件，寫入從文件末尾開始	創建新文件
`"r+"`	讀寫模式打開文本文件（文件必須存在）	返回`NULL`，打開失敗
`"rb+"`?/?`"r+b"`	讀寫模式打開二進制文件（文件必須存在）	返回`NULL`，打開失敗
`"w+"`	讀寫模式打開文本文件，清空文件內容（若存在）	創建新文件
`"wb+"`?/?`"w+b"`	讀寫模式打開二進制文件，清空文件內容（若存在）	創建新文件
`"a+"`	讀寫模式打開文本文件，寫入從文件末尾開始，讀取從頭開始	創建新文件
`"ab+"`?/?`"a+b"`	讀寫模式打開二進制文件，寫入從文件末尾開始，讀取從頭開始	創建新文件
`"wx"`?(C11)	獨占寫入模式打開文本文件（若文件存在則失敗）	創建新文件（若存在則失敗，返回`NULL`）
`"wbx"`?(C11)	獨占寫入模式打開二進制文件（若文件存在則失敗）	創建新文件（若存在則失敗，返回`NULL`）

? ? ? ? 舉例說明：

#include<stdio.h>
int main()
{//fopen()函數用于打開文件，返回一個FILE*指針// 如果成功打開文件，則返回文件信息區的指針// 如果打開失敗，則返回NULL。FILE* fp=fopen("D:\\VS2022\\c-language-practice\\文件操作學習\\test.txt","r");if(fp==NULL){perror("fopen");return 1;}else{printf("文件打開成功\n");}return 0;
}

? ? ? ? 文件的順序讀寫

? ? ? ? 順序讀寫函數的介紹

函數名	功能	適用場景
`fgetc`	從文件流中讀取一個字符	逐個字符讀取文本文件（如解析配置文件、簡單文本處理）
`fputc`	向文件流中寫入一個字符	逐個字符寫入文本文件（如生成日志、構建文本內容）
`fgets`	從文件流中讀取一行或指定長度的字符串（包含換行符，自動添加`\0`）	按行讀取文本文件（如讀取CSV、配置文件）
`fputs`	向文件流中寫入一個字符串（不自動添加換行符）	寫入字符串到文本文件（如保存用戶輸入、導出數據）
`fscanf`	從文件流中按格式讀取數據（類比?`scanf`）	讀取結構化文本數據（如讀取`"Name: %s, Age: %d"`?格式的記錄）
`fprintf`	向文件流中按格式寫入數據（類比?`printf`）	寫入結構化文本數據（如生成格式化日志、保存表格數據）
`fread`	從文件流中讀取二進制數據塊（按字節數和項數）	讀取二進制結構體或數組（如加載圖片、音視頻文件或程序狀態快照）
`fwrite`	向文件流中寫入二進制數據塊（按字節數和項數）	寫入二進制結構體或數組（如保存游戲進度、序列化數據）
`getc`	與?`fgetc`?功能相同，但可能通過宏實現（性能略高）	同?`fgetc`，常用于高頻字符讀取場景
`putc`	與?`fputc`?功能相同，但可能通過宏實現（性能略高）	同?`fputc`，常用于高頻字符寫入場景
`ungetc`	將字符退回輸入流，使下次讀取可重新獲取該字符	解析需要“向前看”的場景（如詞法分析器中回退字符）

????????上?說的適?于所有輸?流?般指適?于標準輸?流和其他輸?流（如?件輸?流）；所有輸出流?般指適?于標準輸出流和其他輸出流（如?件輸出流）。

關鍵說明

文本模式 vs 二進制模式：
- 文本模式函數（fgetc、fputs等）會自動處理換行符轉換（如Windows的\r\n???\n）。
- 二進制模式函數（fread、fwrite）直接操作原始字節，無格式轉換。
順序讀寫特性：
- 所有函數按文件指針順序操作，每次讀寫后指針自動后移。
- 與隨機訪問函數（fseek、ftell）互補，不可混用。
典型應用場景：
- 文本處理：fgets?+?fputs（逐行讀寫），fscanf?+?fprintf（格式化數據）。
- 二進制處理：fread?+?fwrite（結構體/數組持久化）。
- 低層操作：fgetc?+?fputc（自定義解析或生成。

