【C语言】深度探讨文件操作（一）

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📝前言

本小节，我们学习文件操作的知识，为什么使用文件？什么是文件？程序文件和数据文件，文件名的构成，二进制文件和文本文件？
文件的打开和关闭，认识 流和标准流，利用 ?件的顺序读写，最后进行了简单文件拷贝，干货满满！学习起来吧😃！

🌠 为什么使用文件？

文件提供了一种简单而有效的持久数据存储和交换机制，这是使用文件最主要的原因：存储持久数据。文件可以用于持久地存储数据，即使程序终止或计算机重新启动，文件中的数据也会保留。这提供了一种数据存储的方式。

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，是看不到上次运行程序的数据的，如果要将数据进行持久化的保存，我们可以使用文件。

🌉什么是文件？

文件是计算机系统中用来存储和组织数据的基本单位。
磁盘上的文件是文件。
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（从文件功能的角度来分类的）

🌠程序文件

程序文件包括源程序文件（.c），目标文件（windows环境后缀为.obj），可执行程序（windows环境后缀为.exe）。

🌉数据文件

文件的内容不一定是程序，而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。本小节讨论的是数据文件在以前各章所处理数据文件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，当需要的时候再从数据读取到内存中使用，这里处理的就是磁盘上的文件。

🌠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+文件主干+文件后缀
注：文件名主干不能包含以下非法字符： \ / : * ? " < > |
例如：D:\CSDN\test.txt

文件路径：D:\CSDN\
文件主干：test
文件后缀：.txt

如图：

🌉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或者二进制文件。

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，则需要在存储前转换。以ASCll字符的形式存储的文件就是文本文件。

那一个数据在内存中是怎么存储的呢？
字符一律以ASCll形式存储，数值型数据可以用ASCll形式存储，也可以使用二进制形式存储。

如有整数10000，如果以ASCll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（VS2019测试）。

当你看到这里，你是不是有点晕，阿森也是，不过不慌，让我们测试一下代码，以下代码不理解没关系，文章后面会慢慢讲解

# define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
int main()
{
	int a = 10000;
	FILE* pf = fopen("test.txt", "wb");
	//使用fopen函数打开一个名为test.txt的文件，以二进制写模式("wb")打开。如果文件不存在则创建。
	fwrite(&a, 4, 1, pf);//二进制文件写到文件中
	fwrite函数将a变量的内容写入到文件中。
	&a 是要写入数据的指针
	4  表示每个数据单元的大小，这里a是int型，大小为4字节
	1  表示要写入的数据单元个数，这里只写入一个a变量
	pf 是FILE指针，指向已打开的文件
	fclose(pf);//调用fclose关闭之前打开的文件。
	pf = NULL;
	return 0;
}

test.txt直接在文件中打开图：

在VS上用二进制编辑器打开test.txt

10000的二进制表示：00 00 27 10
在内存中按小端存储：10 27 00 00

🌠文件的打开和关闭

🌉 流和标准流

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数据，不同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的操作，我们抽象出流的概念，我们可以把流想象成流淌着字符的河。
这么抽象，不太好理解，让我们看图：
当我们要给程序输入数据可以有很多方式：键盘输入/文件读取/网络传输…输出方式可以是打印屏幕/写到文件中…这些写进程序里的方式肯定不同，有所差异，如果把所有的输入输出的方式的操作都学习，会感到有些繁琐，因此引进流的概念。

C程序针对?件、画?、键盘等的数据输?输出操作都是通过流操作的。
?般情况下，我们要想向流?写数据，或者从流中读取数据，都是要打开流，然后操作。

🌠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函数就是讲信息输出到标准流中
• stderr - 标准错误流，大多数的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；来维护流的各种操作的。

🌉 文件指针

缓冲文件系统中，关键概念是：“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。该结构体类型是有系统声明的，取名FILE.

