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- 6 C语言文件操作
- 6.1 文件
- 6.1.1 文件类型
- 6.1.2 文件名
- 6.2 数据在文件中的存储
- 6.3 缓冲文件系统
- 6.3.1 文件缓冲区
- 6.3.2 文件指针
- 6.4 文件的打开和关闭
- 6.5 文件的顺序读写
- 6.5.1 流的概念
- 6.5.2 文件读写函数
6 C语言文件操作
6.1 文件
什么是文件呢?简单来说文件就是用来保存数据的东西。我们这里讲的文件是指保存在磁盘中的文件,当然文件也可以保存在光盘、U盘等设备中1。
使用文件有以下好处:
(1)可以长期保存数据,文件中的数据可以多次使用,不会因为断电而消失1。
(2)使用文件便于数据的管理和检索,操作系统以文件为单位管理磁盘中的数据较为方便2。
6.1.1 文件类型
在程序设计中,我们谈的文件一般有两种:程序文件、数据文件。程序文件包括源程序文件(C语言的源程序后缀为.c),目标文件(后缀为.obj),可执行程序(后缀为.exe)。程序运行时用于读写的数据可以保存在数据文件中,数据文件保存的内容也可以是代码文本,这里讨论的是数据文件。
根据数据的组织形式,数据文件被分为文本文件和二进制文件。区分文本文件和二进制文件的方法就是查看文件中数据,即只有当文件中的数据确定后,文件的类型才确定。如果数据在外存3上以ASCII码的形式存储在文件中,则该文件是文本文件。内存中的二进制数据,如果不加转换的保存到外存的文件中,则该文件就是二进制文件。
教给大家一个辨别文本文件和二进制文件的小技巧,使用文本编辑器(比如记事本)打开一个文件,如果看到的是乱码,则说明该文件是二进制文件。如图6.1.1所示,用记事本打开的一个PDF文件,看到的是乱码,即这个文件是二进制文件,一般PDF文件都是二进制文件4。平时我们用pdf阅读器打开PDF文件,内容之所以能够看懂,是因为pdf阅读器将二进制数据转换成了我们能看懂的内容。
6.1.2 文件名
每个文件都有一个唯一的文件标识,以便用户识别和引用。为了方便起见,我们把文件标识称为文件名。
文件名包含3部分:文件路径+文件名主干+文件后缀
其中c:\code\是文件路径,test是文件名主干,.txt是文件后缀,一般情况下,我们很容易忽视文件的路径,但它对于文件来说是不可少的,引用文件通常要指定文件的路径,除非文件处于当前文件夹下。文件后缀是可以省略的,后缀名无法决定文件类型,后缀的作用是通常被用于软件解析,换句话说,后缀名决定了文件的默认打开方式。
6.2 数据在文件中的存储
数据在文件中是怎么存储的呢?
