4、文件读写

C中的文件

C语言具有操作文件的能力，比如打开文件、读取和追加数据、插入和删除数据、关闭文件、删除文件等。

在操作系统中除了常见的文本文件以及二进制文件，为了统一对各种硬件的操作，简化接口，不同的硬件设备也都被看成一个文件。对这些文件的操作，等同于对磁盘上普通文件的操作。例如：

• 通常把显示器称为标准输出文件，printf 就是向这个文件输出数据；
• 通常把键盘称为标准输入文件，scanf 就是从这个文件读取数据。

常见硬件设备对应的文件

文件	硬件设备
stdin	标准输入文件，一般指键盘；scanf()、getchar() 等函数默认从 stdin 获取输入。
stdout	标准输出文件，一般指显示器；printf()、putchar() 等函数默认向 stdout 输出数据。
stderr	标准错误文件，一般指显示器；perror() 等函数默认向 stderr 输出数据。
stdprn	标准打印文件，一般指打印机。

操作文件的正确流程为：打开文件 --> 读写文件 --> 关闭文件。文件在进行读写操作之前要先打开，使用完毕要关闭。

所谓打开文件，就是获取文件的有关信息，例如文件名、文件状态、当前读写位置等，这些信息会被保存到一个 FILE 类型的结构体变量中。关闭文件就是断开与文件之间的联系，释放结构体变量，同时禁止再对该文件进行操作。

在C语言中，文件有多种读写方式，可以一个字符一个字符地读取，也可以读取一整行，还可以读取若干个字节。文件的读写位置也非常灵活，可以从文件开头读取，也可以从中间位置读取。

文件流

所有的文件（保存在磁盘）都要载入内存才能处理，所有的数据必须写入文件（磁盘）才不会丢失。数据在文件和内存之间传递的过程叫做文件流，类似水从一个地方流动到另一个地方。数据从文件复制到内存的过程叫做输入流，从内存保存到文件的过程叫做输出流。

文件是数据源的一种，除了文件，还有数据库、网络、键盘等；数据传递到内存也就是保存到C语言的变量（例如整数、字符串、数组、缓冲区等）。我们把数据在数据源和程序（内存）之间传递的过程叫做数据流(Data Stream)。相应的，数据从数据源到程序（内存）的过程叫做输入流(Input Stream)，从程序（内存）到数据源的过程叫做输出流(Output Stream)。

输入输出（Input output，IO）是指程序（内存）与外部设备（键盘、显示器、磁盘、其他计算机等）进行交互的操作。几乎所有的程序都有输入与输出操作，如从键盘上读取数据，从本地或网络上的文件读取数据或写入数据等。通过输入和输出操作可以从外界接收信息，或者是把信息传递给外界。

我们可以说，打开文件就是打开了一个流。

打开文件

• 使用 <stdio.h> 头文件中的fopen()函数即可打开文件
  • 函数原型：FILE *fopen( const char * filename, const char * mode );
  • filename为文件名（包括文件路径），mode为打开方式，它们都是字符串。
  • fopen() 会获取文件信息，包括文件名、文件状态、当前读写位置等，并将这些信息保存到一个 FILE 类型的结构体变量中，然后将该变量的地址返回。

//以只写方式打开一个当前路径下test.txt文本文件
//fp 通常被称为文件指针。
FILE *fp = fopen("./test.txt","w");

判断是否打开成功

打开文件出错时，fopen() 将返回一个空指针，也就是 NULL，我们可以利用这一点来判断文件是否打开成功，

int main(){
   FILE *fp = NULL;
   if((fp = fopne("./test.txt","w")) == NULL){
      printf("File open failed");
   }
    
   return 0;
}

打开方式

读写权限和读写方式可以组合使用，但是必须将读写方式放在读写权限的中间或者尾部（换句话说，不能将读写方式放在读写权限的开头）。

整体来说，文件打开方式由 r、w、a、t、b、+ 六个字符拼成，各字符的含义是：

• r(read)：读
• w(write)：写
• a(append)：追加
• t(text)：文本文件
• b(binary)：二进制文件
• +：读和写

控制读写权限的字符串

打开方式	说明
"r"	以“只读”方式打开文件。只允许读取，不允许写入。文件必须存在，否则打开失败。
"w"	以“写入”方式打开文件。如果文件不存在，那么创建一个新文件；如果文件存在，那么清空文件内容（相当于删除原文件，再创建一个新文件）。
"a"	以“追加”方式打开文件。如果文件不存在，那么创建一个新文件；如果文件存在，那么将写入的数据追加到文件的末尾（文件原有的内容保留）。
"r+"	以“读写”方式打开文件。既可以读取也可以写入，也就是随意更新文件。文件必须存在，否则打开失败。
"w+"	以“写入/更新”方式打开文件，相当于w和r+叠加的效果。既可以读取也可以写入，也就是随意更新文件。如果文件不存在，那么创建一个新文件；如果文件存在，那么清空文件内容（相当于删除原文件，再创建一个新文件）。
"a+"	以“追加/更新”方式打开文件，相当于a和r+叠加的效果。既可以读取也可以写入，也就是随意更新文件。如果文件不存在，那么创建一个新文件；如果文件存在，那么将写入的数据追加到文件的末尾（文件原有的内容保留）。