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

不同的C编译器的FILE类型包含的内容不完全相同，但是?同?异。
每当打开?个?件的时候，系统会根据?件的情况?动创建?个FILE结构的变量，并填充其中的信息，使?者不必关?细节。
?般都是通过?个FILE的指针来维护这个FILE结构的变量，这样使?起来更加?便。
下?我们可以创建?个FILE*的指针变量:

FILE* pf;//?件指针变量

定义pf是?个指向FILE类型数据的指针变量。可以使pf指向某个?件的?件信息区（是?个结构体变量）。通过该?件信息区中的信息就能够访问该?件。也就是说，通过?件指针变量能够间接找到与它关联的?件。

🌠文件的打开和关闭

?件在读写之前应该先打开?件，在使?结束之后应该关闭?件。
在编写程序的时候，在打开?件的同时，都会返回?个FILE*的指针变量指向该?件，也相当于建?了指针和?件的关系。
ANSIC 规定使? fopen 函数来打开?件， fclose 来关闭?件。
fopen是C语言中用于打开文件的函数。
原型：

FILE *fopen(const char *filename, const char *mode);
filename是要打开的文件的的路径和名称
mode是打开文件的模式：只读、只写、追加等等

fopen函数返回一个指向FILE类型的指针，该指针可以用于后续的文件操作，比如读取、写入和关闭文件。

例如，要以只读方式打开名为"example.txt"的文件，可以这样使用fopen函数：

FILE *pf = fopen("example.txt", "r");

以绝对路径打开:

FILE *pf = fopen("C:\\Users\\Asen\\Desktop", "w");
加多一个\可以防止\与后面的内容结合发生转义

相对路径
. 表示当前目录
.. 表示上一级路径
FILE* pf = fopen("./../../data.txt", "w");

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fclose是C语言中用于关闭文件的函数。
原型：

int fclose(FILE *stream);
stream是指向FILE类型的指针，即要关闭的文件的指针
fclose函数用于关闭先前由fopen、freopen或tmpfile打开的文件。

注：关闭文件后，将释放与该文件相关的所有缓冲区，并将文件指针置为NULL。

例如：要关闭先前打开的文件

FILE *file = fopen("example.txt", "r");
// 对文件进行读操作
fclose(pf);
pf=NULL;

fclose函数返回一个整数值，如果成功关闭文件，则返回0，如果出错，则返回EOF。

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总体结合例子：

int main()
{
	//打开文件，为了写
	//如果文件打开失败，会返回NULL
	FILE* pf = fopen("data.txt", "w");
	if (NULL == pf)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//写文件

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

代码写在哪个文件目录下，默认自动在代码文件目录底下自动添加data.txt文件，效果图：

总结mode表??件的打开模式，下?都是?件的打开模式：

?件使??式	含义	如果指定文件不存在
“r”（只读）	为了输?数据，打开?个已经存在的?本?件	出错
“w”（只写）	为了输出数据，打开?个?本?件	建??个新的?件
“a”（追加）	向?本?件尾添加数据	建??个新的?件
“rb”（只读）	为了输?数据，打开?个?进制?件	出错
“wb”（只写）	为了输出数据，打开?个?进制?件	建??个新的?件
“ab”（追加）	向?个?进制?件尾添加数据	建??个新的?件
r+”（读写）	为了读和写，打开?个?本?件	出错
“w+”（读写）	为了读和写，建议?个新的?件	建??个新的?件
“a+”（读写）	打开?个?件，在?件尾进?读写	建??个新的?件
“rb+”（读写）	为了读和写打开?个?进制?件	出错
“wb+”（读写）	为了读和写，新建?个新的?进制?件	建??个新的?件
“ab+”（读写）	打开?个?进制?件，在?件尾进?读和写	建??个新的?件

#include <stdio.h>
int main()
{
	FILE* pFile;
	//打开?件
	pFile = fopen("myfile.txt", "w");
	//?件操作
	if (pFile != NULL)
	{
		fputs("fopen example", pFile);
		//fputs是C语言中用于向文件写入字符串的函数
		//关闭?件
		fclose(pFile);
	}
	return 0;
}

运行效果图：

🌉 ?件的顺序读写

文件的顺序读写是指按照文件中数据的顺序逐个读取或写入数据。

顺序读写函数介绍：

函数名	功能	适?于
fgetc	字符输?函数	所有输?流
fputc	字符输出函数	所有输出流
fgets	?本?输?函数	所有输?流
fputs	?本?输出函数	所有输出流
fscanf	格式化输?函数	所有输?流
fprintf	格式化输出函数	所有输出流
fread	?进制输?	?件
fwrite	?进制输出	?件

