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[C++知识库]【C语言进阶】文件操作（最详细介绍分析+配图）

一副对联送给大家！
在这里插入图片描述
开始今天的学习

本文作者：小小白的崛起之路
更新日期： 2021.7.24
本文声明：由于小小白水平有限，内容难免有错误和不准确之处，望读者批评指正！

提示：正文内容，下面案例可供参考

一、文件是什么？为什么要用文件？

磁盘上的文件是文件。
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（从文件功能的角度来分类的）。

1.1 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）

1.2 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。

我们写完的程序想把信息记录下来，只有我们自己选择删除数据的时候，数据才不复存在。这就涉及到了数据持久化的问题，我们一般数据持久化的方法有，把数据存放在磁盘文件、存放到数据库等方式。
使用文件我们可以将数据直接存放在电脑的硬盘上，做到了数据的持久化。

本章讨论的是数据文件。

1.3 文件名

一个文件要有一个唯一的文件标识，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.txt

为了方便起见，文件标识常被称为文件名。

二、文件的打开和关闭

2.1 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。该结构体类型是有系统声明的，取名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。
下面我们可以创建一个FILE*的指针变量:

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找到与它关联的文件。

2.2 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。
ANSIC 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 );

打开方式如下：
在这里插入图片描述
例子：通过只读方式"r"打开不存在的文件 test.dat
实例代码：

int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.dat", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");//判断出错原因
		return 1;
	}
	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

运行结果：
在这里插入图片描述
其他文件打开方式大家可以下去自己试试。

三文件的顺序读写

在这里插入图片描述

eg1: fputc

函数原型：
在这里插入图片描述

代码：

int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.dat", "w");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//写文件
	fputc('I', pf);
	fputc('L', pf);
	fputc('Y', pf);


	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

结果展示：
在这里插入图片描述
拓展：

fputc 还可以写到 stdout（标准输出流） 中
在这里，解释一个概念：

流（高度抽象概念）
通俗来说：
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

实例：

eg2: fgetc

函数原型：
在这里插入图片描述

实例：

//使用fgetc从文件流中读取数据
int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.dat", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//读文件
	int ret = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ret);
    ret = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ret);
	ret = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ret);
	ret = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ret);
	ret = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ret);
	ret = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ret);
	ret = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ret);

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

运行结果：
在这里插入图片描述

//fgetc从标准输入流读取
int main()
{
	int ret = fgetc(stdin);
	printf("%c\n", ret);
	ret = fgetc(stdin);
	printf("%c\n", ret);
	ret = fgetc(stdin);
	printf("%c\n", ret);

	return 0;
}

在这里插入图片描述

eg3: fputs

函数原型：
在这里插入图片描述
实例：

int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.dat", "w");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//写文件-按照行来写
	fputs("一代键客\n", pf);//自己换行
	fputs("舍我其谁\n", pf);


	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

结果展示：
在这里插入图片描述

eg4: fgets

函数原型：

在这里插入图片描述

实例：

int main()
{
	char arr[10] = "xxxxxx";
	FILE* pf = fopen("test.dat", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}

	//读文件
	fgets(arr, 4, pf);//实则读取三个，会预留一个'\0'的位置
	printf("%s\n", arr);
	
	fgets(arr, 4, pf);
	printf("%s\n", arr);

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

test.dat文件刚开始的内容：
在这里插入图片描述
程序运行：

通过运行结果和监视看出：

1.第二次读取会接着第一次的内容接着往下读取。
2.读取一次结束需要预留’\0’的位置。

eg5: fprintf

函数原型：
在这里插入图片描述
实例：
对格式化的数据进行写文件

struct S
{
	char arr[10];
	int num;
	float sc;
};

int main()
{
	struct S s = { "vfvbvdf", 10, 4.2f };
	//对格式化的数据进行写文件
	FILE*pf = fopen("test.dat", "w");
	if (NULL == pf)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//写文件（格式化输出）
	fprintf(pf, "%s %d %f", s.arr, s.num, s.sc);

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

运行结果：
在这里插入图片描述

eg6: fscanf

函数原型：
在这里插入图片描述
实例：
读文件内容

int main()
{
	struct S s = {0};
	FILE* pf = fopen("test.dat", "r");
	if (NULL == pf)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//从文件中读取（格式化输入）
	fscanf(pf, "%s %d %f", s.arr, &(s.num), &(s.sc));

	//打印
	fprintf(stdout, "%s %d %f\n", s.arr, s.num, s.sc);

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

运行结果：
在这里插入图片描述

eg7: fwrite

在这里插入图片描述
函数原型：

在这里插入图片描述
实例：

struct S
{
	char arr[10];
	int num;
	float sc;
};

int main()
{
	struct S s = { "abcde", 10, 5.5f };
	//二进制的形式写
	FILE*pf = fopen("test.dat", "w");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//写文件
	fwrite(&s, sizeof(struct S), 1, pf);

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

结果：
在这里插入图片描述
字符串以二进制写入和以文本写入是一样的，能看懂。
而其他形式以二进制写入，以文本编辑器打开看不懂。

eg8: fread

在这里插入图片描述
函数原型：

实例：

//fread读取
struct S
{
	char arr[10];
	int num;
	float sc;
};

int main()
{
	struct S s = {0};
	//二进制的形式读
	FILE*pf = fopen("test.dat", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//读文件
	fread(&s, sizeof(struct S), 1, pf);

	printf("%s %d %f\n", s.arr, s.num, s.sc);

