Sumjess

外观

13.C语言文件操作

约 6032 字大约 20 分钟

C文件操作个人随笔

2019-10-07

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。

一、C 语言中的文件是什么？

  在操作系统中，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：

  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。

二、C 语言打开文件： fopen()函数的用法

1、 fopen()函数的概述

  在 C 语言中，操作文件之前必须先打开文件；所谓“打开文件”，就是让程序和文件建立连接的过程。
  打开文件之后，程序可以得到文件的相关信息，例如大小、类型、权限、创建者、更新时间等。在后续读写文件的过程中，程序还可以记录当前读写到了哪个位置，下次可以在此基础上继续操作。

使用 <stdio.h> 头文件中的 fopen() 函数即可打开文件，它的用法为：

FILE *fopen(char *filename, 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。

2、fopen() 函数的返回值

  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。
  FILE 是 <stdio.h> 头文件中的一个结构体，它专门用来保存文件信息。我们不用关心 FILE 的具体结构，只需要知道它的用法就行。

  如果希望接收 fopen() 的返回值，就需要定义一个 FILE 类型的指针。例如：

FILE *fp = fopen("demo.txt", "r");
表示以“只读”方式打开当前目录下的 demo.txt 文件，并使 fp 指向该文件，这样就可以通过 fp 来操作 demo.txt了。 fp 通常被称为文件指针。
 
FILE *fp = fopen("D:\\demo.txt","rb+");
表示以二进制方式打开 D 盘下的 demo.txt 文件，允许读和写。

  判断文件是否打开成功

  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，请看下面的代码：

FILE *fp;
if( (fp = fopen("D:\\demo.txt","rb") == NULL )
{
printf("Fail to open file!\n");
exit(0); //退出程序（结束程序）
}

3、fopen() 函数的打开方式

  不同的操作需要不同的文件权限。例如，只想读取文件中的数据的话，“只读”权限就够了；既想读取又想写入数据的话，“读写”权限就是必须的了。
  另外，文件也有不同的类型，按照数据的存储方式可以分为二进制文件和文本文件，它们的操作细节是不同的。
  在调用 fopen() 函数时，这些信息都必须提供，称为“文件打开方式”。最基本的文件打开方式有以下几种：

控制读写权限的字符串（必须指明）控制读写权限的字符串（必须指明）
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（可以不写）控制读写方式的字符串（可以不写）
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。

调用 fopen() 函数时必须指明读写权限，但是可以不指明读写方式（此时默认为"t"）。
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）。例如：

  • 将读写方式放在读写权限的末尾： "rb"、 "wt"、 "ab"、 "r+b"、 "w+t"、 "a+t"
  • 将读写方式放在读写权限的中间： "rb+"、 "wt+"、 "ab+"

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(banary)：二进制文件
  • +：读和写

4、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。 fclose() 的用法为：

int fclose(FILE *fp);

fp 为文件指针。例如：

fclose(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。

5、实例演示：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
 
#define N 100
 
int main()
 {
FILE *fp;
char str[N + 1];
 
//判断文件是否打开失败
if ( (fp = fopen("d:\\demo.txt", "rt")) == NULL ) 
{
puts("Fail to open file!");
exit(0);
}
 
//循环读取文件的每一行数据
while( fgets(str, N, fp) != NULL ) 
{
printf("%s", str);
}
 
//操作结束后关闭文件
fclose(fp);
 
return 0;
}

三、以字符形式读写文件

  在 C 语言中，读写文件比较灵活，既可以每次读写一个字符，也可以读写一个字符串，甚至是任意字节的数据（数据块）。本节介绍以字符形式读写文件。
  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()。

1、字符读取函数 fgetc

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

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。
  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）。

char ch;
FILE *fp = fopen("D:\\demo.txt", "r+");
ch = fgetc(fp);

2、实例演示：

#include<stdio.h>
#include <stdlib.h>
 
int main()
{
FILE *fp;
char ch;
 
