数据文件的使用（C语言笔记）

一、 输入输出的基本概念

数据在外部设备和内存之间的传递，我们称之为输入输出。

二、文件概念

在C语言中，“文件”的概念具有广泛的意义，它把和主机进行数据交换的输入输出设备都看作一个文件。即把实际的物理设备抽象为逻辑文件，它们也被称为设备文件。
如：

1. 键盘作为标准输入文件，文件名stdin
2. 显示器作为标准输出设备，文件名stdout，标准错误输出文件stderr
3. 打印机也可以作为输出文件，文件名PRN

注：数值12345在ASCII文件中和二进制文件中的存放形式不同，整数 12345
i. 若存于文本文件中，占 5 个字节。
即存放 5 个 ASCII 字符（看成字符串），
本质上存储的是二进制值。
ii. 若存于二进制文件中，占 4 个字节（即内存映象）。
因为一个整数在内存中占 4 个字节，
本质上存储的仍是二进制值。

三、 缓冲

引入缓冲的目的是解决CPU的运行速度和外部设备操作速度不匹配的矛盾。提高计算机系统运行速度。以输出操作为例，在内存中开辟一个输出缓冲区，程序中的每次输出，不是立刻直接驱动并输出到外部设备上的，而是首先输出到缓冲区中，当缓冲区被写满或缓冲区不满但程序干涉时，才将缓冲区中的数据成批送往外部设备，这样可以减少对外部设备的驱动次数，提高输出速度。

四、文件的读写过程

(一) 预备知识

1. 无论是文本文件还是二进制文件，文件都可以看成数据流，数据流由若干字节构成，以文件结束符EOF结尾。
   
2. 在程序中要读写一个文件时，必须要通过指向文件的指针进行。
3. 需知道待读写文件的文件名、文件类型、文件的操作方式（即读写方式）以及文件的读写位置指针等信息。
4. 信息一般存放在一个文件信息区中，文件信息区的本质是一个结构体变量，其各个成员存放上述信息。
5. 在缓冲文件系统中，对每个正在使用的文件，都要使用一个FILE类型的结构变量，该结构变量用于存放文件的有关信息，如：文件名、文件状态等。
6. 在C语言中，无论是一般磁盘文件还是设备文件，都要通过文件结构的相应成员数据进行输入输出处理。
7. 文件结构不需要用户定义，由系统事先定义好。
8. 文件结构已由系统定义，在程序中若想读写一个文件，则首先必须为该文件建立一个信息区，用一个指针指向该信息区。
9. 定义一个FILE类型（文件型）文件信息区指针（简称文件指针）：
   FILE * 文件型指针变量名;
   例如: FILE *fp;
   fp是一个指针变量，指向文件结构。如要同时使用多个文件时，必须有多个不同的文件指针。程序运行过程中，文件指针是指定待读写文件的唯一标识。

(二) 读写过程

FILE *file;
file=fopen(" "," ");

（其中第一个双引号里是文件地址，文件地址必须用 \ \ 隔开，不然会出错，第二个是打开类型）

打开类型汇总：

r ：以只读方式打开文件，该文件必须存在。
r+ ：以可读写方式
打开文件，该文件必须存在。
w ：打开只写文件，若文件存在则文件长度清为0，即该文件内容会消失。若文件不存在则建立该文件。
w+： 打开可读写文件，若文件存在则文件长度清为零，即该文件内容会消失。若文件不存在则建立该文件。
a ：以附加的方式打开只写文件。若文件不存在，则会建立该文件，如果文件存在，写入的数据会被加到文件尾，即文件原先的内容会被保留。（EOF符保留）
a+： 以附加方式打开可读写的文件。若文件不存在，则会建立该文件，如果文件存在，写入的数据会被加到文件尾后，即文件原先的内容会被保留。 （原来的EOF符不保留）
wb ：只写打开或新建一个二进制文件；只允许写数据
wb+ ：读写打开或建立一个二进制文件，允许读和写。
ab+ ：读写打开一个二进制文件，允许读或在文件末追加数据。
rb+ ：读写打开一个二进制文件，允许读写数据，文件必须存在。
一张好图：

注意：
1.当程序开始运行时，系统自动打开三个标准文件：
标准输入（文件指针stdin ）
标准输出（文件指针stdout ）
标准出错输出（文件指针stderr ）
2.如果程序从stdin输入数据，则从键盘输入数据。
3.如果程序向stdout写数据，则写到屏幕上。

(三) 文件的打开与关闭

1.打开文件

——建立“文件信息区”，返回一个文件指针。
即通过指针建立用户程序与文件的联系，为文件开辟缓冲区。
FILE *fp;
fp=fopen(文件名，文件的使用方式);
文件名——字符串，可带路径
文件的使用方式——字符串
例：

 fp = fopen("data.dat ","r");fp= fopen("d:\\c\\data.dat ","r");//以读方式打开正文文件 data.dat, 它事前应存在。若打开不成功，则 fopen( ) 函数返回空指针 NULL 。