舉例說明：寫入一個字符

fputc函數的結構：

#include<stdio.h>
int main()
{FILE* fp=fopen("test.txt","w");if(fp==NULL){perror("fopen");return 1;}//寫文件fputc('a', fp);fputc('b', fp);fputc('c', fp);fputc('d', fp);fputc('e', fp);fputc('f', fp);fputc('g', fp);fputc('h', fp);fputc('i', fp);fputc('j', fp);fputc('k', fp);//關閉文件fclose(fp);fp = NULL;return 0;
}

?代碼為0 ，代表運行成功

成果展示：

讀字符

#include<stdio.h>
int main()
{FILE* fp=fopen("test.txt","r");if(fp==NULL){perror("fopen");return 1;}//寫文件fputc('a', fp);fputc('b', fp);fputc('c', fp);fputc('d', fp);fputc('e', fp);fputc('f', fp);fputc('g', fp);fputc('h', fp);fputc('i', fp);fputc('j', fp);fputc('k', fp);//讀文件int ch;while((ch=fgetc(fp))!=EOF){printf("%c ", ch);}//關閉文件fclose(fp);fp = NULL;return 0;
}

對比兩組函數scanf/fscanf/sscanf和printf/fprintf/sprintf

對比表格

對比項	`scanf`?系列 (`scanf`/`fscanf`/`sscanf`)	`printf`?系列 (`printf`/`fprintf`/`sprintf`)
核心功能	從輸入源按格式解析數據并存儲到變量。	將數據按格式格式化輸出到目標輸出源。
函數分類	`scanf`：標準輸入（鍵盤） `fscanf`：文件流 `sscanf`：字符串	`printf`：標準輸出（屏幕） `fprintf`：文件流 `sprintf`：字符串
參數順序	`scanf(format, &var1, &var2...)` `fscanf(stream, format, &var...)`	`printf(format, val1, val2...)` `fprintf(stream, format, val...)`
輸入/輸出源	輸入源：鍵盤（`stdin`）、文件、字符串	輸出目標：屏幕（`stdout`）、文件、字符串
返回值	返回成功解析的項數（失敗返回`EOF`）	返回成功輸出的字符數（失敗返回負值）
安全性風險	緩沖區溢出（如`%s`無長度限制）	`sprintf`存在緩沖區溢出風險，建議用`snprintf`
典型應用場景	讀取用戶輸入、解析文件數據、提取字符串中的結構化信息	打印日志、生成格式化字符串、寫入文件數據

詳細對比說明

1. 功能與數據流方向

3. 安全性問題

scanf系列：
- 從輸入源（鍵盤、文件、字符串）讀取數據，按格式解析后存入變量。

示例：

int age;
char name[32];
sscanf("Name: Alice, Age: 25", "Name: %s, Age: %d", name, &age);

printf系列：

將數據按格式轉換為字符串，輸出到目標（屏幕、文件、字符串）。

示例：

char buffer[100];
sprintf(buffer, "Result: %d", 42); // 輸出到字符串

2. 參數差異

scanf系列：
- scanf：直接從?stdin?讀取，無需指定輸入源。
- fscanf：需傳入文件指針（如?FILE* fp）。
- sscanf：需傳入源字符串。
- 變量參數：必須傳遞變量的地址（如?&num）。
printf系列：
- printf：直接輸出到?stdout。
- fprintf：需傳入文件指針。
- sprintf：需傳入目標字符數組。
- 變量參數：直接傳遞變量值（非指針）。
scanf系列：
- %s?和?%[?格式符可能導致緩沖區溢出。
- 改進方法：指定最大寬度（如?%31s?限制長度為31字符）。
printf系列：
- sprintf?可能因目標緩沖區過小導致溢出。
- 改進方法：使用?snprintf?限制寫入長度。

char buf[10];
snprintf(buf, sizeof(buf), "%s", "Too long string"); // 安全截斷

4. 典型應用場景

函數	應用場景
`scanf`	交互式程序讀取用戶輸入（需配合輸入驗證）
`fscanf`	讀取配置文件、日志文件等結構化文本文件
`sscanf`	解析字符串中的數字或字段（如解析HTTP響應頭）
`printf`	輸出調試信息、程序運行結果到控制臺
`fprintf`	寫入日志文件、生成報告文件
`sprintf`	動態生成格式化字符串（需注意緩沖區大小，優先用?`snprintf`）

