C语言 文件输入输出

本文将介绍在 C 语言中如何创建、打开、关闭文本文件或二进制文件。

一、文件的基本知识

1.什么是文件

(1) 程序文件和数据文件

文件有不同的类型，在程序设计中，主要用到两种文件：

  • 程序文件：存储程序代码
  • 数据文件：文件的内容是供程序运行时读写的数据。

本文主要讨论的是数据文件。

(2) 数据的文件存储

文件是程序设计中的一个重要概念，指存储在外部介质上数据的集合。数据以文件的形式存放在外部介质中，操作系统以文件为单位对数据进行管理。

(3) C 中的文件

C 语言把文件看作一个字符（或字节）的序列，即由一个个字符（或字节）的数据顺序组成。一个输入输出流就是一个字符流或字节流（内容为二进制数据）。 C 的数据文件由一连串的字符（或字节）组成，不考虑行的界限，增加了处理的灵活性。这种文件被称为流式文件。

2.文件名

一个文件要有一个唯一的文件标识，以便用户识别和引用。文件标识包括 3 部分：

  • 文件路径：在哪里找
  • 文件名：叫什么名字
  • 文件后缀：怎么处理

3.文件的编码形式

根据文件存储的编码形式，数据文件可分为文本文件和二进制文件。

文本文件是以字符 ASCII 码值进行存储和编码的文件，其文件内容就是字符， 需要在存储前进行转换，又称为文本文件；

二进制文件直接将内存中的数据不加转换地输出到外存，可以将外存中的数据看作内存的映像，又称为映像文件。

如何选择？

  • 文本的优势在于方便人类读写，并且跨平台
  • 文本的缺点是程序输入输出时需要进行转换
  • 二进制的缺点是人类读写困难，且不支持跨平台
  • 二进制的优点是程序输入输出时速度更快

4.文件缓冲区

ANSI C 标准采用缓冲文件系统处理数据文件。系统会自动地为每一个文件分配一个文件缓冲区。写入数据时，先将数据存到缓冲区，再由操作系统把缓冲区数据真正存入磁盘。读入数据时，先将数据写入缓冲区，再由缓冲区读入到内存。这样做节省了存取时间，提高了效率。

每个文件在内存中只有一个缓冲区，它在输入时作为输入缓冲区，输出时作为输出缓冲区。

5.文件类型指针

在 C 语言中，每一个被使用的文件都在内存中开辟一个相应的文件信息区，用来存放文件的有关信息。这些信息存在 FILE 这个结构体变量中，它由系统声明，并且不同 C 编译系统中的 FILE 类型都有所不同。

通常，不定义 FILE 类型的变量，而是定义一个 FILE 类型的指针，指向内存中文件信息区的开头，通过它来引用变量。

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FILE *fp;

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二、打开和关闭文件

1.打开和关闭

在 C 语言中的打开文件，是指为文件建立相应的信息区（用来存放有关文件的信息）和文件缓冲区（用来缓冲输入输出的数据）。在打开文件的同时，一般都指定一个指针变量指向该文件，建立起指针变量和文件之间的联系，方便之后的读写操作。

在 C 语言中的关闭文件，是指撤销文件信息区和文件缓冲区。

2.fopen

(1) 调用形式

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fopen("文件名.扩展名", "使用文件方式");

此处加双引号是在它是字符串常量的情况下，

如果由字符串变量存储文件名和打开方式，则无需加引号。

(2) 标准代码

打开文件，用指针接受地址信息，并判断打开是否成功。

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FILE *fp;
if (fp = fopen("文件名.扩展名", "使用文件方式") == NULL){
	printf("打开失败！\n");
	exit(0);
}

或

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FILE *fp = fopen("文件名.扩展名", "使用文件方式");
if (fp){
	