数据存在两种类型,对于字符型数据一律以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。
如图6.2.1所示,有一个数据10000,如果以ASCII码的形式保存,则占用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(VS 2019测试结果)。
下面我们用程序验证一下,将数据10000以二进制形式保存在文件test.txt中:
#include <stdio.h>
int main()
{
int a = 10000;
FILE* pf = fopen("test.txt", "wb");
fwrite(&a, 4, 1, pf);//以二进制的形式保存在文件中
fclose(pf);
pf = NULL;
return 0;
}
如图6.2.2所示,在磁盘中(即工程所在的文件夹中)生成了test.txt文件。如果用记事本打开test.txt文件,可以从图6.2.3看到是乱码,这是因为,test.txt是二进制文件,所以看不懂。
我们可以在visual studio编译器中查看这个文件,这样就可以看懂了。操作如下:
首先将test.txt添加到项目里。
在项目里更改test.txt的打开方式。
设置完毕后双击打开test.txt文件。
可以看到vs2019将二进制数据10000以十六进制展示出,这时候我们就可以看懂了,可以看出数据是以小端字节序存储5的。
6.3 缓冲文件系统
6.3.1 文件缓冲区
ANSIC 标准采用“缓冲文件系统”处理的数据文件的。如图6.3.1所示,在缓冲文件系统中,操作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”,文件缓冲区包括输出缓冲区和输入缓存区。若从内存向磁盘输出数据会先送到内存中的输出缓冲区,当数据装满缓冲区后才一起送到磁盘上。如果内存从磁盘读入数据,则先从磁盘文件中读取数据,然后把数据放在输入缓冲区,当数据充满缓冲区或刷新缓冲区时,再从缓冲区逐个地将数据送到内存中的程序数据区。缓冲区的大小由C编译系统决定。
6.3.2 文件指针
缓冲文件系统中,关键的概念是“文件类型指针”,简称“文件指针”。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)。文件信息区由一个结构体变量描述,该结构体类型是由系统声明的,取名FILE。
不同的C编译器的FILE类型包含的内容不完全相同,但是大同小异。例如,VS2008编译环境提供的 stdio.h 头文件中有以下的文件类型申明:
struct _iobuf {
char *_ptr;
int _cnt;
char *_base;
int _flag;
int _file;
int _charbuf;
int _bufsiz;
char *_tmpfname;
};
typedef struct _iobuf FILE
每当打开一个文件的时候,系统会根据文件的情况自动创建一个FILE结构的变量,并填充其中的信息,使用者不必关心细节。一般都是通过一个FILE的指针来维护这个FILE结构的变量,这样使用起来更加方便。
下面我们可以创建一个FILE*的指针变量:
FILE* pf;//文件指针变量
以上,定义的pf是一个指向FILE类型的指针变量,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操作对应的文件。那么到底如何利用文件指针操作文件呢?文件的操作无非是读、写、删除、重命名。而在读、写操作前首先要打开文件,并在操作结束后要关闭文件。
6.4 文件的打开和关闭
ANSIC 规定使用fopen函数来打开文件,fclose来关闭文件。在程序中,打开文件的同时,都会返回一个FILE*的指针变量指向该文件,也相当于建立了指针和文件的关系。例如:
FILE * fopen ( const char* filename, const char* mode );
int fclose ( FILE* stream );//关闭文件
其中,filename是文件名,mode是打开方式,打开方式的选项如下表所示。
下面的例程是以只写的方式打开文件,
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
int main()
{
FILE* pFile;
pFile = fopen("myfile.txt", "w"); //以只写的方式打开文件
if (pFile != NULL)
{
fputs("fopen example", pFile); //向文本文件中写入字符型数据
fclose(pFile);
}
pFile = NULL; //将指针置为空,防止产生野指针
return 0;
}
因为打开文件的数量是有上限的,所以每次打开文件,操作结束后都要关闭文件,否则打开的文件过多,会造成打开失败。在stdio.h中可以查看文件打开最大数量为20个。
6.5 文件的顺序读写
6.5.1 流的概念
下表是文件的读写函数。
请注意流的概念,流可以借水流进行理解,我们写入和读取数据时,就是向流中扔数据和捞数据。刚开始学C语言的时候,利用printf可以在屏幕上打印字符,实际上在使用printf函数时,系统默认打开三个流:
标准输入流:stdin
标准输出流:stdout
标准错误流:stderr
printf把数据扔进标准输出流中,数据就会被自动输出到屏幕上。我们可以看到函数fputc适用于所有输出流,下面就通过程序演示如何利用fputc向标准输出流和文件中写数据。fputc一次只能将一个字符写入流中。
6.5.2 文件读写函数
本节给出一些文件读写函数的使用例子,供大家参考,更多的文件读写函数请点击查看:文件输入/输出 - cppreference.