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

读取前文件文件中内容：
在这里插入图片描述
运行结果：

所以fread可以识别出来不认识的内容。

eg9: sprintf 和 sscanf

函数原型：

作用：把一个格式化的数据转换成字符串

作用：从一个字符串中读取格式化数据

实例：

struct S
{
	char arr[10];
	int age;
	float f;
};

int main()
{
	struct S s = { "hello", 20, 5.5f };
	struct S tmp = { 0 };

	char buf[100] = {0};
	//sprintf 把一个格式化的数据，转换成字符串
	sprintf(buf, "%s %d %f", s.arr, s.age, s.f);
	printf("字符串形式：%s\n", buf);

	//从buf字符串中还原出一个结构体数据
	sscanf(buf, "%s %d %f", tmp.arr, &(tmp.age), &(tmp.f));
	printf("结构体数据：%s %d %f\n", tmp.arr, tmp.age, tmp.f);

	return 0;
}

在这里插入图片描述

四文件的随机读写

4.1 fseek

根据文件指针的位置和偏移量来定位文件指针

实例：
文件内容：
在这里插入图片描述

1.SEEK_CUR

代码：

int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//读取文件
	int ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);//读取a，此时指针指向b

	//调整文件指针从当前位置向前移1
	fseek(pf, -1, SEEK_CUR);

	ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);//读取a
	ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);//读取b

	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

在这里插入图片描述

2.SEEK_END

代码：

int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//读取文件
	int ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);//读取a，此时指针指向b

	//调整文件指针
	fseek(pf, -2, SEEK_END);//指针指向e

	ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);//e
	ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);//f

	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

在这里插入图片描述

3.SEEK_SET

代码：

int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//读取文件
	int ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);//读取a，此时指针指向b

	//调整文件指针
	fseek(pf, 2, SEEK_SET);//指针指向b

	ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);//c
	ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);//d

	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

在这里插入图片描述

4.2 ftell

返回文件指针相对于起始位置的偏移量

函数原型：

long int ftell ( FILE * stream );

实例：

int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}

	//调整文件指针
	fseek(pf, 4, SEEK_SET);//指针指向d
	int ret = ftell(pf);
	printf("%d\n", ret);

	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

在这里插入图片描述

4.3 rewind

让文件指针的位置回到文件的起始位置

函数原型：

void rewind ( FILE * stream );

实例：

int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}

	//调整文件指针
	fseek(pf, 4, SEEK_SET);//指针指向d

	rewind(pf);

	int ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);//a

	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

在这里插入图片描述

五文本文件和二进制文件

根据数据的组织形式，数据文件被称为文本文件或者二进制文件。
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。
一个数据在内存中是怎么存储的呢？
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
（VS2019测试）
过程展示：

int main()
{
	int a = 10000;
	FILE* pf = fopen("test.txt", "wb");
	fwrite(&a,sizeof(int), 1, pf);//二进制的形式写到文件中
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

用VS的二进制编辑器打开 test.txt 文件
在这里插入图片描述
得到：

10000的二进制即为 00 00 27 10

在这里插入图片描述

六文件读取结束的判定

文本文件

文本文件读取是否结束，判断返回值是否为 EOF （ fgetc ），或者 NULL （ fgets ）
例如：
fgetc 判断是否为 EOF .
fgets 判断返回值是否为 NULL .

实例：写代码把test.txt文件拷贝一份，生成test 2.txt
test.txt 文件中内容：
在这里插入图片描述
代码：

int main()
{
	FILE* pfread = fopen("test.txt", "r");
	if (pfread == NULL)
	{
		return 1;
	}
	FILE* pfwrite = fopen("test2.txt", "w");
	if (pfwrite == NULL)
	{
		fclose(pfread);
		pfread = NULL;
		return 1;
	}
	//文件打开成功
	//读写文件
	int ch = 0;// 注意：int，非char，要求处理EOF,EOF返回 1 或 0 属 int

	//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 ((ch = fgetc(pfread)) != EOF)
	{
		//写文件
		fputc(ch, pfwrite);
	}
	
if (feof(pfread))//下面会提到
	{
		printf("遇到文件结束标志，文件正常结束\n");
	}
else if (ferror(pfread))
	{
		printf("文件读取失败结束\n");
	}

	//关闭文件
	fclose(pfread);
	pfread = NULL;
	fclose(pfwrite);
	pfwrite = NULL;

	return 0;
}

结果展示：
在这里插入图片描述

二进制文件

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。
例如：
fread判断返回值是否小于实际要读的个数。

实例：

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);
}

七文件缓冲区

介绍

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。

在这里插入图片描述

缓冲区的作用

缓冲区的作用是为了解决速度不匹配的问题，高速的cpu与内存，内存与硬盘，cpu与 io等速度不匹配的问题，而引人缓冲区，比如我们从磁盘里读取信息，我们先把读出的数据放在缓冲区，计算机再直接从缓冲区中读取数据，等缓冲区的数据读取完后再去磁盘中读取，这样就可以减少磁盘的读写次数，再加上计算机对缓冲区的操作大大快于对磁盘的操作，故应用缓冲区可大大提高计算机的运行速度。
缓冲区就是一块内存区，它用在输入输出设备和CPU之间，用来缓存数据。它使得低俗的输入输出设备和高速的CPU能够协调工作，避免低速的输入输出设备占用CPU。解放出CPU，使其能够高效率工作。

以上就是今天要讲的内容了，东西有些多，希望大家能反复观看，多自己动手尝试，加深理解。
在这里插入图片描述