C语言之文件操作

前些时候，我们学习的C语言程序都是由输入输出和算法组成的控制台程序。我们在终端上来输入我们提供的数据，然后程序也会通过终端来告诉我们最终运行的结果。

 

但是，可能有的同学已经观察到了，我们日常使用的别人开发的程序，大多数都是通过文件来提供数据的。比如一个Excel的报表，程序可以直接来分析里面的数据。再比如，一个TXT格式的电子书，程序可以直接分析有多少字、多少个章节，甚至还可以生成出一个目录来。

拥有这样能力的程序，是不是感觉功能强大了许多？这就要用到我们今天要讲到的内容——「文件操作」。

关于文件

在我们比较熟悉的Windows系统下，文件类型的区分是用「扩展名」来进行的。但其实扩展名并不是指「文件格式」，它只是一个「门牌号」而已。至于它到底对不对，那系统就不知道了。可能有很多的新手，在遇到格式的问题的时候，会认为直接更改扩展名，就能实现格式转换。不瞒你们说，我小时候也有过这种想法。但是后来发现，不行。举个例子，现在有一个 MP3 的文件，要转成 AAC。这两个文件从编码上来讲，就是不一样的。MP3 只能用 MP3 的方式去读取，AAC 只能用 AAC 的方式去读取。如果你把扩展名直接改成 AAC，那么系统就被你骗了，就会用 AAC 的方式去读取实际还是 MP3 的文件，当然是不行了。

不同的扩展名，就对应了不同的读取方式。「EXE」 就代表 Windows 系统下的可执行二进制文件，「TXT」是纯文本文件，等等。

在 Linux 和 Unix 操作系统下，文件的定义就宽泛多了。不光软件，硬件也可以叫文件。也就是说，硬件实际上也是当做文件的方式来处理的。

在C语言中，文件一般分为两种，一种是二进制文件，就是我们编译出来的那个东西，我们是看不懂的；另一种是文本文件，也就是我们常说的源代码。

打开和关闭文件

我们要对一个文件进行操作，首先我们需要把文件打开，然后才能读或者写。对文件操作完成后，我们还要将文件关闭。

C语言中的打开文件使用fopen函数，通式如下：

fopen("文件路径", "模式")

如果打开文件成功，则会返回一个FILE结构的指针，通过这个指针，我们就可以对这个文件进行操作；如果打开文件失败，则会返回NULL。

下面是所有的模式：

 

前面几个都好理解，只是最后一个，为啥要区分一个二进制出来呢？

不加「b」的情况下，就是以文本的形式来打开。因为在不同的操作系统中，换行符是不同的。Unix系统用\n，MacOS用\r，而Windows用的是\r\n，那么在文本模式下打开，C语言会根据系统环境的不同，来转化换行符。而在二进制的模式下，就不会进行任何的转换。

当你对文件操作完毕后，一定要记得把文件用fclose()函数来关闭。其实我们在打开文件后的所有操作，实际上都被记录到了缓存里，只有执行了关闭后，我们的更改才会生效。如果关闭成功，则函数会返回0；失败的话，就会返回EOF。关闭成功后，我们创建的文件指针就会失效。

//Example 01
//学习交流群：782648055
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(void)
{
    FILE* f;
    int chr;
    if ((f = fopen("file1.txt", "r")) == NULL)
    {
        printf("打开失败！\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    while ((chr = getc(f)) != EOF)
    {
        putchar(chr);
    }
    
    fclose(f);
    return 0;
}

//file1.txt中的内容
C programming makes me happy!

//Consequence 01
C programming makes me happy!

