文件操作详解

一、什么是文件？

1.文件的基本概念

文件是存储在计算机或其他数字设备中的信息集合，通常以特定格式组织，用于保存数据、程序或文档。文件通过文件名和扩展名标识，例如 report.docx（文档文件）或 data.xlsx（电子表格文件）。要是没有文件，我们写的程序的数据是存储在电脑的内存中，如果程序退出，内存回收，数据就丢失了，等再次运行程序，就看不到上次程序的数据。

2.文件的常见类型

·文本文件（如 .txt、.csv）：存储纯文本或结构化数据。

·文档文件（如 .docx、.pdf）：包含格式化文本、图像等，通常由办公软件创建。

·媒体文件（如 .mp3、.mp4）：存储音频、视频或图像数据。

·可执行文件（如 .exe、.app）：包含程序指令，可直接运行。

在程序设计中，我们可以把上面的文件类型大致分为两类：程序文件、数据文件（从文件功能的角度来分类 的）。

2.1程序文件

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）。

2.2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。

本章的重点就是数据文件！

3.文件的组成要素

• 文件名：文件的唯一标识符，通常由用户自定义（如 project_plan）。
• 扩展名：后缀（如 .txt、.jpg），用于指示文件类型和关联的应用程序。
• 内容：文件内部存储的实际数据，可以是文本、图像、音频、代码等。

4.文件的管理

• 存储位置：文件保存在硬盘、U盘、云存储等介质中，通过目录（文件夹）分类管理。
• 操作：包括创建、打开、编辑、复制、移动、删除等，可通过操作系统或应用程序完成。

5.二进制文件和文本文件

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的文件中，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。

一个数据在文件中是怎么存储的呢？ 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。

两类文件的存储形式如下图所示：

6.文件的打开与关闭

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。该结构体类型是由系统声明的，取名FILE。

6.1 文件指针

文件指针是C语言中用于操作文件的重要工具，它是一个指向上述文件结构体的指针，用于跟踪文件当前读写位置。文件指针的类型为FILE*，通常与文件操作函数如fopen、fclose、fread、fwrite等配合使用。

6.2文件指针的声明与初始化

FILE* pf1;

定义pf1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间接找到与它关联的文件。用图来表达的话就是：

初始化时就可以调用文件操作函数如fopen，如下：

FILE *fp;
fp = fopen("example.txt", "r"); // 以只读模式打开文件
if (fp == NULL) {
perror("Error opening file");
return 1;
}

6.3 文件的打开与关闭

如果我们想要进行读写文件的操作，就要先把文件打开，读写完成后就要把文件关闭。

那要如何操作呢？

规定上，我们可以使用fopen来打开文件，fclose来关闭文件。

1.）fopen

第一个参数表示文件名

第二个参数mode表示文件的打开模式

以下是文件打开模式的综合：

文件打开模式表格

二进制文件模式

在模式后加 b 表示以二进制方式操作文件（如 rb, wb, ab 等）。例如：

• rb：二进制只读模式
• wb：二进制写入模式
• ab：二进制追加模式

其他加b的情况都是二进制文件的操作模式，以下略。

2.）fclose

fclose比较简单，一个参数就是指向要关闭的文件的指针。

7.文件的顺序读写

7.1文件的顺序读写函数：

7.2 根据上面的函数以及文件的打开模式，有下列的实例可供参考：

在上述代码我们可以看到，它通过fopen函数用‘w’写入模式打开目标文件，然后使用fputs函数将一串字符写入到了我们的myfile.txt文件中。

然后，我们更改打开模式为‘r'只读模式，通过fgets函数将myfile.txt文件中的字符串读取到字符串数组arr中，并将其打印。

7.3 各种scanf、printf的对比

1.)SCANF

1.1）fcanf

fscanf 是 C 语言中用于从文件中读取格式化输入的函数，类似于 scanf，但操作对象是文件流而非标准输入。函数原型如下：

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

参数：

• stream：指向文件流的指针（通过 fopen 打开）。
• format：格式化字符串，指定输入数据的解析方式。
• …：可变参数，用于存储读取的数据（需为变量地址）。

基本用法如下：

1.2）sscanf

sscanf 是 C 标准库中的一个函数，用于从字符串中按照指定格式读取数据。其功能类似于 scanf，但输入源是字符串而非标准输入。函数原型如下：

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

• str：待解析的输入字符串。
• format：格式控制字符串，指定如何解析输入。
• …：可变参数，用于存储解析结果。

以下是基本用法：

#include <stdio.h>

int main() {
const char *str = "42 3.14";
int num;
float pi;

int result = sscanf(str, "%d %f", &num, &pi);
printf("Parsed %d values: %d, %.2f\\n", result, num, pi);
return 0;
}

