C语言文件操作详解

1. 文件的概念

文章目录

• • 1. 文件的概念
  • • 文件的分类
    • 文件指针
    • 文件的位置指针
  • 2. 文件操作
  • • 文件的打开与关闭
    • 文件打开失败原因
    • 文件读写
    • • 字符形式读写
      • • 字符读取函数fgetc
        • 字符写入函数fputc
      • 字符串形式读写
      • • 读字符串函数 fgets
        • 写字符串函数 fputs
      • 格式化读写
      • 二进制读写
      • 随机读写
      • • 文件定位函数rewind和fseek
  • 3. 其他文件操作函数
  • 4.文件重定向
  • 5. 代码测试

文件的分类

根据数据的组织形式，数据文件可分为ASCII文件和二进制文件：

• ASCII文件(文本文件)：每一个字节放一个ASCII代码
• 二进制文件：把内存中的数据按照其在内存中的存储形式原样输出到磁盘上存放

文本文件和二进制文件的区别

1，文本文件

ASCII文件便于对字符进行逐个处理，也便于输出字符。但一般占存储空间较多，而且要花费转换时间。

在文本文件中数据是以字符形式呈现的，每一个字符占用一个字节，而字节在计算机中又是以ASCII码来识别。在存储文本文件时需要先讲ASCII码转为二进制的形式然后进行存储。
例如：在内存中将整数123以文本形式存放，如下

由于文本形式存储都是以字符形式展示的，所以整数123被拆分为三个字符‘1’，‘2’，‘3’。这三个字符所对应的ASCII码值分别为49、50、51，长方形内的数字是该ASCII码对应的二进制。

2，二进制文件

二进制文件可以节省外部存储空间和转换时间，但是一个字节并不对应一个字符，不能直接输出字符形式。

二进制文件在存储数据时是直接以二进制的方式进行的，这种存储方式与数据在牛才能中的存储方式相同，不需要进行转换，因此不仅可以提高执行效率，还能节省存储空间。
例如：在内存中将整数123以二进制形式存放(假设123为short类型)，如下

整数123在内存中是以二进制数“00000000 01111011”直接存储的，所以将二进制文件从硬盘读到内存是不需要进行数据转换的。

文件指针

在C语言中用一个指针变量指向一个文件，这个指针称为文件指针。通过文件指针就可对它所指的文件进行各种操作。

C语言内置的文件指针类型 FILE*

在标准输入输出库库中，系统定义了三个FILE型的指针常量：

• stdin(标准输入文件指针) 指向在内存中与键盘相应的文件信息区，因此，用它进行输入就蕴含了从键盘输入。
• stdout(标准输出文件指针) 指向在内存中与显示器屏幕相应的文件信息区，因此，用它进行输出就蕴含了输出到显示器屏幕。
• stderr (标准错误文件指针) 用来输出出错的信息，它也指向在内存中与显示器屏幕相应的文件信息区，因此，在程序运行时的出错的信息就输出到显示器屏幕。

文件的位置指针

位置指针用来指示当前的读写位置。

一般情况下，在对字符文件进行读写时，文件的位置指针指向文件开头，这时如果对文件进行读的操作，就读第一个字符，然后文件的位置指针顺序向后移一个位置，在下一次执行读的操作时，就将指针指向的第二个字符读入。 依此类推，直到遇文件尾。

2. 文件操作

文件的打开与关闭

打开文件

FILE*  fopen(char const* _FileName,char const* _Mode);

• fileName：需要打开的文件名，也就是准备访问的文件的名字;
• mode：文件打开模式(“读”还是“写”等) ;
• 返回值：指向被打开的文件。

关闭文件

int  fclose(FILE* _Stream);