//如果文件不存在，给出提示并退出
if( (fp=fopen("D:\\demo.txt","rt")) == NULL )
{
puts("Fail to open file!");
exit(0);
}
 
//每次读取一个字节，直到读取完毕
while( (ch=fgetc(fp)) != EOF )
{
putchar(ch);
}
 
putchar('\n'); //输出换行符
fclose(fp);
 
return 0;
}
 
程序第 13 行是关键， while 循环的条件为(ch=fgetc(fp)) != EOF。 fget() 每次从位置指针所在的位置读取一个字符，并保存到变量 ch，位置指针向后移动一个字节。
当文件指针移动到文件末尾时， fget() 就无法读取字符了，于是返回 EOF，表示文件读取结束了。

对 EOF 的说明
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，它的原型是：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，它的原型是：int ferror ( FILE *fp );出错时返回非零值，否则返回零值。

增加读取成功提示

#include<stdio.h>
#include <stdlib.h>
 
int main(){
FILE *fp;
char ch;
//如果文件不存在，给出提示并退出
if( (fp=fopen("D:\\demo.txt","rt")) == NULL ){
puts("Fail to open file!");
exit(0);
}
 
//每次读取一个字节，直到读取完毕
while( (ch=fgetc(fp)) != EOF ){
putchar(ch);
}
putchar('\n'); //输出换行符
if(ferror(fp)){
puts("读取出错");
}else{
puts("读取成功");
}
fclose(fp);
return 0;
}

3、字符写入函数 fputc

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

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。例如：

fputc('a', fp);
 
或者：
 
char ch = 'a';
fputc(ch, fp);
表示把字符 'a' 写入 fp 所指向的文件中。

两点说明：

  1. 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。
  2. 每写入一个字符，文件内部位置指针向后移动一个字节。

4、示例：从键盘输入一行字符，写入文件。

#include<stdio.h>
 
int main()
{
FILE *fp;
char ch;
 
//判断文件是否成功打开
if( (fp=fopen("D:\\demo.txt","wt+")) == NULL )
{
puts("Fail to open file!");
exit(0);
}
 
printf("Input a string:\n");
 
//每次从键盘读取一个字符并写入文件
while ( (ch=getchar()) != '\n' )
{
fputc(ch,fp);
}
 
fclose(fp);
return 0;
}
 
运行程序，输入一行字符并按回车键结束，打开 D 盘下的 demo.txt 文件，就可以看到刚才输入的内容。
程序每次从键盘读取一个字符并写入文件，直到按下回车键， while 条件不成立，结束读取。

四、以字符串的形式读写文件

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。

1、读字符串函数 fgets

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，它的用法为：

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。例如：

#define N 101
char str[N];
 
FILE *fp = fopen("D:\\demo.txt", "r");
fgets(str, N, fp);

  需要重点说明的是，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。

2、示例：一行一行地读取文件。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
 
#define N 100
 
int main()
{
FILE *fp;
char str[N+1];
 
if( (fp=fopen("d:\\demo.txt","rt")) == NULL )
{
puts("Fail to open file!");
exit(0);
}
 
while(fgets(str, N, fp) != NULL)
{
printf("%s", str);
}
 
fclose(fp);
return 0;
}
fgets() 遇到换行时，会将换行符一并读取到当前字符串。该示例的输出结果之所以和 demo.txt 保持一致，该换行
的地方换行，就是因为 fgets() 能够读取到换行符。而 gets() 不一样，它会忽略换行符。

3、写字符串函数 fputs

  fputs() 函数用来向指定的文件写入一个字符串，它的用法为：

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。例如：

char *str = "https://blog.csdn.net/qq_38351824";
FILE *fp = fopen("D:\\demo.txt", "at+");
fputs(str, fp);
 
