C语言文件操作全指南:文件读写、随机访问与缓冲区机制 #c语言「 每日一句 · Daily Quote 」“伟大的成就唯一的方法就是热爱你所做的事。”— 史蒂夫·乔布斯文章目录前言一、为什么使用文件二、什么是文件2.1. 程序文件2.2. 数据文件2.3. 文件名三、二进制文件和文本文件四、文件的打开和关闭4.1 流和标准流4.1.1 流4.1.2 标准流4.2 文件指针4.3 文件的打开和关闭五、文件的顺序读写5.1 顺序读写函数介绍5.2 对比两组函数六、 文件的随机读写6.1 fseek6.2 ftell6.3 rewind七、文件读取结束的判定7.1 被错误使用的 feof八、文件缓冲区总结前言程序运行时的数据存储在内存中一旦退出便会丢失。若想实现数据的持久化保存就必须借助文件。本文将从文件的基本概念入手介绍文本文件与二进制文件的区别讲解文件指针、流的原理详解fopen、fclose及各类读写函数fgetc/fputc、fgets/fputs、fscanf/fprintf、fread/fwrite并探讨fseek等随机读写操作及文件结束判定方法最后揭示文件缓冲区的作用。掌握这些你就能在C语言中灵活应对各种数据持久化场景。一、为什么使用文件如果没有文件我们写的程序的数据是存储在电脑的内存中如果程序退出内存回收数据就丢失了等再次运行程序是看不到上次程序的数据的如果要将数据进行持久化的保存我们可以使用文件二、什么是文件磁盘硬盘上的文件是文件。但是在程序设计中我们一般谈的文件有两种程序文件、数据文件从文件功能的假度来分类的。2.1. 程序文件程序文件包括源程序文件后缀为.c,目标文件windows环境后缀为.obj,可执行程序windows环境后缀为.exe。2.2. 数据文件文件的内容不一定是程序而是程序运行时读写的数据比如程序运行需要从中读取数据的文件或者输出内容的文件。本章讨论的是数据文件。在以前各章所处理数据的输入输出都是以终端为对象的即从终端的键盘输入数据运行结果显示到显示器上。其实有时候我们会把信息输出到磁盘上当需要的时候再从磁盘上把数据读取到内存中使用这里处理的就是磁盘上文件。2.3. 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。文件名包含3部分文件路径文件名主干文件后缀例如:c:\code\test.txt为了方便起见文件标识常被称为文件名三、二进制文件和文本文件根据数据的组织形式数据文件被称为文本文件和二进制文件。数据在内存中以二进制的形式存储如果不加转换的输出到外存的文件中就是二进制文件。一个数据在文件中是怎么存储的呢字符一律以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。如有整数10000如果以ASCII码的形式输出到磁盘则磁盘中占用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。测试代码#includestdio.hintmain(){inta10000;FILE*pffopen(test.txt,wb);fwrite(a,4,1,pf);//二进制的形式写到文件中fclose(pf);pfNULL;return0;}在VS上打开二进制文件四、文件的打开和关闭4.1 流和标准流4.1.1 流我们程序的数据需要输出到各种外部设备也需要从外部设备获取数据不同的外部设备的输入输出操作各不相同为了方便程序员对各种设备进行方便的操作我们抽象出了流的概念我们可以把流想象成流淌着字符的河。C程序针对文件、画面、键盘等的数据输入输出操作都是通过流操作的。一般情况下我们要想向流里写数据或者从流中读取数据都是要打开流然后操作。4.1.2 标准流那为什么我们从键盘输入数据,向屏幕上输出数据,并没有打开流呢?那是因为C语言程序在启动的时候默认打开了3个流stdin- 标准输入流,在大多数的环境中从键盘输入scanf函数就是从标准输入流中读取数据。stdout- 标准输出流,大多数的环境中输出至显示器界面printf函数就是将信息输出到标准输出流中。stderr- 标准错误流大多数环境中输出到显示器界面。这是默认打开了这三个流我们使用scanf、printf等函数就可以直接进行输入输出操作的。stdin、stdout、stderr三个流的类型是FILE *通常称为文件指针。C语言中,就是通过FILE *的文件指针来维护各种流操作的.4.2 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.这些信息是保存在一个结构体变量中的。该结构体类型是由系统声明的取名FILE.例如VS2013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;};typedefstruct_iobufFILE;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。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;//⽂件指针变量定义pf是一个指向FILE类型数据的指针变量。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间接找到与它关联的文件。比如4.3 文件的打开和关闭文件在读写之前应该先打开文件在使用结束之后应该关闭文件。在编写程序的时候在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。ANSI C规定使⽤fopen函数来打开文件fclose来关闭文件。