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前言
之前简单的实现了一个通讯录，可以发现当程序运行结束后，往通讯录输入的数据也随之消失。有没有什么简单的方法将每次运行程序时输入的数据都保存下来呢？为了解决这个小问题，就需要用到文件操作了。
1.为什么要使用文件以及文件简单介绍
刚才提到了，之前写了通讯录程序，当通讯录运行起来的时候，可以给通讯录中增加、删除数据，此时数据是存放在内存中，当程序退出的时候通讯录中的数据自然就不存在了，等下次运行通讯录程序的时候，数据又得重新录入，如果使用这样的通讯录就很难受。我们在想既然是通讯录就应该把信息记录下来，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。
文件的简单介绍
从程序设计角度来看文件大致可以分为两类
1.程序文件
我们在vs写的.c文件就是程序文件，还包括目标文件（windows环境为.obj），可执行程序（windows环境后缀为.exe）等等一系列程序相关文件
2.数据文件
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。有时我们会把信息输出到磁盘上，当需要的时候再从磁盘上把数据读取到内存中使用，这里处理的就是磁盘上的文件也是属于数据文件。
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。
本文主要讨论的是数据文件。
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
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。
文件中的数据是先转到内存中存储，内存中会开辟一个文件信息区用来存储文件的相关信息，当程序启动时需要读取文件中的数据时，需要找到对应文件的文件信息区访问相关信息，因此文件结构体便应运而生，通过文件结构体指针来访问这个信息区，从而实现文件的相关操作
2.文件的相关操作
1.文件的打开和关闭
之前提到文件指针，文件的操作离不开文件指针。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函数来关闭文件。
不了解相关函数使用，可以去官网查阅文档。官网链接
这是官方文档对其的介绍，截取了部分图片
fopen函数就是用来打开文件的，第一个参数是文件流，简单来说就是文件路径。第二个参数mod是模式的意思，简单来说就是对文件的操作，文件的操作如上图所示。
代码示例如下
#include<stdio.h>
int main()
{
FILE* ps = fopen("test.txt", "w");
if (ps != NULL)
{
fclose(ps);
ps = NULL;
}
return;
}
关于文件还有一点，类似于上述代码中test.txt只有文件名和文件类型是文件的相对路径，如果在该文件在c盘code文件夹下，那么它的完整路径是c:\code\test.txt,这个完整路径又称作绝对路径。当写出的文件路径是相对路径时，就会在所写的c程序项目工程路径底下查找该文件，在调用用写操作的时，如果没有该文件，就会在项目工程路径底下自动创建一个文件。
文件被成功打开后，fopen函数会返回一个地址，这个地址指向的就是对应文件的文件信息区。所以要用文件指针来接收这个返回值，通过这个地址操作文件。
因为在项目工程路径中是没有这个文件的。在项目路径中就自动创建了一个test的文本文件。
如果是(r)读文件,那么文件要必须存在。不然就会打开文件失败。
介绍了文件的打开，接着就是文件的关闭
文件的关闭需要用到fclose函数
文件的打开和关闭有点像malloc函数和free函数，将文件指针指向对应文件的信息区，通过这个指针访问文件进而操作文件，当要关闭文件时这个文件指针当作fclose函数参数，通过这个文件信息区的地址关闭文件，然后将文件指针置为空。
代码示例
#include<stdio.h>
int main()
{
FILE* ps = fopen("test.txt", "w");
if (ps != NULL)
{
fclose(ps);
ps = NULL;
}
return;
}
这个代码示例还是上一个示例，主要目的是要学会文件的打开和关闭函数。
2.文件的顺序读写
关于读写概念其实对应的就是输入输出。之前提到了文件流，其实这个流是抽象出来概念，数据就像水流一样通过某种方式输入或者输出，不同的数据输入输出方式对应了不同的流，文件流就是通过文件来进行数据的输入输出，也就是对文件进行读写操作。