(1)字符输入函数fgetc
利用fgetc从标准输入流读取一个字符
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
int main()
{
int ch = fgetc(stdin);// 利用fgetc从标准输入流读取一个字符
printf("\n%c\n", ch);//将读入的字符打印到屏幕
return 0;
}
程序运行后,等待输入一个字符,然后fgetc将读入的字符保存在ch中,利用printf将读入的字符打印输出。
利用fgets从文件中读取一个字符,下面这个例程,给出了如何连续读取字符的方法。(文件输入流),fgetc的返回值为EOF时,读取文本结束
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
int main()
{
FILE* pFile;
pFile = fopen("myfile.txt", "r"); //以只读的方式打开文件,文件必须存在才能打开成功
if (pFile == NULL)//如果打开失败
{
perror("fopen");
return 1;
}
int ch = 0; //fgetc返回的是ASCII码,故可以用整数变量接收,另外用int型,还考虑了接收EOF
while ((ch = fgetc(pFile)) != EOF)//从文本文件中读字符,当读取失败时,返回EOF
{
printf("%c ", ch);
}
fclose(pFile);
pFile = NULL; //将指针置为空,防止产生野指针
return 0;
}
(2)字符输出函数fputc
将一个字符写入到标准输出流:
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
int main()
{
fputc('L', stdout);// 将一个字符写入标准输出流
return 0;
}
利用fputc将一个字符写入文件中(文件流)
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
int main()
{
FILE* pFile;
pFile = fopen("myfile.txt", "w"); //以只写的方式打开文件,若文件不存在,则新建一个文件
if (pFile == NULL)//如果打开失败
{
perror("fopen");
return 1;
}
fputc('L', pFile);// 将一个字符写入文件
fputc('O', pFile);
fputc('V', pFile);
fputc('E', pFile);
fclose(pFile);
pFile = NULL; //将指针置为空,防止产生野指针
return 0;
}
我们在工程的文件夹下打开文件myfile.txt,可以看到数据已被成功写入。
(3)文本行输入函数fgets
fgets的返回值为NULL时,读取文本结束。
/***************************************
程序功能:利用fgets从标准输入流读取一行文本
时间:2021年5月25日22:06:45
将读入的数据保存在str字符数组中
****************************************/
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
int main()
{
char str[100] = { 0 };
fgets(str, 2, stdin);
printf("%s", str);//将读入的字符串打印到屏幕
return 0;
}
从标准输入流中读入2个字符,最后一个字符默认为回车,所以最终的输出为I。
/***************************************
程序功能:利用fgets从文件中读取一行文本
时间:2021年5月25日22:27:09
****************************************/
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
int main()
{
FILE* pFile;
pFile = fopen("myfile.txt", "r"); //以只读的方式打开文件,文件必须存在才能打开成功
if (pFile == NULL)//如果打开失败
{
perror("fopen");
return 1;
}
char str[100] = { 0 };
fgets(str, 4, pFile);
printf("%s", str);//将读入的字符串打印到屏幕
fclose(pFile);
pFile = NULL; //将指针置为空,防止产生野指针
return 0;
}
(4)文本行输出函数fputs
/***************************************
程序功能:利用fputs将一行文本写入标准输出流
时间:2021年5月25日22:06:45
****************************************/
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
int main()
{
fputs("I love dog.", stdout);
return 0;
}
/***************************************
程序功能:fputs将一行文本写入文件
时间:2021年5月25日22:12:50
****************************************/
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
int main()
{
FILE* pFile;
pFile = fopen("myfile.txt", "w"); //以只写的方式打开文件,若文件不存在,则新建一个文件
if (pFile == NULL)//如果打开失败
{
perror("fopen");
return 1;
}
fputs("I love dog.", pFile);
fclose(pFile);
pFile = NULL; //将指针置为空,防止产生野指针
return 0;
}
(5)格式化输入函数fscanf
