C语言输入/输出流和文件操作【一】_c语言输出流

文件是什么？

文件是数据源的一种，最主要的作用是保存数据。

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：

• 通常把显示器称为标准输出文件，printf 就是向这个文件输出数据；
• 通常把键盘称为标准输入文件，scanf 就是从这个文件读取数据。

常见硬件设备所对应的文件

• stdin 标准输入文件，一般指键盘；scanf()、getchar() 等函数默认从 stdin 获取输入。
• stdout 标准输出文件，一般指显示器；printf()、putchar() 等函数默认向 stdout 输出数据。
• stderr 标准错误文件，一般指显示器；perror() 等函数默认向 stderr 输出数据（后续会讲到）。
• stdprn 标准打印文件，一般指打印机。

我们不去探讨硬件设备是如何被映射成文件的，大家只需要记住，在C语言中硬件设备可以看成文件，有些输入输出函数不需要你指明到底读写哪个文件，系统已经为它们设置了默认的文件，当然你也可以更改，例如让printf 向磁盘上的文件输出数据。

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。

流是什么？

文件（保存在磁盘中）只有加载到内存中才可以进行处理，内存中的数据只有保存到文件（磁盘）中才可以不丢失。在这期间我们把数据在文件到内存中的传递叫做文件流。

文件是数据源的一种，除了文件，还有数据库、网络、键盘等，数据传递到内存也就是保存到C语言的变量（例如整数、字符串、数组、缓冲区等）。我们把数据在数据源和程序（内存）之间传递的过程叫做数据流(Data Stream)。相应的，数据从数据源到程序（内存）的过程叫做输入流(Input Stream)，从程序（内存）到数据源的过程叫做输出流(Output Stream)。

文本文件与二进制文件的区别？

（在C语言中）我们根据数据在文件存储形式的不同把文件文件和二进制文件。

• 文本文件：把要存储的数据当成是一系列的字符组成，把每个字符的ASCII码值存入文件中。每个ASCII码值占一个字节（8bit）每个字节表示一个字符。因此文本文件也称为字符文件或ASCII文件，是字符序列文件。
• 二进制文件：把数据对应的二进制形式存储到文件，是字节序列文件。
  

C语言的文件操作

打开与关闭文件

打开文件
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。

FILE *fopen( const char *filename, const char *mode );(C99 前)

• filename - 关联到文件系统的文件名
• mode - 打开方式
• 返回值 FILE(定义与stdio.h中的一种结构体类型后面会讲到) 打开文件失败返回NULL

文件打开方式

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(binary)：二进制文件
• +：读和写

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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 stream )

• stream - 需要关闭的文件流
• 返回值 成功时为 ​0​ ，否则为 EOF 。

关闭给定的文件流。冲入任何未写入的缓冲数据到 OS 。舍弃任何未读取的缓冲数据。无论操作是否成功，流都不再关联到文件。若在 fclose 返回后使用指针 stream 的值则行为未定义。

示例

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define N 100
int main() {
    FILE* fp;
    char str[N + 1];
    if ((fp = fopen("text.txt", "r")) == NULL) {
        puts("文件打开失败");
        exit(0);
    }
    while (fgets(str,N,fp)!=NULL)
    {
        printf("%s", str);
    }
    fclose(fp);
    return 0;
}
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文件的读写

以字符形式读写文件

int fgetc( FILE *stream );

• stream - 读取字符的来源
• 返回值 成功时为获得的字符，失败时为 EOF 。

int fputc( int ch, FILE *stream );

• ch - 要被写入的字符
• stream - 输出流
• 返回值 成功时，返回被写入字符。失败时，返回 EOF 并设置 stream 上的错误指示器（见 ferror() ）。

示例

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <windows.h>

#define N 100
int main() {
    FILE* fp;
    char ch;
    if ((fp = fopen("text.txt", "r+")) == NULL) {
        puts("文件打开失败");
        exit(0);
    }
    while ((ch = fgetc(fp))!=EOF)
    {
       // Sleep(100);
        putchar(ch);
    }
    while ((ch = getchar()) != '\n') {
        fputc(ch, fp);
    }
    fclose(fp);
    return 0;
}
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以字符串形式读写文件

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。

关于fgets()几点要注意的地方

• fgets() 遇到换行时，会将换行符一并读取到当前字符串。而 gets() 不一样，它会忽略换行符。
• 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。
• 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。

int fputs( char *str, FILE *fp );

• str 为要写入的字符串
• fp 为文件指针
• 返回值 写入成功返回非负数，失败返回 EOF

注意：puts()往stdin输出时自带换行

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <windows.h>

#define N 100
int main() {
    FILE* fp;
    char str[N+1];
    if ((fp = fopen("text.txt", "r+")) == NULL) {
        puts("文件打开失败");
        exit(0);
    }
    while (fgets(str,N,fp)!=NULL)
    {
       //Sleep(100);
        printf("%s", str);
    }
    fclose(fp);
    return 0;
}
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二进制方式读取文件

size_t fread( void *buffer, size_t size, size_t count, FILE *stream );(C99 前)
size_t fread( void *restrict buffer, size_t size, size_t count,FILE *restrict stream );(C99 起)
size_t fwrite( const void *buffer, size_t size, size_t count, FILE *stream );(C99 前)
size_t fwrite( const void *restrict buffer, size_t size, size_t count, FILE *restrict stream );(C99 起)