//打开文件FILE*fopen(constchar*filename,constchar*mode);//关闭文件intfclose(FILE*stream);mode表示文件的打开模式下面都是文件的打开模式文件使用方式含义如果指定文件不存在“r”只读为了输入数据打开一个已经存在的文本文件出错“w”只写为了输出数据打开一个文本文件建立一个新的文件“a”追加向文本文件尾添加数据建立一个新的文件“rb”只读为了输入数据打开一个二进制文件出错“wb”只写为了输出数据打开一个二进制文件建立一个新的文件“ab”追加向一个二进制文件尾添加数据建立一个新的文件“r”读写为了读和写打开一个文本文件出错“w”读写为了读和写建议一个新的文件建立一个新的文件“a”读写打开一个文件在文件尾进行读写建立一个新的文件“rb”读写为了读和写打开一个二进制文件出错“wb”读写为了读和写新建一个新的二进制文件建立一个新的文件“ab”读写打开一个二进制文件在文件尾进行读和写建立一个新的文件实例代码/* fopen fclose example */#includestdio.hintmain(){FILE*pFile;//打开文件pFilefopen(myfile.txt,w);//文件操作if(pFile!NULL){fputs(fopen example,pFile);//关闭文件fclose(pFile);}return0;}}打开文件使用fopen函数以写入模式 (w) 打开名为myfile.txt的文件并返回一个指向该文件的文件指针pFile。校验指针通过if (pFile!NULL)判断文件是否成功打开。如果打开失败fopen会返回NULL此时应避免进行后续操作。写入数据使用fputs函数向文件中写入字符串fopen example。关闭文件使用fclose函数关闭文件指针释放系统资源。这是文件操作中非常重要的一步以确保数据完整写入并防止内存泄漏。五、文件的顺序读写5.1 顺序读写函数介绍函数名功能适用于fgetc字符输入函数所有输入流fputc字符输出函数所有输出流fgets文本行输入函数所有输入流fputs文本行输出函数所有输出流fscanf格式化输入函数所有输入流fprintf格式化输出函数所有输出流fread二进制输入文件输入流fwrite二进制输出文件输出流上面说的适用于所有输入流一般指适用于标准输入流和其他输入流如文件输入流所有输出流一般指适用于标准输出流和其他输出流如文件输出流。5.2 对比两组函数这两组函数的核心区别在于数据源输入与目的地输出的介质不同。scanf/fscanf/sscanfscanf: 标准输入(stdin),从键盘或终端读取用户输入fscanf: 文件流(FILE*), 从磁盘文件中读取结构化数据.sscanf: 字符缓冲区(char),从已有字符串中提取,解析特定字符数据核心差异点1.scanf隐式固定的源为stdin。2.fscanf需要显式传入文件指针stream读取时文件指针会向后移动。3.sscanf从内存中的只读字符串str开始解析多次调用若str不变解析结果完全相同除非手动移动指针。printf/fprintf/sprintfprintf: 标准输出(stdout), 将格式化数据打印到电脑屏幕fprintf: 文件流(FILE*),将结构化数据写入磁盘文件sprintf: 字符缓冲区(char*),将多种类型的组合,拼接成一个字符串.核心差异点1.printf: 隐式固定的目的地为标准输出stdout。2.fprintf: 需显式指定文件流FILE*常用于向文件或标准错误stderr输出结构化数据。3.sprintf: 目的地为字符串缓冲区char*用于将格式化数据组合拼接至内存空间。六、 文件的随机读写6.1 fseek根据文件指针的位置和偏移量来定位文件指针文件内容的光标intfseek(FILE*stream,longintoffset,intorigin);stream: 指向已打开文件的文件指针。offset: 相对基准位置的偏移量字节数。正数表示向后移动负数表示向前移动。origin: 基准位置起始参考点必须为以下三个宏之一SEEK_SET文件开头偏移量以文件起始处计offset 通常大于等于 0。SEEK_CUR文件当前位置以当前光标所在位置计。SEEK_END文件末尾以文件结尾处计offset 通常小于等于 0。返回值0定位成功。非零值通常为 -1定位失败。例子/* fseek example */#includestdio.hintmain(){FILE*pFile;pFilefopen(example.txt,wb);fputs(This is an apple.,pFile);fseek(pFile,9,SEEK_SET);fputs( sam,pFile);fclose(pFile);return0;}最终内容This is a sample.6.2 ftell功能: 返回文件指针相对于起始位置的偏移量longintftell(FILE*stream);例子:1/* ftell example : getting size of a file */2#includestdio.h34intmain()5{6FILE*pFile;7longsize;8pFilefopen(myfile.txt,rb);9if(pFileNULL)10perror(Error opening file);11else12{13fseek(pFile,0,SEEK_END);// non-portable14sizeftell(pFile);15fclose(pFile);16printf(Size of myfile.txt: %ld bytes.