在C语言中任何一个运行起来的程序其实默认打开了3个流 stdin(标准输入流） stdout(标准输出流）stderr(标准错误流)对应着键盘，屏幕，屏幕。这就是当我们使用scanf prinft函数时，不用像文件那样需要特意调用一个函数来打开键盘或者屏幕的原因。
文件的顺序写
上面简单补充了一下流的概念，文件的写和平时我们使用scanf输入数据类似都需要调用函数来实现。字符输出函数fputc是按顺序将单个字符写入文件中。可能有人会疑惑，对文件写入数据不是输入吗，为啥是输出函数fputc函数呢？其实，我们用文件写入的数据，是通过键盘输入到内存中，然后从内存中将数据输入到文件中，现在的文件其实就相当于屏幕了。这个输入输出是相对于内存而言的。
代码示例
#include<stdio.h>
int main()
{
FILE* ps = fopen("test.txt", "w");
if (ps != NULL)
{
for (int i = 0; i < 26; i++)
{
fputc('a' + i, ps);
}
fclose(ps);
ps = NULL;
}
return;
}
可以看到原本新创建的空白tes.txt文件，通过调用fputs函数，文本文件上出现了26个字母。fputc函数第一个参数就是要写入的字符，第二个参数就是文件指针。按顺序依次往文件中写入数据。
fputc函数的功能就是按顺序往文件中写入单个字符
刚才介绍了单个字符写入文件，接着就是按行写入字符到到文件中。fputs函数就是按行写入字符到文件中，既可以写入字符串也可以写单个字符
#include<stdio.h>
int main()
{
FILE* ps = fopen("test.txt", "w");
if (ps != NULL)
{
fputs("h\n", ps);
fputs("hello", ps);
fclose(ps);
ps = NULL;
}
return;
}
可以看到这个test.txt文本文件中确实写入了按行写入了h hello。不过换行这个是需要加上\n才能实现的。fputs函数第一个参数是要写入的内容字符，第二个参数就是对应的文件指针
格式化写
格式化写就按照一定格式写入数据，就像scanf和printf函数，输入输出某种固定格式的数据，比如：scanf(" %d")就是输入整型，printf(“% d”)就是输出整型。格式化写数据到文件中需要用到fprintf函数。
代码示例
#include<stdio.h>
struct s
{
int a;
char name[10];
float b;
};
int main()
{
struct s z = { 10,"hello",3.4f };
FILE* ps = fopen("test.txt", "w");
if (ps != NULL)
{
fprintf(ps,"%d %s %f", z.a, z.name, z.b);
fclose(ps);
ps = NULL;
}
return;
}
我们看到结构体z中的数据确实是被写入到文件中,fprintf函数就是将内存中的数据格式化的形式写入到文件中，fprintf函数有的第一个参数是文件指针，剩下的参数和printf函数的参数基本上是一样的。
二进制形式写文件，数据在内存中都是以二进制形式存储的，上面的几种函数都是以文本的形式将内存的数据写入文件，fwrite函数是直接将二进制数据写入文件中的。
代码示例
#include<stdio.h>
struct s
{
int a;
char name[10];
float b;
};
int main()
{
struct s z = { 10,"hello",3.4f };
FILE* ps = fopen("test.txt", "wb");
if (ps == NULL)
{
return;
}
fwrite(&z,sizeof(struct s),1,ps);
fclose(ps);
ps = NULL;
return;
}
在以二进制形式写数据到文件时，打开文件应该用 "wb",表示以二进制形式写。fwrite函数有点像qsort函数，fwrite函数第一个参数是要写入数据的地址，第二个参数是要写入的数据类型大小，第三个参数是要写入多少个这样的数据，最后一个参数是文件指针。我们打开文件可以看到test.txt文件中确实有内容，因为写入的文件是二进制所以会出现乱码。
文件的顺序读
上面的内容都是介绍文件的顺序写，接着介绍的就是文件的顺序读了。
fgetc函数与fputc函数对应，就是对文件按顺序进行单个字符的读。
代码示例
#include<stdio.h>
int main()
{
FILE* ps = fopen("test.txt", "r");
if (ps == NULL)
{
return;
}
int ch=fgetc(ps);
printf("%c", ch);