}else{

}

(3) 文件名

  • 文件名应该包含文件路径、文件名、文件后缀三部分

  • 文件路径：若数据文件在程序文件目录下，则可以不用指定文件路径，否则需要指定。

    例如：

    D:/Documents/test.txt

    或

    D:\\Documents\\test.txt

(4) 使用文件方式

在第一个字母后面加 b ，便可以使用二进制方式使用文件。而实际上文本方式和二进制方式的区别仅在于对”换行”的处理。C语言中，”换行”为 ‘\n’ ，而 Windows 中， “换行”为 ‘\r’和’\n’ ，因此需要进行转换。

(5) 标准流文件

程序中可以使用 3 个标准的流文件：标准输入流(stdin)、标准输出流(stdout)、标准出错输出流(stderr)。

3.fclose

(1) 调用形式

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fclose(文件指针);

(2) 必须关闭

  • 在使用完文件后应该关闭它，防止误用
  • 如果不关闭文件就结束程序运行将会丢失数据

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三、顺序读写数据文件

1.读写字符

(1) 调用形式

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fgetc(文件指针);
fputc(字符, 文件指针);

在 C 语言中， fgetc 等价于 getc ， fputc 等价于 putc

(2) 例 1

从键盘输入一些字符，并逐个将他们写入到文件，知道用户输入一个 ‘#’ 为止。

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

int main(){
    FILE *fp;
    char ch;
    char filename[10];
    printf("请输入文件名：");
    scanf("%s", filename);
    getchar(); //吸收换行符
    if ((fp = fopen(filename,"w")) == NULL){
        printf("错误");
        exit(0);
    }
    printf("请输入字符串，以#结束:");
    ch = getchar();
    while (ch != '#'){
        fputc(ch, fp);
        putchar(ch);
        ch = getchar();
    }
    fclose(fp);
    putchar('\n');
    return 0;
}

(3) 例 2

将一个磁盘文件中的信息复制到另一个文件中。

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

int main(){
    FILE *in, *out;
    char ch;
    char infile[10];
    char outfile[10];
    printf("请输入读入文件的名字");
    scanf("%s", infile);
    printf("请输入输出文件的名字");
    scanf("%s", outfile);
    if ((in = fopen(infile,"r")) == NULL){
        printf("错误");
        exit(0);
    }
    if ((out = fopen(outfile,"w")) == NULL){
        printf("错误");
        exit(0);
    }
    ch = fgetc(in);
    while (!feof(in)){
        fputc(ch, out);
        putchar(ch);
        ch = fgetc(in);
    }
    putchar('\n');
    fclose(in);
    fclose(out);
    return 0;
}
  • 在文件的所有有效字符后有一个文件尾标志，用标识符 EOF 表示，其值为 -1
  • ch != EOF 等价于 ch != -1 等价于 !feof(in)

2.读写字符串

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fgets(字符串, 字符数组大小, 文件指针);
fputs(字符串, 文件指针);

若字符数组大小为 n ，此时应填入 n ，字符串大小最大为 n - 1

3.格式化方式读写

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fscanf("格式声明", 地址);
fprintf(文件指针, "格式声明", 值);

用 fprintf 和 fscanf 函数对文件读写，

优点：使用方便，容易理解，支持跨平台

缺点：由于输入输出时都需要进行二进制与 ASCII 码之间的转换，需要花费额外的时间。

4.二进制方式读写

在程序中不仅需要一次输入输出一个数据，而且往往需要一次输入输出一组数据， C 语言允许用 fread 从文件中读一个数据块，用 fwrite 向文件写一个数据块。读和写都是以二进制进行，数据在内存和文件之间原封不动地转移。

(1) 调用形式

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fread(地址 , 单个数据项大小, 数据项个数, 文件指针);
fwrite(地址 , 单个数据项大小, 数据项个数, 文件指针);

  • 对于 fread 来说，地址是指用来存放读入数据的储存区的地址；

    对于 fwrite 来说，地址是指要将这个地址开始的存储区中的数据写入文件。

  • 若函数执行成功，则返回数据项的个数

例如：

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int f[10];
fread(f, sizeof(int), 10, fp);