文件一旦使用完毕，应该用 fclose() 函数把文件关闭，以释放相关资源，避免数据丢失。

文件的打开模式

模式	含义	说明
r	只读	文件必须存在，否则打开失败
w	只写	若文件存在，则清除原文件内容后写入；否则，创建文件后写入
a	追加只写	若文件存在，则位置指针移到文件末尾，在文件尾部追加写入，故该方式不删除原文件数据；若文件不存在，则打开失败
r+	读写	文件必须存在。在只读 r 的基础上加 ‘+’ 表示增加可写的功能。
w+	读写	在只写 w 的基础上加 ‘+’ 表示增加可读的功能
a+	读写	在”a”模式的基础上，增加可读功能
rb	二进制读	功能同模式”r”，区别：b表示以二进制模式打开。下同
wb	二进制写	功能同模式“w”。二进制模式
ab	二进制追加	功能同模式”a”。二进制模式
rb+	二进制读写	功能同模式"r+”。二进制模式
wb+	二进制读写	功能同模式”w+”。二进制模式
ab+	二进制读写	功能同模式”a+”。二进制模式

文件打开失败原因

在文件操作总经常会出现文件打开失败问题,总结主要有以下几点原因。

1. 用”r”只读的方式打开一个不存在的文件

2. 文件路径错误

3. 文件名非法
   

4. 权限不够:以管理员身份运行该程序即可
   

文件读写

在C语言中，读写文件比较灵活，既可以每次读写一个字符，也可以读写一个字符串，甚至是任意字节的数据（数据块）。

字符形式读写

字符读取函数fgetc

以字符形式读写文件时，每次可以从文件中读取一个字符，或者向文件中写入一个字符。主要使用两个函数，分别是 fgetc() 和 fputc()。

int  fgetc(FILE* _Stream);

• 读取成功时返回读取到的字符，读取到文件末尾或读取失败时返回EOF。
  • EOF 是 end of file 的缩写，表示文件末尾，是在 stdio.h 中定义的宏，它的值是一个负数，往往是 -1。

【示例】在屏幕上显示demo.txt文件的内容

#include<stdio.h>

int main(int argc,char*argv[])
{
    FILE* fp = fopen("demo.txt","r");
    if(fp == NULL)
    {
        perror("文件打开失败:");
        return -1;
    }

    char ch = '\0';
    while ((ch = fgetc(fp)) != EOF)	//逐字符读取，直到读取完毕
    {
       putchar(ch);
    }
    
    //判断文件是否出错，其实文件很少出错，可以不加
    if(ferror(fp)){
        puts("读取出错");
    }else{
        puts("读取成功");
    }
    
    fclose(fp);
    
    return 0;
}

EOF 本来表示文件末尾，意味着读取结束，但是很多函数在读取出错时也返回 EOF，那么当返回 EOF 时，到底是文件读取完毕了还是读取出错了？我们可以借助 stdio.h 中的两个函数来判断，分别是 feof() 和 ferror()。

feof() 函数用来判断文件内部指针是否指向了文件末尾，当指向文件末尾时返回非零值，否则返回零值。

int feof(FILE* _Stream);

ferror() 函数用来判断文件操作是否出错，出错时返回非零值，否则返回零值。

int ferror ( FILE *fp );

if (feof(fp))
{
	break;
}

字符写入函数fputc

int  fputc(int   ch, FILE* _Stream);

• ch 为要写入的字符，Stream为文件指针。fputc() 写入成功时返回写入的字符，失败时返回 EOF，返回值类型为 int 也是为了容纳这个负数

字符串形式读写

fgetc() 和 fputc() 函数每次只能读写一个字符，速度较慢；实际开发中往往是每次读写一个字符串或者一个数据块，这样能明显提高效率。

读字符串函数 fgets

fgets() 函数用来从指定的文件中读取一个字符串，并保存到字符数组中，它的用法为：

char*  fgets(char* _Buffer,int  _MaxCount,FILE* _Stream);

• buffer为字符数组
• maxcount为要读取的字符数量(不要超过buffer字符数组的大小)
• stream 文件指针
• 返回值：读取成功时返回字符数组首地址，也就是buffer；读取失败时返回 NULL；如果开始读取时文件内部指针已经指向了文件末尾，那么将读取不到任何字符，也返回 NULL。
• 需要重点说明的是，在读取到 MaxCount-1 个字符之前如果出现了换行，或者读到了文件末尾，则读取结束。这就意味着，不管 MaxCount的值多大，fgets() 最多只能读取一行数据，不能跨行。在C语言中，没有按行读取文件的函数，我们可以借助 fgets()，将 MaxCount的值设置地足够大，每次就可以读取到一行数据。

