[C++知识库]C语言突破进阶-文件操作

0. Intro

在使用操作数据库之前，记录信息，录入数据需要文件操作，这样就可以对诸如通讯录的程序记录信息，增加和删除信息，我们通过文件可以将数据直接存放在电脑的硬盘上，做到数据持久化，而不是在内存中

1. 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:\demo\test.cpp
为了方便起见，文件标识常被称为文件名。

2. 文件的打开和关闭

2.1 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.

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。
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 打开和关闭文件

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。

//打开文件
FILE * fopen ( const char * filename, const char * mode );
//关闭文件
int fclose ( FILE * stream );

文件可以用一下方式操作打开

//打开文件
	FILE* pf = fopen("test.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		//printf("打开文件失败\n");
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 0;
	}
	//读文件

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;

3. 文件顺序读写

3.1 利用以上函数实现拷贝文件操作

int main()
{
	//实现一个代码将data.txt 拷贝一份 生成data2.txt
	FILE* pr = fopen("data.txt", "r");
	if (pr == NULL)
	{
		printf("open for reading: %s\n", strerror(errno));
		return 0;
	}

	FILE* pw = fopen("data2.txt", "w");
	if (pw == NULL)
	{
		printf("open for writting: %s\n", strerror(errno));
		fclose(pr);
		pr = NULL;
		return 0;
	}
	//拷贝文件
	int ch = 0;
	while ((ch = fgetc(pr)) != EOF)
	{
		fputc(ch, pw);
	}

	fclose(pr);
	pr = NULL;
	fclose(pw);
	pw = NULL;

	return 0;
}

3.2 二进制的读写

//二进制的写
int main()
{
	struct Stu s[2] = { {"张三", 20, 95.5} , {"lisi", 16, 66.5}};
	FILE* pf = fopen("data.txt", "wb");
	if (pf == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 0;
	}
	//按照二进制的方式写文件
	fwrite(s, sizeof(struct Stu), 2, pf);
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}
//二进制的读
//
int main()
{
	struct Stu s[2] = {0};
	FILE* pf = fopen("data.txt", "rb");
	if (pf == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 0;
	}
	//按照二进制的方式读文件
	fread(s, sizeof(struct Stu), 2, pf);
	printf("%s %d %lf\n", s[0].name, s[0].age, s[0].d);
	printf("%s %d %lf\n", s[1].name, s[1].age, s[1].d);
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

3.3 格式化输入输出函数

上面函数的区别就是

下面是使用示例标准化读入一个自定义的结构体

struct Stu
{
	char name[20];
	int age;
	double d;
};
int main()
{
	struct Stu s = { 0 };
	FILE* pf = fopen("data.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 0;
	}
	//读格式化的数据
	fscanf(pf, "%s %d %lf", s.name, &(s.age), &(s.d));
	printf("%s %d %lf\n", s.name, s.age, s.d);
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

4. 文件的随机读写操作

4.1 fseek

根据文件指针的位置和偏移量来定位文件指针。也就是从一个特定的位置偏移多少偏移量

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

使用实例：

#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;
	}

fseek(pf, 3, SEEK_CUR);
fseek(pf, 5, SEEK_SET);
fseek(pf, -1, SEEK_END);

4.2 ftell

返回文件指针相对于起始位置的偏移量

long int ftell ( FILE * stream );

4.3 rewind

让文件指针的位置回到文件的起始位置

void rewind ( FILE * stream );

使用实例：

int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 0;
	}
	//读文件
	int ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);//a
	ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);//b
	
	int ret = ftell(pf);
	printf("%d\n", ret);//2

	rewind(pf);
	fseek(pf, 0, SEEK_SET);

	ret = ftell(pf);
	printf("%d\n", ret);//0

	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

5. 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。

5.1 一个数据在内存中的存储方式

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20000，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（VS2013）。

6. 文件读取错误的判定

6.1 被错误使用的feof

?? 在文件读取过程中，不能用feof函数的返回值直接用来判断文件的是否结束

而是应用于当文件读取结束的时候，判断是读取失败结束，还是遇到文件尾结束。

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

🍁 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。
fread判断返回值是否小于实际要读的个数。

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

enum { SIZE = 5 };
int main()
{
	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);
}

7. 文件缓冲区

ANSIC 标准采用**“缓冲文件系统”处理的数据文件，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。

刷新缓冲区的意思就是为了立马看到缓冲区里的东西，不用再积累到满再输出

测试代码，下面的这个代码其实就是在说在Sleep的时候程序是写数据时先写到缓冲区中，当主动刷新的时候就会把数据从缓冲区写入硬盘，主动刷新可以使用函数fflush,当然再关闭文件的时候其实也是会自动刷新的，所以关闭文件很重要，Java文件操作也是要关闭文件

#include <stdio.h>
#include <windows.h>
//VS2013 WIN10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;
}

7.1 行缓冲

倘若是这样的代码在Linux中的话会一直无输出直到缓冲区满

倘若加了’\n’的话就是行缓冲，会直接打印出来

小结：

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。

8. 牛刀小试

下列关于文件名及路径的说法中错误的是：（ ）

A.文件名中有一些禁止使用的字符

B.文件名中一定包含后缀名

C.文件的后缀名决定了一个文件的默认打开方式

D.文件路径指的是从盘符到该文件所经历的路径中各符号名的集合

B选项中，文件名可以不包含后缀名。A的话，文件中不能包含这些字符：\/:*?"<>|，C表述了后缀名的作用，D是路径的基本概念。故选B。

C语言中关于文件读写函数说法不正确的是：（ ）

A.fgetc是适用于所有输入流字符输入函数

B.getchar也是适用于所有流的字符输入函数

C.fputs是适用于所有输出流的文本行输出函数

D.fread是适用于文件输入流的二进制输入函数

B选项中，getchar只针对标准输入流stdin。即使对stdin重定向，getchar针对的也只是stdin。f系列的输入输出函数都是作用于所有流的的，所以AC没问题，D的表述也没问题，fread做的就是二进制的活。

下面说法不正确的是：（ ）

A.scanf和printf是针对标准输入、输出流的格式化输入、输出语句

B.fscanf和fprintf是针对所有输入、输出流的格式化输入、输出语句

C.sscanf是从字符串中读取格式化的数据

D.sprintf是把格式化的数据写到输出流中

D选项中，sprintf是把格式化的数据写到字符串中，与输出流无关。其他三句都准确描述了函数功能。