表示把把字符串 str 写入到 D:\\demo.txt 文件中。

4、示例：向上例中建立的 d:\\demo.txt 文件中追加一个字符串。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
 
int main()
{
FILE *fp;
char str[102] = {0}, strTemp[100];
 
if( (fp=fopen("D:\\demo.txt", "at+")) == NULL )
{
puts("Fail to open file!");
exit(0);
}
 
printf("Input a string:");
gets(strTemp);
strcat(str, "\n");
strcat(str, strTemp);
fputs(str, fp);
 
fclose(fp);
return 0;
}

五、以数据块的形式读写文件

  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()。对于 Windows 系统，使用 fread() 和 fwrite() 时应该以二进制的形式打开文件。
  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。 fread() 的原型为：

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

  fwrite() 函数用来向文件中写入块数据，它的原型为：

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

对参数的说明：

  • 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。

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。

返回值：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。

【示例】从键盘输入一个数组，将数组写入文件再读取出来。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
 
#define N 5
 
int main()
{
//从键盘输入的数据放入a，从文件读取的数据放入b
int a[N], b[N];
int i, size = sizeof(int);
FILE *fp;
 
if( (fp=fopen("D:\\demo.txt", "rb+")) == NULL )
{ //以二进制方式打开
puts("Fail to open file!");
exit(0);
}
 
//从键盘输入数据 并保存到数组a
for(i=0; i<N; i++)
{
scanf("%d", &a[i]);
}
 
//将数组a的内容写入到文件
fwrite(a, size, N, fp);
 
//将文件中的位置指针重新定位到文件开头
rewind(fp);
 
//从文件读取内容并保存到数组b
fread(b, size, N, fp);
 
//在屏幕上显示数组b的内容
for(i=0; i<N; i++)
{
printf("%d ", b[i]);
}
 
printf("\n");
fclose(fp);
return 0;
}

  打开 D:\\demo.txt，发现文件内容根本无法阅读。这是因为我们使用"rb+"方式打开文件，数组会原封不动地以二进制形式写入文件，一般无法阅读。
  数据写入完毕后，位置指针在文件的末尾，要想读取数据，必须将文件指针移动到文件开头，这就是 rewind(fp);的作用。

【示例】从键盘输入两个学生数据，写入一个文件中，再读出这两个学生的数据显示在屏幕上。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
 
#define N 2
 
struct stu{
char name[10]; //姓名
int num; //学号
int age; //年龄
float score; //成绩
}boya[N], boyb[N], *pa, *pb;
 
int main()
{
FILE *fp;
int i;
pa = boya;
pb = boyb;
 
if( (fp=fopen("d:\\demo.txt", "wb+")) == NULL )
{
puts("Fail to open file!");
exit(0);
}
 
//从键盘输入数据
printf("Input data:\n");
for(i=0; i<N; i++,pa++)
{
scanf("%s %d %d %f",pa->name, &pa->num,&pa->age, &pa->score);
}
 
//将数组 boya 的数据写入文件
fwrite(boya, sizeof(struct stu), N, fp);
 
//将文件指针重置到文件开头
rewind(fp);
 
//从文件读取数据并保存到数据 boyb
fread(boyb, sizeof(struct stu), N, fp);
 
//输出数组 boyb 中的数据
for(i=0; i<N; i++,pb++)
{
printf("%s %d %d %f\n", pb->name, pb->num, pb->age, pb->score);
}
 
fclose(fp);
return 0;
}

六、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。

这两个函数的原型为：

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

fp 为文件指针， format 为格式控制字符串， ... 表示参数列表。与 scanf() 和 printf() 相比，它们仅仅多了一个 fp参数。例如：

FILE *fp;
int i, j;
char *str, ch;
fscanf(fp, "%d %s", &i, str);
fprintf(fp,"%d %c", j, ch);

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。

【示例】用 fscanf 和 fprintf 函数来完成对学生信息的读写。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
 
#define N 2
 
struct stu{
char name[10];
int num;
int age;
float score;
} boya[N], boyb[N], *pa, *pb;
 
int main()
{
FILE *fp;
int i;
pa=boya;
pb=boyb;
 
if( (fp=fopen("D:\\demo.txt","wt+")) == NULL )
{
puts("Fail to open file!");
exit(0);
}
 
