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[C++知识库]【C语言】文件操作

一、为什么使用文件

在程序中完成数据处理，但是随着程序运行结束，运行结果也会随着运行结束而消失。这时就能把数据保存在文件中，使得数据永久化。

二、文件是什么

在学习文件之前，我们可以先了解了解什么是流。
在计算机中，对于文件、键盘、显示器等外部设备的输入输出操作都是通过流来进行的。
在这里插入图片描述

对于任何一个C程序，只要运行起来，就会默认打开3个流。
有以下3种标准流：

stdin ------- 标准输入流 -------- 用于读取从键盘中输入的数据
stdout ------- 标准输入流 -------- 用于写入数据至显示器界面
stderr ------- 标准错误流 -------- 用于写出错误至显示器界面

下面我们来谈谈什么是文件：

在程序设计中，按文件功能的角度来分类有两种：程序文件和数据文件。
程序文件：包括源程序文件（.c）、目标文件（.obj）、可执行程序（.exe）、
数据文件：程序运行中需要读取数据和输出内容的文件。

本文讨论的就是数据文件

三、文件的使用

1、文件指针

在程序我们应该怎样使用文件？

在计算机中，每个被使用的文件都会在内存中开辟一个相应的文件信息区，用来存放相关信息。这些信息一般以结构体的形式实现，是由系统声明的，取名为FILE。

下面我们可以创建一个FILE*的指针变量：

FILE* pf;

可以通过文件指针变量来找到与他关联的文件
在这里插入图片描述

2、文件的打开和关闭

在读写文件前，都应该先打开文件，在使用完毕之后就要关闭文件
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 fclosr ( FILE * stream );

文件打开方式如下：

打开方式	含义
“r”(只读)	以只读模式打开一个已存在的文件，若指定文件不存在，则出错
“w”(只写)	以只写模式建立一个文件，若指定文件不存在，则新建一个文件
“a”(追加)	以追加模式向文件末尾写入数据，若指定文件不存在，则新建一个文件
“rb”(只读)	以只读模式打开一个二进制文件，若指定文件不存在，则出错
“wb”(只写)	以只写模式建立一个二进制文件，若指定文件不存在，则新建一个文件
“ab”(追加)	以追加模式向二进制文件末尾写入数据，若指定文件不存在，则出错
“r+”(读写)	以更新（读写）模式打开一个文本文件，若指定文件不存在，则出错
“w+”(读写)	以更新（读写）模式建立一个新文件，若指定文件不存在，则新建一个文件
“a+”(读写)	以追加模式打开一个文件，在末尾进行读写，若指定文件不存在，则新建一个文件
“rb+”(读写)	以更新（读写）模式打开一个二进制文件，若指定文件不存在，则出错
“wb+”(读写)	以更新（读写）模式建立一个二进制文件，若指定文件不存在，则新建一个文件
“ab+”(读写)	以追加模式打开一个二进制文件，在末尾进行读写，若指定文件不存在，则新建一个文件

举个例子：

#include <stdio.h>

int main()
{
    //打开文件
    FILE* pf = fopen("text.txt", "w");
    if (NULL == pf)
    {
        perror("fopen");
        return 1;
    }
    //读写文件

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

3、文件的读写

文件的读写分为两种：顺序读写和随机读写

3.1、顺序读写

下面我们先介绍文件是如何顺序读写？
文件在顺序读写时，会用以下函数进行读写：

函数	功能
fgetc	字符输入函数
fputc	字符输出函数
fgets	文本输入函数
fputs	文本输出函数
fscanf	格式化输入函数
fprintf	格式化输出函数
fread	二进制输入
fwrite	二进制输出

以上函数除了fread和fwrite函数只适用于文件，其余函数均可适用于所以输入输出流。

在这里插入图片描述

3.1.1、字符输入输出函数

int fputc( int character, FILE * stream );
int fgetc ( FILE * stream );

举个例子（写文件）：

#include <stdio.h>

int main()
{
    //打开文件
    FILE* pf = fopen("text.txt", "w");
    if (NULL == pf)
    {
        perror("fopen");
        return 1;
    }
    //写文件
    int i = 0;
    for (i = 0; i < 26; i++)
    {
        fputc('a' + i, pf);
    }
    //关闭文件
    fclose(pf);
    pf = NULL;
    return 0;
}

在这里插入图片描述
举个例子（读文件）：

#include <stdio.h>

int main()
{
    //打开文件
    FILE* pf = fopen("text.txt", "r");
    if (NULL == pf)
    {
        perror("fopen");
        return 1;
    }
    //读文件
    int ch = fgetc(pf);
    printf("%c\n", ch);
    //关闭文件
    fclose(pf);
    pf = NULL;
    return 0;
}

文件中的数据：
在这里插入图片描述
读取结果：

在这里插入图片描述

3.1.2、文本输入输出函数

int fputs ( const char * str, FILE * stream );
char * fgets ( char * str, int num, FILE * stream );

举个例子（写文件）：

//写文件
    fputs("hello\n", pf);
    fputs("word", pf);

在这里插入图片描述
举个例子（读文件）：

	//读文件-一行一行读
	char arr[8] = "########";
	fgets(arr, 5, pf);
	printf("%s\n", arr);

文件中的数据：
在这里插入图片描述
读取结果：

代码若改为：

    //读文件-一行一行读
	char arr[8] = "########";
	fgets(arr, 8, pf);
	printf("%s\n", arr);

结果为：
在这里插入图片描述

3.1.3、格式化输入输出函数

int fprintf ( FILE * stream, const char * format, … );
int fscanf ( FILE * stream, const char * format, … );