写字符串函数 fputs

fputs() 函数用来向指定的文件写入一个字符串，它的用法为：

int  fputs(char const* _Buffer,FILE*  _Stream);

格式化读写

fscanf() 和 fprintf() 函数与前面使用的 scanf() 和 printf() 功能相似，都是格式化读写函数，两者的区别在于 fscanf() 和 fprintf() 的读写对象不是键盘和显示器，而是磁盘文件。

int fscanf ( FILE *_Stream, char * format, ... );
int fprintf ( FILE *_Stream, char * format, ... );

_Stream为文件指针，format 为格式控制字符串，… 表示参数列表。与 scanf() 和 printf() 相比，它们仅仅多了一个 fp 参数。

二进制读写

fgets() 有局限性，每次最多只能从文件中读取一行内容，因为 fgets() 遇到换行符就结束读取。如果希望读取多行内容，需要使用 fread() 函数；相应地写入函数为 fwrite()。

fread() 函数用来从指定文件中读取块数据。所谓块数据，也就是若干个字节的数据，可以是一个字符，可以是一个字符串，可以是多行数据，并没有什么限制。fread() 的原型为：

size_t fread(void*  Buffer,size_t ElementSize,size_t ElementCount,FILE*  Stream);

fwrite() 函数用来向文件中写入块数据，它的原型为：

size_t  fwrite(void const* Buffer,size_t ElementSize,size_t ElementCount,FILE* Stream);

对参数的说明：

• Buffer为内存区块的指针，它可以是数组、变量、结构体等。fread() 中的 Buffer用来存放读取到的数据，fwrite() 中的 Buffer用来存放要写入的数据。
• ElementSize：表示每个数据块的字节数。
• ElementCount：表示要读写的数据块的块数。
• Stream：表示文件指针。
• 理论上，每次读写 size*count 个字节的数据。

返回值：返回成功读写的块数，也即 count。如果返回值小于 count：

• 对于 fwrite() 来说，肯定发生了写入错误，可以用 ferror() 函数检测。
• 对于 fread() 来说，可能读到了文件末尾，可能发生了错误，可以用 ferror() 或 feof() 检测。

【示例】从键盘输入一个数组，将数组写入文件再读取出来。

#include<stdio.h>
#define N 5
int main(){
    //从键盘输入的数据放入a，从文件读取的数据放入b
    int a[N], b[N];
    int i, size = sizeof(int);
    FILE *fp;

    if( (fp=fopen("D:\\demo.txt", "rb+")) == NULL ){  //以二进制方式打开
        puts("Fail to open file!");
        exit(0);
    }
  
    //从键盘输入数据 并保存到数组a
    for(i=0; i<N; i++){
        scanf("%d", &a[i]);
    }
    //将数组a的内容写入到文件
    fwrite(a, size, N, fp);
    //将文件中的位置指针重新定位到文件开头
    rewind(fp);
    //从文件读取内容并保存到数组b
    fread(b, size, N, fp);
    //在屏幕上显示数组b的内容
    for(i=0; i<N; i++){
        printf("%d ", b[i]);
    }
    printf("\n");

    fclose(fp);
    return 0;
}

打开 demo.txt，发现文件内容根本无法阅读。这是因为我们使用"rb+"方式打开文件，数组会原封不动地以二进制形式写入文件，一般无法阅读。

数据写入完毕后，位置指针在文件的末尾，要想读取数据，必须将文件指针移动到文件开头，这就是rewind(fp);的作用。

随机读写

前面介绍的文件读写函数都是顺序读写，即读写文件只能从头开始，依次读写各个数据。但在实际开发中经常需要读写文件的中间部分，要解决这个问题，就得先移动文件内部的位置指针，再进行读写。这种读写方式称为随机读写，也就是说从文件的任意位置开始读写。

实现随机读写的关键是要按要求移动位置指针，这称为文件的定位。

文件定位函数rewind和fseek

rewind() 用来将位置指针移动到文件开头，前面已经多次使用过，它的原型为：

void rewind ( FILE *Stream );

fseek() 用来将位置指针移动到任意位置，它的原型为：

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

参数说明：

• Stream为文件指针，也就是被移动的文件。
• offset 为偏移量，也就是要移动的字节数。之所以为 long 类型，是希望移动的范围更大，能处理的文件更大。offset 为正时，向后移动；offset 为负时，向前移动。
• origin 为起始位置，也就是从何处开始计算偏移量。C语言规定的起始位置有三种，分别为文件开头、当前位置和文件末尾，每个位置都用对应的常量来表示：