• buffer为内存区块的指针，它可以是数组、变量、结构体等。fread() 中的 buffer 用来存放读取到的数据,fwrite() 中的 buffer 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。
• stream：表示文件指针(文件流)。

返回值：返回成功读写的块数（对象数），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。
• 若出现错误，则流的文件位置指示器的结果值不确定。若读入部分的元素，则元素值不确定。

示例

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
enum { SIZE = 5 };
int main(void)
{
    int a[SIZE] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
    FILE* fp1 = fopen("text.txt", "wb");
    assert(fp1);
    int tem = fwrite(a, sizeof(a[0]), SIZE, fp1);
    printf("成功将%d个数据写入文件\n", tem);
    fclose(fp1);
    int b[SIZE];
    FILE* fp2 = fopen("text.txt", "rb");
    assert(fp2);
    tem = fread(b, sizeof b[0], SIZE, fp2);
    fclose(fp2);
    printf("成功读入%d个数据\n", tem);
    for (int i = 0; i < SIZE; i++) {
        printf("%d ", b[i]);
    }
  
    return 0;
}
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格式化读写文件

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
• 返回值 fprintf() 返回成功写入的字符的个数，失败则返回负数。
• 返回值 fscanf() 返回参数列表中被成功赋值的参数个数。

与 scanf() 和 printf() 相比，它们仅仅多了一个 fp 参数。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.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;
    fp = fopen("test.txt", "wt+");
    assert(fp);
    pa = boya;
    for (int i = 0; i < N; i++) {
        scanf("%s %d %d %f", pa->name, &(pa->num), &(pa->age), &(pa->score));
        pa++;
    }
    pa = boya;
    for (int i = 0; i < N; i++) {
        fprintf(fp, "%s %d %d %f\n", pa->name, pa->num, pa->age, pa->score);
        pa++;
    }
    rewind(fp);//移动文件位置指示器到给定文件流的起始。
    pb = boyb;
    for (int i = 0; i < N; i++) {
        fscanf(fp, "%s %d %d %f\n", pb->name, &(pb->num), &(pb->age), &(pb->score));
        pb++;
    }
    pb = boyb;
    for (int i = 0; i < N; i++) {
        printf("%s %d %d %f\n", pb->name, pb->num, pb->age, pb->score);
        pb++;
    }
    fclose(fp);
    return 0; 
}
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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。

void rewind ( FILE *fp );用来将位置指针移动到文件开头
int fseek ( FILE *fp, long offset, int origin );用来将位置指针移动到任意位置

• fp 为文件指针，也就是被移动的文件。
• 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。
• 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_SET 0
• 当前位置 SEEK_CUR 1
• 文件末尾 SEEK_END 2

注意： 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。

示例：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
//ftell 返回当前的文件位置指示值
//
//fgetpos 获取文件位置指示器
//
//fseek 将文件位置指示符移动到文件中的指定位置
//
//fsetpos 将文件位置指示器移动到文件中的指定位置
//
//rewind 将文件位置指示器移动到文件首
#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;
    pboys = boys;
    fp = fopen("test.txt", "w+");
    puts("Input data:\n");
    for (int i = 0; i < N; i++) {
        scanf("%s %d %d %f", pboys->name, &pboys->num, &pboys->age, &pboys->score);
        pboys++;
    }
    pboys = boys;
    fwrite(pboys, sizeof(struct stu), N, fp);
    rewind(fp);
    fseek(fp, sizeof(struct stu), SEEK_SET);
    fread(&boy, sizeof(struct stu), 1, fp);
    printf("%s %d %d %f", boy.name, boy.num, boy.age, boy.score);
    fclose(fp);
    return 0;
}
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C语言实现文件拷贝

#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
int main(int arg,char* argv[]){
    if(arg!=3){
        printf("input error!");
        exit(0);
    }
    FILE* fpr = fopen(argv[1],"rb");
    FILE* fpw = fopen(argv[2],"wb");
    if(fpr==NULL||fpw==NULL) return 1;
    fseek(fpr,0,SEEK_END);
    int len = ftell(fpr);
    rewind(fpr);
    for(int i = 0;i<len;i++){
        char ch = fgetc(fpr);
        fputc(ch,fpw);
    }
    fclose(fpr);
    fpr = NULL;
    fclose(fpw);
    fpw = NULL;
    return 0;
}
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获取文件长度

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>

int main(){
	FILE* fp = fopen("test.txt", "r");
	fseek(fp, 0, SEEK_END);
	int len = ftell(fp);
	rewind(fp);
	printf("文件的长度为:%d", len);//文件中有 0D 0A
	return 0;
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C语言输入/输出流和文件操作【二】

参考文献

1. C语言中文网/首页 > C语言入门 > 文件操作
2. C++中文 - API参考文档