ps = NULL;
return;
}
test.txt文件中事先存放的数据是abcdef我们用ch接收第一次读到的数据，打印出的结果就是a。fgetc函数只有一个参数就是文件指针，返回值是读到的字符对应的ASCII值。当读到文件末尾没有字符时会返回EOF也就是-1。所以如果想把文件内容一次性读完，就可以改成如下的代码
#include<stdio.h>
int main()
{
FILE* ps = fopen("test.txt", "r");
if (ps == NULL)
{
return;
}
int ch = 0;
while ((ch =fgetc(ps) )!= EOF)
{
printf("%c", ch);
}
ps = NULL;
return;
}
可以看到文件中所以的字符都打印出来了。对文件读的时候要注意一点打开文件时是"r"不是"w"。
按行顺序读取，与fputs对应的就是fgets按行读文件。fgets的参数第一个是将文件中的字符读入指定位置的地址，第二个参数是读取的字符个数，第三个参数是文件指针。
代码示例
#include<stdio.h>
int main()
{
FILE* ps = fopen("test.txt", "r");
if (ps == NULL)
{
return;
}
char str[10] = { "hello!" };
fgets(str, 5, ps);
printf("%s", str);
ps = NULL;
return;
}
可以看到str的打印结果是abcd，但是有个问题不是读入5个字符吗，为啥打印的结果是4个字符，原因就是fgets函数最后一个读入的字符是'\0'所以打印结果就只有4个字符，如果想更直观的看到str数组中发生的变化就可以通过调试监视变量来观测到具体的变化。
格式化顺序读需要用到fscanf函数,第一个参数是文件指针，剩下的参数和scanf是类似的。
#include<stdio.h>
int main()
{
FILE* ps = fopen("test.txt", "r");
if (ps == NULL)
{
return;
}
int a = 0;
char b = 0;
float c = 0.0;
fscanf(ps, "%d %c %f",&a,&b,&c);
printf("%d %c %f",a,b,c);
ps = NULL;
return;
}
我事先将10 a 5.1保存在文件中，然后读文件的数据。通过打印结果可以看到确实是成功读取了文件内容。
二进制形式读文件要用到fread函数。fread函数与fwrite函数对应,函数参数也是类似的。之前我们对文件以二进制形式写的时候，会出现乱码。这些二进制乱码人看不懂，机器是看得懂的。
代码示例
#include<stdio.h>
struct s
{
int a;
char b[5];
};
int main()
{
struct s z = { 10,"abc" };
FILE* ps = fopen("test.txt", "rb");
if (ps == NULL)
{
return 0;
}
struct s x;
fread(&x, sizeof(x), 1, ps);
printf("%d %s", x.a, x.b);
fclose(ps);
ps = NULL;
return 0;
}
我事先将结构体z的数据以二进制的形式写入文件中，然后再读这个文件，根据打印结果来看，确实读到了文件内容并且把文件内容赋值给了结构体x.我们看不懂的二进制乱码，被按照正常的结果打印出来，所以以二进制读的时候，机器是能识别出二进制数据的
总结
我们看到有些函数不只是作用于文件流还作用所以对应的流。之前提到了标准输出流和标准输入流有些函数也是适用的
标准输入输出流是对应键盘和屏幕的，当再键盘上输入a后打印结果也是a
3.文件的随机读写
- fseek函数 根据文件指针的位置和偏移量来定位文件指针
之前介绍的按行读写和单个读写字符的函数时，都要传入文件指针。这个文件指针中通过访问文件信息区中文件信息，最开始指向文件内容起始字符，按顺序依次指向末尾字符挨个访问。fseek函数的作用就是改变文件指针指向的位置。
这个函数参数有三个，第一个是文件指针，第二个是就是要改变的文件指针偏移量，第三个参数有3个选择。SEEK_SET是从最开始的位置开始偏移，SEEK_END是从末尾位置开始偏移，SEEK_CUR是从文件指针指向的当前位置开始偏移
代码示例
#include<stdio.h>
int main()
{ //事先将hello写入文本中
FILE* ps = fopen("test.txt", "r");
if (ps == NULL)
{
return;
}
int ch = fgetc(ps);//ps最开始指向h
