【C语言】—— 文件操作（上）

一、 为什么使用文件

  我们为什么要使用文件呢？回答这个问题之前，我们先来看一段代码：

#include<stdio.h>

int main()
{
	int n = 0;
	scanf("%d", &n);
	printf("%d\n", n);

	return 0;
}
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  这段代码创建了一个变量 $n$，当程序运行时，我们输入一个值（比如说 10 ）存在变量 $n$ 中，当我们下一次运行程序时，这个10 不见了，它的值又恢复到 0，我们又得重新输入一个值。

  原来，像 $n$ 这样的变量是在内存里创建的，当程序结束时，刚刚申请的 4 个字节又还给了操作系统，当程序再次运行时，$n$中的值依然是 0。

  因此，如果将数据存在内存中，当程序结束，下次再运行时，这个值就不见了，它无法持久化地保存起来。

  怎么办呢？

  这时我们想，如果我们在电脑上创建了一个文件，文件中存这一个 10。这个文件是放在硬盘上的（比如C盘、E盘）。这即使把电脑关机，下次打开里面依然存的是 10。

  这是因为，当我们把数据放在文件中，即硬盘上时，这些数据会持久化地保存下来。而相对的，放在内存中数据只要程序退出，数据就丢失了。

  因此当我们想把数据持久化地保存下来时，就需要文件。

  

二、 什么是文件

  硬盘（磁盘）上的文件就是文件。
  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（从文件功能的角度分类）
  

2.1、 程序文件

  所谓的程序文件就是我们写出来的代码，程序文件包括源程序文件（后缀文 $.c$）,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

  什么是数据文件呢？当我们写程序，从某一个文件中读取数据；或者把一些数据写到文件中，这种文件就称为数据文件。

  本章我们讨论的内容主要是数据文件。

  在之前的学习中，我们所处理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（屏幕）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的文件。
  

2.3、 文件名

  一个文件要有唯一标识，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

  如：c:\code\test.txt

• c:\code\ 为文件路径
• $test$ 为文件名主干
• $txt$ 为文件后缀

  

2.4、二进制文件与文本文件

  根据文件的组织形式，数据文件一般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出文件中，就是二进制文件。

  前面曾提到的 $.obj$文件就是一种 二进制文件，通过文本编辑器打开是一堆乱码，我们是看不懂的

  
  如果要求在外存上以 $ASCII$ 码的形式存储，则需要再存储前转换。以 $ASCII$ 字符存储的文件就是文本文件。

  
  那么一个数据在文件中是如何存储的呢？
  字符一律以 $ASCII$ 码形式存储，数值型数据及可以用 $ASCII$ 码形式存储，也可以使用二进制形式存储。

  什么意思呢？假设现在有一个整数 10000:
  如果以 $ASCII$ 码的形式存储，则磁盘中占用 5 个字节（一个字符一个字节）：一个字符 ‘1’，四个字符 ‘0’
  如果以二进制的形式存储，磁盘上只占4个字节（一个整型）
  

  而以 $ASCII$ 码形式存储则为文本文件；以二进制形式存储则为二进制文件。
  
测试代码：

#include<stdio.h>

int main()
{
	int a = 10000;
	FILE* pf = fopen("test.txt", "wb");
	fwrite(&a, 4, 1, pf);//二进制的形式写到文件中
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}
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  这段代码可能有些看不懂，但是没关系，我们只需知道其大致意思即可：这段代码就是将 10000 以二进制的形式写到文件中

  执行程序后，我们直接打开文件：

  
  我们再通过二进制的形式打开文件

VS上打开二进制文件的方法

 

10000 在二进制文件中

 
  那 10 和 27 又是什么意思呢？其实就是 0001 0000 和 0010 0111 的十六进制表示，同时，因为是小端字节序存储，因此存储时反过来的。
  

三、 文件的打开和关闭

3.1、流和标准流

（1）流

  我们程序的数据要输出到各种外部设备（屏幕、硬盘、U盘、网络上），也需要从外部设备（键盘、文件、网络上、U盘）获取数据，不同的外部设备的输入输出的操作各不相同，为了方便程序员对各种设备进行方便操作，我们抽象出 流 的概念，我们可以把流想象成流淌着数据的河。

  没有流，程序员就要学会如何从各种不同的设备上输入输出数据，而有了流，程序员只需知道如何将数据从流中取出和写入流即可，至于流如何与外部设备之间进行交流，我们并不关心，这是C语言底层和操作系统要关系的事情。这样大大简化了程序员学习编程的难度

  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。

  进行文件操作，打开文件其实就是打开流，然后再对流进行读写
 

（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。

  这是默认打开了的三个流，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 $FILE$* 的文件指针来维护流的各种操作的

  

3.2、文件指针

  在缓冲文件系统中，关键的概念是“文件类型指针”，简称 “文件指针”。
  
  每一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，用来存储文件的相关信息（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。该结构体类型是有系统声明的，取名 $FILE$。
  
  例如在VS2013编译器环境提供的 $stdio.h$ 头文件中有以下的文件类型声明：

struct _iobuf {
	char* _ptr;
	int _cnt;
	char* _base;
	int _flag;
	int _file;
	int _charbuf;
	int _bufsiz;
	char* _tmpfname;
	};

typedef struct _iobuf FILE;
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  不同的编译器的 $FILE$ 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，使用者不必关系细节。

  一般都是通过一个 $FILE$ 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；
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  定义 $pf$ 是一个指向 $FILE$ 类型数据的指针变量。可以使 $pf$指针指向某个文件信息区（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简洁找到与它关联的文件。
  

  

四、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* 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，$fclose$函数来关闭文件。

$fopen$ 函数(打开文件)

 

• 如果文件打开成功，返回一个FILE* 指针，打开失败则返回空指针
• $filename$ 表示要打开的文件名，其应符合文件的命名规范，可以包含文件路径
• $mode$ 表示文件的打开模式，下面都是文件的打开模式
   

  注：“$w$”（只写）会将原文件的内容全部清空，再从第一位开始写入数据；“a”（追加） 是从文件末尾开始追加
  

$fclose$ 函数(关闭文件)

  使用 $fclose$ 函数将文件关闭后，要将该文件指针置空（如 $free$ 函数一样）
  
  
  可能有些小伙伴对输入输出的关系还有些糊涂，我们可以来看下面一张图

  其实，究竟是输入还是输出，应该站在程序的角度分析：程序从外界获取数据，是输入；程序向外输出数据，是输出。

  
下面，我们先来尝试打开和关闭一个文件

#include<stdio.h>

int main()
{
	FILE* pf = NULL;
    //打开文件
	pf = fopen("test.txt", "r");
	//文件操作
	if (NULL == pf)
	{
		perror("fopen fail");
		return 1;
	}

	//读文件

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;
}
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• 前面曾提到，文件打开失败时，$fopen$ 函数会返回一个空指针，因此使用$fopen$ 函数打开一个文件，要对其返回值进行判断。
• $return$ 1 ：表示的是程序异常，提前结束程序，正常结束时返回0。
• 使用 $fclose$ 函数将文件关闭，别忘了将指针置空，如同 $free$函数一样。
    
    
  未完待续······