顺序读写文件

打开了文件之后，就可以进行我们的操作了。

读写单个字符

读取单个字符，我们可以用fgetc和getc这两个来实现。它们的作用，就是读取一个字符，然后将光标移动到下一个位置。

#include <stdio.h>
...
int fgetc(FILE* stream);
int getc(FILE* stream);

函数的参数，是一个FILE结构体的指针，也就是一个准确读取的文件流。读取成功就会将读取到的unsigned char内容转化为int并返回；文件结束或者读取失败就返回EOF。

这俩函数不同的地方就在于，fgetc是函数实现，而getc是用宏实现。宏会产生大量的代码量，但是没有函数调用堆栈的步骤，所以速度会快很多。但是宏的展开可能会多次调用参数，因此如果参数中含有自增、自减这种副作用的的方法，就只能用函数实现的fgetc了。

写入单个字符，我们可以用fputc和putc，带有f的，就是函数，另一个就是宏的实现的了。

#include <stdio.h>
...
int fputc(int c, FILE* stream);
int putc(int c, FILE* stream);

第一个参数是你要写入的字符，第二个是你要写入的文件流。

读写整个字符串

这里就要用到fgets和fputs两个函数了。

#include <stdio.h>
...
char* fgets(char* s, int size, FILE* stream);
int fputs(const chat* s, FILE* stream);

其中，fgets有三个参数，第一个是一个字符型指针，用来存放读取的数据；第二个用来指定读取的长度（包含'\0'）；第三个是用于指定读取的文件流。

函数调用成功后，会返回第一个参数所指向的地址。如果读取到EOF则eof指示器被设置。若一开始就读取到EOF，第一个参数的内容不变，返回NULL。若读取发生错误，则error指示器被设置，函数返回NULL，第一个参数内容可能会被改变。

fputs第一个参数用于存放待写入的数据，第二个是指定待写入的文件流。函数调用成功，返回一个非 0 值，失败则返回EOF。

格式化读写文件

在文件里，我们就不能用我们熟悉的scanf和printf了。但是C语言也提供一组类似的函数：fscanf和fprintf。

用法上，第一个参数用于指定文件流，后面的就是照搬的scanf和printf中的参数。

//Example 02
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>

int main(void){
    FILE* fp;
    struct  tm* p;
    time_t t;
    
    time(&t);
    p = localtime(&t);

    //写入日期到文件
    if ((fp = fopen("date.txt", "w")) == NULL)
    {
        printf("打开文件失败！\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    fprintf(fp, "%d-%d-%d", 1900 + p -> tm_year, 1 + p -> tm_mon, p -> tm_mday);
    fclose(fp);

    //读取文件日期，输出到终端
    int year, month, day;

    if ((fp = fopen("date.txt", "r")) == NULL)
    {
        printf("打开文件失败！\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    fscanf(fp, "%d-%d-%d", &year, &month, &day);
    printf("%d-%d-%d\n", year, month, day);

    fclose(fp);
    return 0;
}

//date.txt中的内容
2020-6-15

//Consequence 02
2020-6-15

二进制读写

我们用fopen函数可以用二进制的方式来打开一个文件，但实际上我们要用二进制的方式来读写，还得用相应的函数才行。

C语言提供了fread和fwrite两个函数来实现二进制的读取和写入。

#include <stdio.h>
...
size_t fread(void* ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE* stream);
size_t fwrite(const void* ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE* stream);

首先来看fread。这个函数有四个参数。第一个指向存放数据的地址，第二个指定读取的每个元素的尺寸，第三个指定准备读取的元素个数，最后一个指向待读取的文件流。

函数调用成功，会返回读取到的元素个数，如果实际读取的比第三个参数小，那么可能会一直读取到文件末尾或者发生错误，这种情况就要通过foef和ferror来进一步判断。

然后是fwrite，也是有四个参数。第一个是指向存放数据的地址，第二个是指定待写入的每个元素的尺寸，第三个是指定待写入的元素的个数，最后一个是指向待写入的文件流。

 

随机读写文件

刚刚我们介绍的，都是从文件头开始读写。但是我们实际生产生活中，很多时候我们是需要任意修改的。比如改一个文档，很有可能是中间的什么地方错了，或者是表达有不妥。那么这个时候如果你还要从头开始去检索，那样效率就太低了。