起始点	常量名	常量值
文件开头	SEEK_SET	0
当前位置	SEEK_CUR	1
文件末尾	SEEK_END	2

例如，把位置指针移动到离文件开头100个字节处：

fseek(fp, 100, 0);

值得说明的是，fseek() 一般用于二进制文件，在文本文件中由于要进行转换，计算的位置有时会出错。

3. 其他文件操作函数

ftell 用于得到文件位置指针当前位置相对于文件首的偏移字节数，ftell一般用于读取文件的长度。

long  ftell(FILE* Stream);

remove 用于删除指定的文件，如果文件被成功删除，则返回零值。

int  remove(char const* FileName);

rename 用于重名/移动文件，成功返回0，失败返回非零

int  rename(char const* OldFileName,char const* NewFileName);

• 将oldname 指定的文件或目录的名称更改为newname。

• 如果oldname和newname指定不同的路径并且系统支持，则文件将移动到新位置。

• 如果newname命名现有文件，则该函数可能会失败或覆盖现有文件，具体取决于特定的系统和库实现

4.文件重定向

• 重定向输出到指定文件

freopen("output.txt","w",stdout);

• 取消重定向(重新重定向到控制台)

freopen("CON","w",stdout)

示例:

FILE* fp = freopen("output.txt","w",stdout);
if(!fp)
{
    perror("重定向失败！\n");
}

printf("hello world!\n");	//会输出到文件里
puts("maye");				//同上
putchar('A');				//同上

fprintf(stderr,"has error：");	//标准错误，不能重定向，只能输出到黑窗口

fp = freopen("CON","w",stdout);
if(!fp)
{
    perror("重定向恢复失败！\n");
}

5. 代码测试

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

#define N 5
int main()
{
	FILE* fp = fopen("demo.txt", "w+");
	if (!fp)
	{
		perror("文件打开失败!\n");
		exit(-1);
	}
	FILE* fp2 = fopen("result.txt", "w+");
	if (!fp2)
	{
		perror("文件打开失败!\n");
		exit(-1);
	}
#if 0
	char ch = '\0';
	for (int i = 0; i < 26; i++)
	{
		fputc('A' + i, fp);
		if (i % 5 == 0)
		{
			fputc('\n', fp);
		}
	}
	rewind(fp);	//移动到文件开头

	while (ch = fgetc(fp) )
	{
		if (feof(fp))
		{
			break;
		}
		putchar(ch);
	}
#elif 0
	const char ch[20] = "woainihhdhahwdd";
	fputs(ch, fp);	//写入文件
	rewind(fp);

	char result[20];
	//读取文件
	fgets(result, sizeof(result) / sizeof(result[0]), fp);
	printf("%s", result);

#elif 0
	fputs("25 woaini 666\n", fp);
	rewind(fp);
	char ch;
	int num = 0;
	char s[10];
	fscanf(fp, "%d %s", &num, s);		//从文件读取
	fprintf(fp2, "%s\t%d\n", s, num);	//往文件写入
	rewind(fp2);
	while ((ch = fgetc(fp2)) != EOF)
	{
		putchar(ch);
	}
#elif 1
	size_t num = 0;
	int a[N], b[N];
	for (int i = 0; i < N; i++)
	{
		scanf("%d", &a[i]);
	}
	//二进制读写
	fwrite(a, sizeof(int), N, fp2);
	fseek(fp2, 0, SEEK_SET);//文件开头
	fread(b, sizeof(int), N, fp2);
	for (int i = 0; i < N; i++)
	{
		printf("%d", b[i]);
	}
	//ftell获取当前位置到文件开头的字节数
	long num1 = 0;
	fseek(fp2, 0, SEEK_END);
	num1 = ftell(fp2);
	printf("\n%ld\n", num1);

	rename("./result.txt", "./hhh.txt");

#endif
	fclose(fp);
	fclose(fp2);
	system("pause");
	return 0;
}