5.典型應用場景

?輸入函數組

// 從鍵盤讀取輸入
int num;
scanf("%d", &num); // 從文件讀取
FILE* fp = fopen("data.txt", "r");
fscanf(fp, "Value: %d", &num);// 從字符串解析
char str[] = "2023-10-01";
int year, month, day;
sscanf(str, "%d-%d-%d", &year, &month, &day);

輸出字符組

// 輸出到屏幕
printf("Result: %d\n", 42);// 輸出到文件
FILE* fp = fopen("log.txt", "w");
fprintf(fp, "Error: %s\n", "File not found");// 輸出到字符串
char buffer[64];
sprintf(buffer, "Date: %04d-%02d-%02d", year, month, day);

文件的隨機讀寫

? ? ? ? fseek函數

? ? ? ? 根據文件指針的位置和偏移量來定位文件的指針（文件內容的光標）

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

? ? ? ? 例子：

#include<stdio.h>
int main()
{FILE* pfile;pfile = fopen("test.txt", "wb");fputs("Hello, world!", pfile);fseek(pfile,9,SEEK_SET);fputs("  IM THE WORLD", pfile);fclose(pfile);return 0;
}

? ? ? ? 結果：

? ? ? ? ftell函數

? ? ? ? 返回文件指針相對起始位置的偏移量

#include<stdio.h>
int main()
{FILE* pfile;long size;pfile = fopen("test.txt", "rb");if (pfile == NULL){perror("打開失敗");return 1;}else{fseek(pfile, 0, SEEK_END);size=ftell(pfile);fclose(pfile);printf("文件大小為：%ld\n", size);}return 0;
}

? ? ? ? rewind函數

? ? ? ? 讓文件指針回到文件的起始位置

void rewind (FILE*stream);

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

結果為：?

? ?文件讀取結束的判定

? ? ? ? 錯誤使用的feof? ? ?

????????牢記：在?件讀取過程中，不能? feof 函數的返回值直接來判斷?件的是否結束。feof 的作?是：當?件讀取結束的時候，判斷讀取結束的原因是否是：遇到?件尾結束。

????????1. ?本?件讀取是否結束，判斷返回值是否為 EOF （ fgetc ），或者 NULL （ fgets ）例如：? fgetc 判斷是否為 EOF .? fgets 判斷返回值是否為 NULL .

????????2. ?進制?件的讀取結束判斷，判斷返回值是否?于實際要讀的個數。例如：? fread判斷返回值是否?于實際要讀的個數。

? ? ? ? 文本文件的例子：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{int c;//要處理EOF，必須為int型變量FILE* pfile=fopen("test.txt", "r");if (!pfile){perror("打開失敗");return 1;}//輸入失敗的時候會返回EOFwhile ((c = fgetc(pfile)) != EOF){putchar(c);}//判斷原因if (ferror(pfile)){puts("讀取失敗");}else if(feof(pfile)){puts("文件結束");}fclose(pfile);return 0;
}

? ? ? ? 二進制文件的例子：

#include<stdio.h>
enum {SIZE=5};
int main()
{double a[SIZE] = {1.1, 2.2, 3.3, 4.4, 5.5};FILE* pfile = fopen("test.txt", "wb");//以二進制方式打開文件fwrite(a, sizeof(double), SIZE, pfile);//將數組a寫入文件fclose(pfile);//關閉文件double b[SIZE];pfile =fopen("test.txt", "rb");//以二進制方式打開文件size_t ret_code = fread(b, sizeof(double), SIZE, pfile);//從文件中讀取數組bif (ret_code==SIZE){puts("數組讀取內容為：");for (int n = 0;n < SIZE;n++){printf("%.2f ",b[n]);}putchar('\n');}else{if (feof(pfile)){puts("文件讀取結束");}else if (ferror(pfile)){puts("文件讀取失敗");}}fclose(pfile);//關閉文件return 0;
}

? ? ? ? 文件緩沖區

????????ANSI C 標準采?“緩沖?件系統” 處理數據?件的，所謂緩沖?件系統是指系統?動地在內存中為程序中每?個正在使?的?件開辟?塊“?件緩沖區”。從內存向磁盤輸出數據會先送到內存中的緩沖區，裝滿緩沖區后才?起送到磁盤上。如果從磁盤向計算機讀?數據，則從磁盤?件中讀取數據輸?到內存緩沖區（充滿緩沖區），然后再從緩沖區逐個地將數據送到程序數據區（程序變量等）。緩沖區的??根據C編譯系統決定的。

????????