\n,size);17}18return0;19}6.3 rewind功能将文件指针移动到文件开头同时还会清除该文件流的错误标志和 EOF文件结尾标志。voidrewind(FILE*stream);例子:1/* rewind example */2#includestdio.h34intmain()5{6intn;7FILE*pFile;8charbuffer[27];910pFilefopen(myfile.txt,w);11for(nA;nZ;n)12fputc(n,pFile);13rewind(pFile);1415fread(buffer,1,26,pFile);16fclose(pFile);1718buffer[26]\0;19printf(buffer);20return0;21}七、文件读取结束的判定7.1 被错误使用的feof牢记在文件读取过程中不能用feof函数的返回值直接来判断文件的是否结束。feof的作用是当文件读取结束的时候判断读取结束的原因是否是遇到文件尾结束。文本文件读取是否结束判断返回值是否为EOFfgetc或者NULLfgets例如:fgetc判断是否为EOF.fgets判断返回值是否为NULL.2.二进制文件的读取结束判断判断返回值是否小于实际要读的个数。例如:fread判断返回值是否小于实际要读的个数。文本文件的例子1#includestdio.h2#includestdlib.h34intmain(void)5{6intc;// 用于接收 fgetc 的返回值必须为 int 类型7FILE*fpfopen(test.txt,r);// 以只读模式打开文本文件8if(!fp){9perror(File opening failed);// 打开失败输出错误原因10returnEXIT_FAILURE;// 返回异常退出状态码11}1213// 标准 C 语言逐字符读取文本文件循环14while((cfgetc(fp))!EOF)15{16putchar(c);// 将字符打印到控制台17}1819// 循环结束后判断导致退出循环的具体原因20if(ferror(fp))21puts(I/O error when reading);// 发生了 I/O 错误22elseif(feof(fp))23puts(End of file reached successfully);// 正常到达文件末尾2425fclose(fp);// 关闭文件句柄26}二进制文件的例子1#includestdio.h2#includestdlib.h34intmain(void)5{6intc;// 用于接收 fgetc 的返回值必须为 int 类型7FILE*fpfopen(test.txt,r);// 以只读模式打开文本文件8if(!fp){9perror(File opening failed);// 打开失败输出错误原因10returnEXIT_FAILURE;// 返回异常退出状态码11}1213// 标准 C 语言逐字符读取文本文件循环14while((cfgetc(fp))!EOF)15{16putchar(c);// 将字符打印到控制台17}1819// 循环结束后判断导致退出循环的具体原因20if(ferror(fp))21puts(I/O error when reading);// 发生了 I/O 错误22elseif(feof(fp))23puts(End of file reached successfully);// 正常到达文件末尾2425fclose(fp);// 关闭文件句柄26}八、文件缓冲区ANSI C 标准采用“缓冲文件系统”处理数据文件的所谓缓冲文件系统是指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”。从内存向磁盘输出数据会先送到内存中的缓冲区装满缓冲区后才一起送到磁盘上。如果从磁盘向计算机读入数据则从磁盘文件中读取数据输入到内存缓冲区充满缓冲区然后再从缓冲区逐个地将数据送到程序数据区程序变量等。缓冲区的大小根据C编译系统决定的。![[Pasted image 20260724002511.png]]#includestdio.h#includewindows.h//VS2022 WIN11环境测试intmain(){FILE*pffopen(test.txt,w);fputs(abcdef,pf);//先将代码放在输出缓冲区printf(睡眠10秒-已经写数据了打开test.txt文件发现文件没有内容\n);Sleep(10000);printf(刷新缓冲区\n);fflush(pf);//刷新缓冲区时才将输出缓冲区的数据写到文件磁盘//注fflush 在高版本的VS上不能使用了printf(再睡眠10秒-此时再次打开test.txt文件文件有内容了\n);Sleep(10000);fclose(pf);//注fclose在关闭文件的时候也会刷新缓冲区pfNULL;return0;}这里可以得出一个结论因为有缓冲区的存在C语言在操作文件的时候需要做刷新缓冲区或者在文件操作结束的时候关闭文件。如果不做可能导致读写文件的问题。总结以上就是本篇博客的核心内容。我们学习了文件的概念与分类程序文件/数据文件、文本文件/二进制文件理解了流与标准流stdin/stdout/stderr及文件指针FILE*的用法。通过fopen打开文件、fclose关闭文件并借助fgetc、fputs、fprintf、fread等函数实现顺序读写通过fseek、ftell、rewind实现随机定位。特别强调了正确使用feof与ferror判断文件结束最后剖析了缓冲文件系统对读写效率的影响。文件操作是C语言与外部存储交互的桥梁掌握它对系统编程至关重要。

本月热点