2.)PRINTF

2.1）fprintf

fprintf 是 C 语言标准库中的一个函数，用于将格式化输出写入文件流。其功能类似于 printf，但 printf 默认输出到标准输出（通常是屏幕），而 fprintf 可以指定输出到任意文件流（如文件、标准错误等）。函数原型如下：

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

参数：

• stream：指向文件流的指针，可以是 stdout、stderr 或通过 fopen 打开的文件。
• format：格式字符串，指定输出的格式。
• …：可变参数，根据格式字符串的要求提供相应的变量。

基本用法如下：

2.2）sprintf

sprintf 是一个在多种编程语言中用于格式化字符串的函数, printf 函数用于将格式化字符串输出到标准输出（如屏幕），而 sprintf 则是将格式化字符串写入一个字符数组（字符串）中，而不是直接输出。它返回写入的字符数（不包括结尾的空字符）。函数原型如下：

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

参数：

• str：目标字符数组，用于存储格式化后的字符串。
• format：格式化字符串，包含普通字符和格式说明符（如 %d、%f）。
• …：可变参数，根据 format 中的格式说明符填入。

基本用法如下：

#include <stdio.h>
int main() {
char buffer[50];
int num = 123;
float pi = 3.14;

// 格式化整数和浮点数
sprintf(buffer, "Number: %d, Pi: %.2f", num, pi);
printf("%s\\n", buffer); // 输出: "Number: 123, Pi: 3.14"

return 0;
}

8.文件的随机读写

有顺序读写，就要有随机读写。随机读写让我们对文件的输入输出有了更灵活的方式。

8.1 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 );

1.)fseek的第三个参数

fseek函数的第三个参数用于指定偏移量的参考位置，即从文件的哪个位置开始计算偏移量。该参数通常是一个预定义的常量，具体如下:

SEEK_SET
表示从文件开头开始计算偏移量。例如，fseek(fp, 10, SEEK_SET)将文件指针移动到距离文件开头10字节的位置。

SEEK_CUR
表示从当前文件指针位置开始计算偏移量。例如，fseek(fp, 5, SEEK_CUR)将文件指针从当前位置向后移动5字节。

SEEK_END
表示从文件末尾开始计算偏移量。例如，fseek(fp, -3, SEEK_END)将文件指针移动到距离文件末尾3字节的位置。

2.）使用案例：

int main()
{
FILE* pFile;
pFile = fopen("myfile.txt", "w");
if (pFile == NULL)
{
perror("fopen");
return 1;
}
fputs("This is an apple.", pFile);
fseek(pFile, 9, SEEK_SET);
fputs(" sam", pFile);
fclose(pFile);
return 0;
}

最后的结果就是：

我们可以看到fseek函数将指针的位置放到了原字符串的第九位，然后进行修改，就变成了“This is a sample".

8.2 ftell

返回文件指针相对于起始位置的偏移量

long int ftell ( FILE * stream );

我们可以将ftell函数与fseek函数搭配使用，举例如下：

#include<stdio.h>
int main()
{
FILE* pFile;
long size;
pFile = fopen("myfile.txt", "rb");
if (pFile == NULL)
perror("Error opening file");
else
{
fseek(pFile, 0, SEEK_END);
size = ftell(pFile);
fclose(pFile);
printf("Size of myfile.txt: %ld bytes.\\n", size);
}
return 0;
}

8.3 rewind

rewind函数用于将文件指针重置到文件的开头位置，同时清除文件流的错误标志。它常用于需要重复读取文件内容的场景，无需关闭再重新打开文件。

void rewind(FILE *stream);

典型用法如下：

FILE *file = fopen("example.txt", "r");
if (file == NULL) {
perror("文件打开失败");
return 1;
}

// 第一次读取文件内容
char buffer[100];
fgets(buffer, sizeof(buffer), file);
printf("第一次读取: %s", buffer);

// 重置文件指针到开头
rewind(file);

// 第二次读取相同内容
fgets(buffer, sizeof(buffer), file);
printf("第二次读取: %s", buffer);

fclose(file);

9. 文件读取结束判定

1.feof 的作用

当文件读取结束的时候，判断是读取结束的原因是否是：遇到文件尾结束。因此，我们不能直接使用feof 来判定文件是否读取结束。所以我们还要使用其他办法来判定。

2. 文本文件读取是否结束，判断返回值是否为EOF (fgetc),或NULL（fgets）。

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==NULL)
{
perror("File opening failed");
return 1;
}
//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)
{
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);
}

10. 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。功能大致如下图所示：

10.1 注意事项

• 程序正常终止或文件关闭时，缓冲区内容会自动刷新。
• 缓冲区未刷新时程序异常退出可能导致数据丢失。
• 默认缓冲模式因系统和文件类型而异。