从 fp 所指的文件中读入 10 个 sizeof(int) 字节的数据，存储到数组 f 中。

(2) 例 1

从键盘输入 10 个学生的有关数据，然后把它们转存到文件中。

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

#define SIZE 10
struct Student{
    char name[10];
    int num;
    int age;
    char address[15];
}student[SIZE];

void save(){
    FILE *fp;
    int i;
    if ((fp = fopen("stu.dat", "wb")) == NULL){  //用二进制方方式打开
        printf("wrong!");
        exit(0);
    }
    for (i = 0; i < SIZE; i++){
        if (fwrite(&student[i], sizeof(struct Student), 1, fp) != 1)  //若函数执行成功，则返回数据项的个数
            printf("wrong!");
    }
    fclose(fp);
}

int main(){
    int i;
    printf("请输入学生的数据:\n");
    for (i = 0; i < SIZE; i++)
        scanf("%s %d %d %s", student[i].name, &student[i].num, &student[i].age, student[i].address);
    save();
    return 0;
}

(3) 例 2

从文件中读入数据，并将其打印在屏幕上.

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

#define SIZE 10
struct Student{
    char name[10];
    int num;
    int age;
    char address[15];
}student[SIZE];

int main(){
    int i;
    FILE *fp;
    if ((fp = fopen("stu.dat", "rb")) == NULL){  //用二进制方式打开
        printf("wrong!");
        exit(0);
    }
    for (i = 0; i < SIZE; i++){
        fread(&student[i], sizeof(struct Student), 1, fp);
        printf("%-7s %4d %4d %4s\n", student[i].name, student[i].num, student[i].age, student[i].address);
    }
    fclose(fp);
    return 0;
}

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四、随机读写数据文件

1.文件位置标记

系统为每个文件设置了一个文件读写位置标记，用来指示“接下来要读写的下一个字符的位置”。

2.rewind

(1) 函数作用

rewind 函数的作用是使文件位置标记重新范围文件的开头，于是便可以从头开始处理文件。

(2) 调用形式

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rewind(文件指针);

(3) 示例

读一个文件两次，第一次将其中数据现实在屏幕上，第二次将它复制到另一文件中。

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

int main(){
 FILE *fp1, *fp2;
 char ch;
 fp1 = fopen("file1.dat", "r");
 fp2 = fopen("file2.dat", "w");
 ch = getc(fp1);  //读入第一个字符
 while (!feof(fp1)){
     putchar(ch);
     ch = getc(fp1);  //读入下一个字符
 }
 putchar('\n');
 rewind(fp1);
 ch = getc(fp1);  //读入第一个字符
 while (!feof(fp1)){
     fputc(ch,fp2);
     ch = getc(fp1);  //读入下一个字符
 }
 fclose(fp1);
 fclose(fp2);
 return 0;
}

3.fseek

(1) 函数作用

跳转到文件中的指定位置。

(2) 调用形式

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fseek(文件指针, 位移量, 起始点);

(3) 位移量

位移量是指以起始点为基点，位移的字节数，有正负之分。位移量应是 long 型，需要在数字后加 l 。

(4) 起始点

位移的基点，用数字表示。其中， 0 表示文件开始位置； 1 表示当前位置； 2 表示文件末尾位置。

(5) 示例

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fseek(fp, 5L, 0);

4.ftell

(1) 函数作用

得到文件中”文件位置标记”的当前位置。如果出错，将会返回 -1L 。

(2) 调用形式

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long num;
num = ftell(fp);

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五、文件读写的出错检测

1.ferror

(1) 函数作用

用于检查是否发生错误，返回值为 0 表示未出错，返回值非 0 表示出错。

(2) 调用形式

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ferror(文件指针);

2.clearerr

(1) 函数作用

将文件出错标志和文件结束标志置为 0 。

(2) 调用形式

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clearerr(文件指针);

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参考