fscanf针对所有输入流的格式化输入语句
/***************************************
程序功能:fscanf从文件读数据
时间:2021年5月25日22:51:05
****************************************/
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
struct S
{
char name[40];
int age;
};
int main()
{
FILE* pFile;
pFile = fopen("myfile.txt", "r"); //以只读的方式打开文件,文件必须存在才能打开成功
if (pFile == NULL)//如果打开失败
{
perror("fopen");
return 1;
}
struct S s = { 0 };
fscanf(pFile, "%s %d", s.name, &(s.age)); //读数据
printf("%s %d", s.name, s.age); //打印
fclose(pFile);
pFile = NULL; //将指针置为空,防止产生野指针
return 0;
}
读数据的时候,类型控制一定要与数据的匹配,否则读取失败一个,后面的就有可能全部读错
(6)格式化输出函数fprintf
fprintf是针对所有输出流的格式化输出语句
/***************************************
程序功能:fprintf将数据写入文件
时间:2021年5月25日22:12:50
****************************************/
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
struct S
{
char name[20];
int age;
};
int main()
{
FILE* pFile;
pFile = fopen("myfile.txt", "w"); //以只写的方式打开文件,若文件不存在,则新建一个文件
if (pFile == NULL)//如果打开失败
{
perror("fopen");
return 1;
}
struct S s = { "张三",20 };
fprintf(pFile, "%s %d", s.name, s.age);
fclose(pFile);
pFile = NULL; //将指针置为空,防止产生野指针
return 0;
}
(7)二进制输入fread
实际读取数据个数小于要求读取个数,则读取结束。
/***************************************
程序功能:fread从文件以二进制方式读入数据
时间:2021年5月27日15:20:47
****************************************/
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
struct S
{
char name[20];
int age;
double hight;
};
int main()
{
FILE* pFile = fopen("myfile.txt", "rb"); //以只读的方式打开文件,文件必须存在才能打开成功
if (pFile == NULL)//如果打开失败
{
perror("fopen");
return 1;
}
struct S s = { 0 };
fread(&s, sizeof(s), 1, pFile); //以二进制形式从文件中读数据,把数据保存在s中,每次读一个数据,每个数据的大小为sizeof(s)
printf("%s %d %lf\n", s.name, s.age, s.hight); //打印
fclose(pFile);
pFile = NULL; //将指针置为空,防止产生野指针
return 0;
}
以二进制形式从文件中读数据,把数据保存在s中,每次读一个数据,每个数据的大小为sizeof(s)
(8)二进制输出fwrite
/***************************************
程序功能:fwrite将数据写入文件
时间:2021年5月25日22:12:50
****************************************/
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
struct S
{
char name[20];
int age;
double hight;
};
int main()
{
FILE* pFile = fopen("myfile.txt", "wb"); //以只写的方式打开文件,若文件不存在,则新建一个文件(写入的数据为二进制)
if (pFile == NULL)//如果打开失败
{
perror("fopen");
return 1;
}
struct S s = { "张三",20,1.75 };
//二进制写入
fwrite( &s, sizeof(s), 1, pFile); //把s的数据写入到pFile,s的大小为sizeof(s),总共写1个s
fclose(pFile);
pFile = NULL; //将指针置为空,防止产生野指针
return 0;
}
“张三”是文字,文字的二进制形式和文本形式是一样的,所以可以看懂
(9)其他读写函数
scanf和printf是针对标准输入、输出流的格式化输入、输出语句。
sscanf是从字符串中读取格式化的数据。sprintf是把格式化的数据写到字符串中。
getchar也是适用于所有流的字符输入函数
feof函数是在文件读取结束后,判断文件读取结束的原因是读取失败结束,还是遇到文件尾结束(文件结束标志为EOF)。
计算机文件_百度百科 (baidu). ↩︎ ↩︎
计算机文件到底是什么(通俗易懂)? (biancheng). ↩︎
外存储器_百度百科 (baidu). ↩︎
office、txt、pdf文件各自是文本文件还是二进制文件?_百度知道 (baidu). ↩︎
数据在计算机内存中的存储_WANGSIRHHXI的博客-CSDN博客. ↩︎
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