控制读写方式的字符串

打开方式	说明
"t"	文本文件。如果不写，默认为"t"。
"b"	二进制文件。

关闭文件

• 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。
  • 函数原型：int fclose(FILE *fp);
  • 文件正常关闭时，fclose() 的返回值为0，如果返回非零值则表示有错误发生。

读写文件

以字符

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()。

读

fgetc 是 file get char 的缩写，意思是从指定的文件中读取一个字符。

• 原型：int fgetc (FILE *fp);
• fp 为文件指针。fgetc() 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。

#include<stdio.h>

int main(){
   //打开文件
   FILE *fp = NULL;
   if((fp = fopen("./test.txt","r")) == NULL){
      printf("File open failed");
      return 0;
   }
   //按照字符读取文件
   char c;
   while((c = fgetc(fp)) != EOF){
      printf("%c",c);
   }
   //关闭文件
   fclose(fp);
   return 0;
}

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。fgetc() 的返回值类型之所以为 int，就是为了容纳这个负数（char不能是负数），EOF 也不全是 -1，也可以是其他负数，这要看编译器的实现。
• 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
  • 原型：int feof ( FILE * fp );
  • 当指向文件末尾时返回非零值，否则返回零值。
• ferror() 函数用来判断文件操作是否出错
  • 原型：int ferror ( FILE *fp );
  • 出错时返回非零值，否则返回零值。

文件位置指针

• 在文件内部有一个位置指针，用来指向当前读写到的位置，也就是读写到第几个字节。在文件打开时，该指针总是指向文件的第一个字节。使用 fgetc() 函数后，该指针会向后移动一个字节，所以可以连续多次使用 fgetc() 读取多个字符。
• 注意：这个文件内部的位置指针与C语言中的指针不是一回事。位置指针仅仅是一个标志，表示文件读写到的位置，也就是读写到第几个字节，它不表示地址。文件每读写一次，位置指针就会移动一次，它不需要你在程序中定义和赋值，而是由系统自动设置，对用户是隐藏的。

写

fputc 是 file output char 的所以，意思是向指定的文件中写入一个字符。

• 原型：int fputc ( int ch, FILE *fp );
• ch 为要写入的字符，fp 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。

注意：

• 被写入的文件可以用写、读写、追加方式打开，用写或读写方式打开一个已存在的文件时将清除原有的文件内容，并将写入的字符放在文件开头。如需保留原有文件内容，并把写入的字符放在文件末尾，就必须以追加方式打开文件。不管以何种方式打开，被写入的文件若不存在时则创建该文件。
• 每写入一个字符，文件内部位置指针向后移动一个字节。

#include<stdio.h>

int main(){
   //打开文件
   FILE *fp = NULL;
   if((fp = fopen("./test.txt","w")) == NULL){
      printf("File open failed");
      return 0;
   }
   //从键盘获取字符，并写入文件，回车结束
   char c;
   while((c = getchar()) != '\n'){
      fputc(c,fp);
   }
    
   fclose(fp);
   return 0;
}

以字符串

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，以字符串读主要是用两个函数：fgets、fputs

读

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

• 原型：char *fgets ( char *str, int n, FILE *fp );
• str 为字符数组，n 为要读取的字符数目，fp 为文件指针。
• 返回值：读取成功时返回字符数组首地址，也即 str；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。

注意：

• 读取到的字符串会在末尾自动添加 '\0'，n 个字符也包括 '\0'。也就是说，实际只读取到了 n-1 个字符，如果希望读取 100 个字符，n 的值应该为 101。
• 在读取到 n-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 n 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 n 的值设置地足够大，每次就可以读取到一行数据。
• fgets() 遇到换行时，会将换行符一并读取到当前字符串。