举个例子（写文件）：

#include <stdio.h>

struct S
{
	char name[20];
	int age;
	float score;
};
int main()
{
	struct S s = { "zhangsan",20,95.5f };
	//打开文件
	FILE* pf = fopen("text.txt", "w");
	if (NULL == pf)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//写文件
	fprintf(pf, "%s %d %f", s.name, s.age, s.score);
	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

在这里插入图片描述
举个例子（读文件）：

#include <stdio.h>

struct S
{
	char name[20];
	int age;
	float score;
};
int main()
{
	struct S s = { 0 };
	//打开文件
	FILE* pf = fopen("text.txt", "r");
	if (NULL == pf)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//读文件
	fscanf(pf, "%s %d %f", s.name, &(s.age), &(s.score));
	printf("%s %d %f\n", s.name, s.age, s.score);
	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

文件中的数据：
在这里插入图片描述
读取结果：

3.1.4、二进制输入输出函数

size_t fwrite ( const void * ptr, size_t size, size_t count, FILE * stream );
size_t fread ( void * ptr, size_t size, size_t count, FILE * stream );

举个例子（写文件）：

#include <stdio.h>

struct S
{
	char name[20];
	int age;
	float score;
};
int main()
{
	struct S s = { "zhangsan",20,95.5f };
	//打开文件
	FILE* pf = fopen("text.txt", "wb");
	if (NULL == pf)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//写文件
	fwrite(&s, sizeof(s), 1, pf);
	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

在这里插入图片描述

由于是二进制写入，以文本形式显示，就会出现以上效果，但是以二进制读取，便会读取相应的结果。

代码如下（读文件）：

#include <stdio.h>

struct S
{
	char name[20];
	int age;
	float score;
};
int main()
{
	struct S s = { 0 };
	//打开文件
	FILE* pf = fopen("text.txt", "rb");
	if (NULL == pf)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//写文件
	fread(&s, sizeof(s), 1, pf);
	printf("%s %d %f", s.name, s.age, s.score);
	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

在这里插入图片描述

3.1.5、几个函数的对比

scanf()等价于fgetc(stdin);
printf()等价于fputc(ch,stdout);

举个例子：

#include <stdio.h>

int main()
{
	char ch = fgetc(stdin);
	fputc(ch, stdout);
	return 0;
}

在这里插入图片描述

scanf：按照一定的格式从键盘输入数据
printf：按照一定的格式把数据打印（输出）到屏幕上
这两个函数适用于标准输入输出流的格式化的输入输出语句

fscanf：按照一定的格式从输入流（文件/stdin）输入数据
fprintf：按照一定的格式向输出流（文件/stdout）输出数据
这两个函数适用于所以的输入输出流的格式化输入输出语句

下面我们先举个例子了解 sprintf 和 sscanf 函数

int sprintf ( char * str, const char * format, … );
int sscanf ( const char * s, const char * format, …);

代码如下：

#include <stdio.h>

struct S
{
	char name[20];
	int age;
	float score;
};
int main()
{
	char buf[100] = { 0 };
	struct S tmp = { 0 };
	struct S s = { "zhangsan",20,95.5f };
	sprintf(buf, "%s %d %f", s.name, s.age, s.score); // 以字符串的形式打印
	printf("%s\n", buf);

	sscanf(buf, "%s %d %f", tmp.name, &(tmp.age), &(tmp.score)); // 以结构体的形式打印
	printf("%s %d %f", tmp.name, tmp.age, tmp.score);
	return 0;
}

在这里插入图片描述

sscanf：从字符串中按照一定的格式读取出格式化的数据
sprintf：把格式化的数据按照一定的格式转换成字符串

3.2、随机读写

3.2.1、fseek
根据文件指针的位置和偏移量来定位文件指针

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

举个例子：

#include <stdio.h>

int main()
{
	
	//打开文件
	FILE* pf = fopen("text.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//读文件
	fseek(pf, 3, SEEK_SET); // 从起始位置偏移3个位置
	int ch = fgetc(pf);
	printf("%c", ch);
	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

文件中的数据：
在这里插入图片描述
读取结果：

函数中的 origin 参数用作偏移量参考的位置。

有如下3种常量用作此函数参数：

常数	原始位置
SEEK_SET	从起始位置开始偏移
SEEK_CUR	从当前位置开始偏移
SEEK_END	从文件结尾向前偏移

3.2.2、ftell
返回文件指针相对于起始位置的偏移量

long int ftell ( FILE * stream );

举个例子：

#include <stdio.h>

int main()
{
	
	//打开文件
	FILE* pf = fopen("text.txt", "r");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//读文件
	fseek(pf, 3, SEEK_SET); // 从起始位置偏移3个位置
	int ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch); //d
	int pos = ftell(pf);
	printf("%d", pos); //4
	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

在这里插入图片描述
3.2.3、rewind
让文件指针的位置回到文件的起始位置

void rewind ( FILE * stream );

4、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和二进制文件

在文本文件中，数据是以字符序列的形式来表示的。
在二进制文件中，数据是以二进制位的形式来表示的。

以10000为例：
在这里插入图片描述
由此可见：

文本文件中字符数取决于数值位数。
二进制文件中字符数（字节数）不依赖于数值位数

5、文件读取结束的判定

fgetc：? 如果读取正常，会返回读取到的字符的ASCII值。
? ? ? ???如果读取失败，返回EOF。
fgets：? 如果读取正常，返回的是存放读取到的数据的地址。
? ? ? ???如果读取失败，返回NULL。
fscanf：如果读取正常，返回的是格式串中指定的数据的个数。
? ? ? ???如果读取失败，返回的是小于格式串中指定的数据的个数。