于是，C语言也为我们提供了这个功能，就是随机读写。

首先，我们要了解光标的位置，才能够更好地运用这个功能。C语言为我们提供了ftell函数，它可以告诉我们现在的光标位置。

#include <stdio.h>
...
long ftell(FILE* stream);

如果将一个文件看成一个数组，那么这个函数返回的就是这个数组的下标。

//Example 01
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(void){
    FILE* fp;

    if ((fp = fopen("data.txt", "w")) == NULL)
    {
        printf("文件打开失败！\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    printf("%ld\n", ftell(fp));
    fputc('T', fp);
    printf("%ld\n", ftell(fp));
    fputs("echZone\n", fp);
    printf("%ld\n", ftell(fp));

    fclose(fp);
    
    return 0;
}

//data.txt中的内容
TechZone

//Consequence 01
0
1
10

如果你想将光标快速移动到文件头，可以用rewind函数来实现。

...
rewind(fp);
fputs("Hello", fp);

fclose(fp);
...

//data.txt中的内容
Helloone

可以看到，它会覆盖我们前面的数据。

有的同学可能会说了，你这不还是没解决问题吗？

好的，那就来解决下问题吧。C语言给我们提供了一个函数fseek，这个函数可以直接把光标跳转到我们想要的位置。

#include <stdio.h>
...
int fseek(FILE* stream, long int offset, int whence);

第一个参数是指的我们要读取的文件流，第二个是偏移量（往后走是正数，往前走是负数），第三个是指的开始偏移的位置。

值描述SEEK_SET文件开头SEEK_CUR当前位置SEEK_END文件末尾

如果我要定位到第一百个字符的位置，那么：

fseek(fp, 100, SEEK_SET)

倒数第 10 个就要这样：

fseek(fp, -10, SEEK_END)

标准流

标准输入，标准输出和标准错误输出

一般C语言程序在执行的时候，都会有 3 个面向终端的文件流，分别是「标准输入」，「标准输出」和「标准错误输出」。我们之前用printf的时候，其实就是在往标准输出流中写入字符串；用scanf的时候，其实就是函数在从标准输入流中读取字符串。当然，我们写的程序也不可能一直都是正确的，警告和报错的情况时有发生，这个时候其实就是对标准错误输出中写入数据。

这三个流，我们就将它们称为：「标准流」

C语言分别为这三个标准流提供了对应的文件指针：stdin，stdout，stderr

比如打开文件失败的时候，就可以这样显示：

...
    fputs("打开文件失败！\n", stderr);
 exit(EXIT_FAILURE);
...

这样就不用printf这种“不专业”的错误指示方法了。

打开文件失败！

错误处理

每个流的内部都有两个指示器。一个是「文件结束指示器feof」，当遇到文件末尾时被设置；另一个是「错误指示器ferror」，当读写文件出错时被设置。

...
if (ferror(fp))
{
    fputs("出错了！\n", stderr);
}
...

而使用clearerr可以人为地清除两个指示器的状态：

...
    clearerr(fp);
...

错误指示器只能判断是否出了错误，但具体是什么错误，那就要看errno和perror了。

首先看errno。这个函数包含在errno.h这个头文件中。它会返回一个错误码。

#include <errno.h>
...
printf("打开文件失败：%d\n", errno);
...

举个例子：

打开文件失败：2

但是这个错误代码不是所有人都知道它的含义。所以C语言又提供了一个函数perror，它可以直接用文字来提示我们错误的地方。

#include <stdio.h>
...
perror("打开文件失败，原因是");
...

结果是这样的：

打开文件失败，原因是：No such file or directory

中间的冒号是自动加上的。

或许以后在你的开发生涯中，用的最多的不是C语言，但这门语言对你带来的提升，那是不可忽视的。最后，祝各位学有所成！

B站：C/C++详细视频教程链接

本文地址：https://blog.csdn.net/xiangxin1030/article/details/107302563