注：表格中的每个函数名可以点击，可以为你进行更深入的查找。
上?说的适?于所有输?流?般指适?于标准输?流和其他输?流（如?件输?流）；所有输出流?般指适?于标准输出流和其他输出流（如?件输出流）。
以下是程序进行简单读写操作流程图：

看到这里，让我们在文件进行写内容吧！

fputc是C语言中用于向文件写入单个字符的函数。
它的原型是：

int fputc(int c, FILE *stream);
c是要写入的字符
stream是指向FILE类型的指针，即要写入的文件的指针。
fputc函数将字符c写入到指定的文件流中

fputc函数返回一个非负值（通常是写入的字符），如果成功写入字符，则返回非负值，如果出错，则返回EOF。

让我们直接看代码：

int main()
{
	//打开文件
	FILE* pf = fopen("data.txt", "w");
	if (pf == NULL)
	{
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//写文件
	fputc('a', pf);
	fputc('b', pf);
	fputc('c', pf);
	fputc('d', pf);

	//打印26个字符a~z
	//int i = 0;
	//for (i = 0; i < 26; i++)
	//{
	//	fputc('a'+i, pf);
	//	//fputc('\n', pf);
	//}
	
	//输出到终端
	//int i = 0;
	//for (i = 0; i < 26; i++)
	//{
	//	fputc('a' + i, stdout);
	//	//fputc('\n', pf);
	//}

	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

效果图：

终端无内容：

文件上写进去abcd了

标准输出流stdout输出到终端

fgetc是C语言中用于从文件中读取单个字符的函数。
它的原型是：

int fgetc(FILE *stream);
stream是指向FILE类型的指针，即要读取的文件的指针。
fgetc函数从指定的文件流中读取一个字符并返回其ASCII码值。

需要注意的是，fgetc函数返回的是int类型的值，因为它不仅可以返回字符的ASCII码值，还可以返回EOF（通常为-1）作为读取失败的标识。
上代码看看：

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

	//读文件
	int ch = fgetc(pf);//a
	printf("%c\n", ch);

	ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);

	ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);

	ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);
	//关闭文件
	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

为什么可以这样写呢？

🌠文件拷贝

写一个代码，完成将data1.txt文件的内容，拷贝一份生成data2.txt文件
思路：从data1.txt中读取数据，写到data2.txt的文件中

#include <stdio.h>

int main()
{
    // 打开要读取的文件
    FILE* pfread = fopen("data1.txt", "r");
    if (pfread == NULL)
    {
        perror("fopen->data1.txt"); // 如果打开失败，输出错误信息
        return 1;
    }
    // 打开要写入的文件
    FILE* pfwrite = fopen("data2.txt", "w");
    if (pfwrite == NULL)
    {
        fclose(pfread); // 关闭已打开的文件流
        pfread = NULL; // 将指针置为NULL，避免误用
        perror("fopen->data2.txt"); // 如果打开失败，输出错误信息
        return 1;
    }
    // 数据的读写（拷贝）
    int ch = 0;
    while ((ch = fgetc(pfread)) != EOF)
    {
        fputc(ch, pfwrite); // 逐个读取字符并写入到另一个文件
    }

    // 关闭文件流
    fclose(pfread);
    fclose(pfwrite);

    return 0;
}

data1.txt内容要不我把文章内容都放进去吧，然后都复制到data2.txt

data2.txt效果图：

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🚩总结

这次阿森和你一起学习为什么使用文件？什么是文件？程序文件和数据文件，文件名的构成，二进制文件和文本文件？文件的打开和关闭， 流和标准流，文件指针，文件的打开和关闭，?件的顺序读写，对前面的知识利用实现简单文件拷贝。当然还scanf/fscanf/sscanf，printf/fprintf/sprintf的对比，ftell计算返回?件指针相对于起始位置的偏移量等等阿森正在快马加鞭中。

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