printf("%c\n", ch);//打印结果就是h
fseek(ps, 2, SEEK_CUR);//因为开始指向h,所以接着指向e//从e偏移2个单位就是指向l
ch = fgetc(ps);
printf("%c\n", ch);//打印结果是l
fseek(ps, 1, SEEK_SET);//从起始位置开始偏移一个单位 所以指向e
ch = fgetc(ps);
printf("%c\n", ch);//打印结果是e
fseek(ps,-5, SEEK_END);//从文件的末尾开始向前偏移5个单位指向h
ch = fgetc(ps);
printf("%c\n", ch);//打印结果是h
fclose(ps);
ps = NULL;
return 0;
}
这里要注意一点假如文件中数据是字符串hello文件末尾位置是指o后一个位置。当文件指针指向某处位置时，再调用函数读入数据后，文件指针会自动指向该位置的下个位置。
- ftell返回文件指针相对于起始位置的偏移量
代码示例
#include<stdio.h>
int main()
{ //事先将hello写入文本中
FILE* ps = fopen("test.txt", "r");
if (ps == NULL)
{
return;
}
int ch = fgetc(ps);//ps最开始起始位置指向h
fseek(ps, 3, SEEK_CUR);//此时ps的起始位置是指向e的，往后指偏移2个单位，ps指向o
int ret = ftell(ps);//ps 相对起始位置偏移了4个单位
printf("%d", ret);
return 0;
}
打印结果确实是4，ftell参数只有一个就是文件指针，返回值是文件指针相对起始位置的偏移量
-
rewind函数让文件指针的位置回到文件的起始位置
代码示例
#include<stdio.h>
int main()
{ //事先将hello写入文本中
FILE* ps = fopen("test.txt", "r");
if (ps == NULL)
{
return;
}
int ch = fgetc(ps);//ps最开始起始位置指向h
fseek(ps, 3, SEEK_CUR);//此时ps的起始位置是指向e的，往后指偏移2个单位，ps指向o
ch = fgetc(ps);
printf("%c\n", ch);//打印结果是o
rewind(ps);//ps重新指向起始位置
ch = getc(ps);
printf("%c\n", ch);//打印结果是h
return 0;
}
可以看到最后一个结果是h。ps重新指向起始位置了。rewind函数只有一个参数就是文件指针
4.文本文件和二进制文件介绍以及文件的读取结束的判定
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（VS2013测试）因为整型数据是4字节大小
在调用函数读取文件数据结束后，有时需要判断文件读取是因为什么原因结束。是正常读到文件末尾结束还是因为其他的原因导致文件提前结束。这个时候需要用feof函数。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，也可根据函数返回值来判断。判断返回值是否为 EOF （ fgetc ），或者 NULL （ fgets ）。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。关于函数的返回值是可以在官方文档中查阅的。
代码示例
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
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 0;
}
//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))//是否是因为IO错误读取失败
{
puts("I/O error when reading");
}
else if (feof(fp))//是否是读取正常结束
{
puts("End of file reached successfully");
}
fclose(fp);
fp=NULL;
return 0;
}
ferror函数是用来判断错误的，如果是文件读取结束是因为IO错误就会返回一个不为0的值。如果正常读取文件结束feof会返回一个不为0的值
3.文件缓冲区
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。