#include<stdio.h>

#define NUM 100

int main(){
   FILE *fp = NULL;
   if((fp = fopen("./test.txt","r")) == NULL){
      printf("File open failed");
      return 0;
   }

   char c[NUM];
   //逐行读取
   while(fgets(c,999,fp) != NULL){
      printf("%s",c);
   }

   fclose(fp);
   return 0;
}

写

fputs() 函数用来向指定的文件写入一个字符串

• 原型：int fputs( char *str, FILE *fp );
• str 为要写入的字符串，fp 为文件指针。写入成功返回非负数，失败返回 EOF。

#include<stdio.h>

int main(){
   FILE *fp = NULL;
   if((fp = fopen("./test.txt","w")) == NULL){
      printf("File open failed");
      return 0;
   }

   char str[] = "Hello World\nHello C Language";
   //写入文件
   fputs(str,fp);

   fclose(fp);
   return 0;
}

以数据块（二进制）

以二进制读取数据，通常是数组或结构体。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()。

读

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。

原型：size_t fread ( void *ptr, size_t size, size_t count, FILE *fp );

写

fwrite() 函数用来向文件中写入块数据

原型：size_t fwrite ( void * ptr, size_t size, size_t count, FILE *fp );

说明

参数

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

返回值

• size_t 是在 stdio.h 和 stdlib.h 头文件中使用 typedef 定义的数据类型，表示无符号整数，也即非负数，常用来表示数量。
• 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。

对数组进行读写

写

#include<stdio.h>

int main(){
   int age[] = {18,22,55,89};

   FILE *fp = NULL;
   if((fp = fopen("./age","wb")) == NULL){
      printf("File Open Failed");
      return 0;
   }

   //将数组写入文件，每个数据块为sizeof(int)字节，一共sizeof(age) / sizeof(int)个数据块
   fwrite(age,sizeof(int),sizeof(age) / sizeof(int),fp);

   fclose(fp);

   return 0;
}

读

#include<stdio.h>

int main(){

   FILE *fp = NULL;
   if((fp = fopen("./age","rb")) == NULL){
      printf("File Open Failed");
      return 0;
   }

   int age[4];
   fread(age,sizeof(int),4,fp);

   for(int i = 0;i < 4;i++){
      printf("%d\n",age[i]);
   }

   fclose(fp);

   return 0;
}

对结构体进行读写

写

#include<stdio.h>

typedef struct Stu{
   int age;
   char *name;
}Stu;

int main(){

   FILE *fp = NULL;
   if((fp = fopen("./stu","wb")) == NULL){
      printf("File Open Failed");
      return 0;
   }

   Stu s = {18,"lucy"};
   //将一个结构体变量的值写入文件，数据块的大小就是一个结构体的大小，只写入一个数据块
   //如果是结构体数组，那么第三个参数就是数组长度
   fwrite(&s,sizeof(Stu),1,fp);
   
   fclose(fp);
   return 0;
}

读

#include<stdio.h>

typedef struct Stu{
   int age;
   char name[50];
}Stu;

int main(){

   FILE *fp = NULL;
   if((fp = fopen("./stu","rb")) == NULL){
      printf("File Open Failed");
      return 0;
   }

   Stu s;
   int i = fread(&s,sizeof(Stu),1,fp);
   printf("姓名：%s，年龄：%d",s.name,s.age);
   
   fclose(fp);
   return 0;
}

格式化读写文件

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。

函数原型

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

fprintf() 返回成功写入的字符的个数，失败则返回负数。

fscanf() 返回参数列表中被成功赋值的参数个数。

例如，将Stu结构体变量写入文件中

#include<stdio.h>

typedef struct Stu{
    char name[20];
    int age;
}Stu;

int main(){
    Stu s = {"lucy",18};

    //打开文件
    FILE *fp;
    if((fp = fopen("./stu.txt","w")) == NULL){
        printf("File opne failed");
    }

    //以规定格式写入
    fprintf(fp, "%s %d\n",s.name,s.age);

    fclose(fp);
    return 0;
}

此时，stu.txt文件内容为

lucy 18

然后，按照格式读取就可以了

#include<stdio.h>

typedef struct Stu{
    char name[20];
    int age;
}Stu;

int main(){
    FILE *fp;
    if((fp = fopen("./stu.txt","r")) == NULL){
        printf("File open failed");
    }

    Stu s;

    //从文件中按照固定格式读取
    int i = fscanf(fp,"%s %d\n",&s.name,&s.age);

    //打印
    printf("name->%s||age->%d",s.name,s.age);

    fclose(fp);
    return 0;
}

name->lucy||age->18

移动文件位置指针

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。

rewind()

函数原型：void rewind ( FILE *fp );

该函数的作用相当于重置文件位置指针，将指针移到文件开头

fseek()

函数原型：int fseek ( FILE *fp, long offset, int origin );

• fp 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);

注意：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字节和字符转换，计算的位置有时会出错。