//从键盘读入数据，保存到boya
printf("Input data:\n");
for(i=0; i<N; i++,pa++)
{
scanf("%s %d %d %f", pa->name, &pa->num, &pa->age, &pa->score);
}
 
pa = boya;
//将boya中的数据写入到文件
for(i=0; i<N; i++,pa++)
{
fprintf(fp,"%s %d %d %f\n", pa->name, pa->num, pa->age, pa->score);
}
 
//重置文件指针
rewind(fp);
 
//从文件中读取数据，保存到boyb
for(i=0; i<N; i++,pb++)
{
fscanf(fp, "%s %d %d %f\n", pb->name, &pb->num, &pb->age, &pb->score);
}
pb=boyb;
 
//将boyb中的数据输出到显示器
for(i=0; i<N; i++,pb++)
{
printf("%s %d %d %f\n", pb->name, pb->num, pb->age, pb->score);
}
 
fclose(fp);
return 0;
}

  打开 D:\\demo.txt，发现文件的内容是可以阅读的，格式非常清晰。用 fprintf() 和 fscanf() 函数读写配置文件、日志文件会非常方便，不但程序能够识别，用户也可以看懂，可以手动修改。
  如果将 fp 设置为 stdin，那么 fscanf() 函数将会从键盘读取数据，与 scanf 的作用相同；设置为 stdout，那么fprintf() 函数将会向显示器输出内容，与 printf 的作用相同。例如：

#include<stdio.h>
 
int main()
{
int a, b, sum;
fprintf(stdout, "Input two numbers: ");
fscanf(stdin, "%d %d", &a, &b);
sum = a + b;
fprintf(stdout, "sum=%d\n", sum);
 
return 0;
}

七、随机读写文件

  前面介绍的文件读写函数都是顺序读写，即读写文件只能从头开始，依次读写各个数据。但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。

1、文件定位函数 rewind 和 fseek

移动文件内部位置指针的函数主要有两个，即 rewind() 和 fseek()。
① rewind() 用来将位置指针移动到文件开头，前面已经多次使用过，它的原型为：

void rewind ( FILE *fp );

② fseek() 用来将位置指针移动到任意位置，它的原型为：

int fseek ( FILE *fp, long offset, int origin );

参数说明：
fp 为文件指针，也就是被移动的文件。

  1. 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。
  2. 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_SET0
当前位置SEEK_CUR1
文件末尾SEEK_END2

例如，把位置指针移动到离文件开头 100 个字节处：

fseek(fp, 100, 0);

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转换，计算的位置有时会出错。

2、文件的随机读写

在移动位置指针之后，就可以用前面介绍的任何一种读写函数进行读写了。 由于是二进制文件，因此常用 fread() 和fwrite() 读写。

【示例】从键盘输入三组学生信息，保存到文件中，然后读取第二个学生的信息。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <conio.h>
 
#define N 3
 
struct stu{
char name[10]; //姓名
int num; //学号
int age; //年龄
float score; //成绩
}boys[N], boy, *pboys;
 
int main()
{
FILE *fp;
int i;
pboys = boys;
 
if( (fp=fopen("d:\\demo.txt", "wb+")) == NULL )
{
printf("Cannot open file, press any key to exit!\n");
getch();
exit(1);
}
 
printf("Input data:\n");
for(i=0; i<N; i++,pboys++)
{
scanf("%s %d %d %f", pboys->name, &pboys->num, &pboys->age, &pboys->score);
}
 
fwrite(boys, sizeof(struct stu), N, fp); //写入三条学生信息
fseek(fp, sizeof(struct stu), SEEK_SET); //移动位置指针
fread(&boy, sizeof(struct stu), 1, fp); //读取一条学生信息
 
printf("%s %d %d %f\n", boy.name, boy.num, boy.age, boy.score);
 
fclose(fp);
return 0;
}

版权归属：sumjess

许可证：署名 4.0 国际 (CC-BY-4.0)