将程序数据区的数据写入文件中，实际上是写入硬盘。文件存储在硬盘上，每次将数据写入硬盘都需要操作系统调用一些接口来完成数据写入。假如没有文件输出缓存区，频繁的调用操作系统效率低下，所以数据都会先放入输出缓存区，当输出缓存区的数据满了以后再由操作系统调用接口写入硬盘。在从文件中读取数据也是这样的，就是从硬盘上读入数据到内存中。与之对应的就是输入缓冲区。但是如果缓冲区没有满，同时想要写或者读数据，也是可以的。操作系统有相应的触发机制会处理这样的情况的。
#include <stdio.h>
#include <windows.h>
int main()
{
FILE*pf = fopen("test.txt", "w");
if(pf==NULL)
{
return 0;
}
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);//睡眠10秒
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;
}
fflush函数是强制刷新缓冲区的函数。上述代码可以更直观的感受到缓冲区的存在。Sleep使计算机系统先休眠，这样系统就暂时不会调用接口将缓存区的数据写入硬盘，此时数据是在缓冲区的。文件就是空白内容，接着调用fflush刷新缓冲区，就可以看到文件从出现内容了。
补充两个函数sscanf和sprintf函数
代码示例
#include<stdio.h>
struct a
{
int a;
char b;
char c[5];
};
int main()
{
struct a z = { 1,'a',"he" };
struct a x;
char s[10];
int a = 0;
sprintf(s, "%d%c%s", z.a, z.b, z.c);//s现在的内容是1ahe
printf("%s\n", s);
sscanf(s, "%d", &a);//s的第一个字符1写入a,a现在是整型1
printf("%d\n", a);
sscanf(s, "%d %c %s", &x.a, &x.b, x.c);//s的内容格式化写入结构x中
printf("%d %c %s\n", x.a, x.b, x.c);
}
通过sprintf函数将结构体的内容写入字符数组s,结构体的数据就转成了字符串。sscanf是按照格式将字符串的内容写入其他数据中。
4.对先前通讯录的改造
之前的通讯录不能再程序退出之后及时保存数据。同时当再次启动通讯录时也无法将上次输入的数据再次加载到程序中。为了解决这个问题，可以利用文件实现对数据的持久化保存。也就是在之前的基础上加入数据写入文件的功能，同时在启动程序时将上次的保存的文件数据读入内存中。
void SaveContact(struct Contact* pc)//保存通讯录数据写入文件中
{
//打开文件
FILE* pfW = fopen("data.txt", "wb");
if (pfW == NULL)
{
perror("SaveContact::fopen");
return;
}
//写文件
int i = 0;
for (i = 0; i < pc->sz; i++)
{
fwrite(pc->data+i, sizeof(struct PeoInfo), 1, pfW);
}
//关闭文件
fclose(pfW);
pfW = NULL;
}
void LoadContact(struct Contact* pc)//加载文件数据到内存中
{
//打开文件
FILE*pfR = fopen("data.txt", "rb");
if (pfR == NULL)
{
perror("LoadContact::fopen");
return;
}
//读文件
struct PeoInfo tmp = { 0 };
while (fread(&tmp, sizeof(struct PeoInfo), 1, pfR))
{
//考虑增加容量的问题
check_capacity(pc);
pc->data[pc->sz] = tmp;
pc->sz++;
}
//关闭文件
fclose(pfR);
pfR = NULL;
}
因为通讯录最开始的容量是3，当文件中保存的数据是大于三个联系人士，就要考虑通讯录的增容问题，不然文件中的数据就不能保证全部写入通讯录中。所以直接调用之前写的检查增容函数。因为fread读入一个数据返回值就会计数一次，当没有数据读入时，就会返回0了。所以用while循环读入数据。因为采用是二进制写文件所以就用二进制读文件。保存的文件数据会出现乱码看不懂，如果想要保存的文件人也能看懂就采用文本形式读写即可。
5总结
文件相关的函数还有很多本文只是介绍了部分内容，如果想了解可以去官方文档中进行查阅，同时上述函数需要多实践才能加深印像熟练的使用。
以上内容是我浅薄的看法，如有错误欢迎指正！