一般以如下方式处理

#include   
#include
int main()
{//一般如下处理FILE*fp;fp=fopen("d:\\data.dat","r");//以只读方式打开数据文件if (fp==NULL){printf("打不开");exit(1);//exit是系统函数，表示终止程序的运行}}

2.关闭文件

对文件读写完毕，要关闭该文件，释放信息区。
调用格式 fclose(fp); /* fp是文件指针 */
即切断文件和程序的联系，将文件缓冲区的内容写入磁盘，并释放文件指针。

注意：若文件关闭成功，则 fclose( ) 函数返回返回值为 0 。
若文件关闭失败，则返回非0值。

综上标准操作如下：

#include 
#include
#include
int main()
{FILE*p=fopen("Contact.txt","r"); //打开文件输入文件地址，和打开方式if(p==NULL) //如果传入空指针则会报错{printf("%s", strerror(errno));//printf("%s", strerror(errno)) 用于输出当前的错误描述。//errno 是一个全局变量，它保存了最近一次发生的错误代码。strerror(errno) 将根据这个错误代码返回相应的错误描述字符串。}fclose(p); //关闭文件p=NULL;  //防止变为野指针return 0;
}

五、 文件的读写

1. 文件顺序操作

对文件的操作（文件读写）必须按文件中字符的先后顺序进行，只能在操作了第i个字符后，才能操作第i+1个字符。
在对文件操作时，文件的位置指针由系统自动向后（文件尾方向）移动。

2. 文件读写函数

1. 读写一个字符：fgetc函数和fputc函数。

2. 读写一行字符串：fgets函数和fputs函数。

3. 格式化读写：fscanf函数和fprintf函数。

4. “块”读写：fread函数和fwrite函数。

5. “字”（整数）读写：getw函数和putw函数。

6. ungetc函数用于退回一个字符到输入缓冲区中。

7. feof函数用于在文件的读写过程中，检测是否到达文件结束

(一) fgetc函数和fputc函数

用于读写一个字符，它们的函数原型是：

int fgetc(FILE *fp) ;      /* 功能：从fp指定的文件中读入一个字符 */

int fputc(int c, FILE *fp) ;  /* 功能：将字符c写入fp指定的文件中 */

（二）fgets函数和fputs函数

·fgets 原型为：

char * fgets(char *s, int n, FILE *fp) ; /* 功能：从fp 指定的文件中读入一行字符串，

最多读取n－1个字符，并把它们存放到字符数组s中，若在读入n－1个字符之前遇到换行符 ‘\n’ 或文件结束符EOF，则结束读入。

·fputs 原型为：

int fputs(const char *s, FILE *fp) ;   /* 功能：将字符串s 写到fp指定的文件中  */

注意：
~fgets与gets的区别：

fgets将’\n’作为字符读入到字符串中，
而gets不把’\n’读入到字符串中。

~fputs与puts的区别：

fputs原样输出字符串，不增加输出’\n’；
而puts将字符串输出后，增加输出’\n’。

(三) fscanf函数和fprintf函数

fscanf 函数用于文件格式化的输入，原型为：

int fscanf(FILE *fp, const char *format, 输入量地址列表) ; 

fprintf函数用于文件格式化输出，原型为：

int fprintf(FILE *fp, const char *format, 输出量列表) ; 

参数fp 是文件指针，参数format是格式控制字符串。
与标准格式化输入输出函数scanf和printf的原型比较，多了第一个参数——文件指针，用于指定输入输出的数据文件。
其他的使用方式和 scanf 和 printf 没有区别。

scanf(“%d”,&x) 等价于 fscanf(stdin, “%d”, &x)

(四) feof函数

函数原型：

int feof(FILE *fp) ;/* 功能：判断fp指定的文件是否到达了文件结尾处  *//* 如果到达，则函数返回 “真”；否则返回“假” */

feof函数常用于循环读取文件内容的场景中，通过检查文件流的结束标志来确定是否已到达文件末尾。
例：以下是一个使用feof函数的示例代码，用于逐行读取文件内容并输出到控制台

#include int main() {FILE *fp;char line[100];fp = fopen("file.txt", "r");if (fp == NULL) {printf("无法打开文件\n");return 1;}while (!feof(fp)) {if (fgets(line, sizeof(line), fp) != NULL) {printf("%s", line);}}fclose(fp);return 0;
}

（五）ungetc函数的使用

函数原型如下：

int ungetc(int c, FILE *fp) ; 

功能：将c字符退回到fp指定的输入数据流中。
例：假定文本文件data.txt的内容是字符流"ABCDEFG…"，下面的函数读入其前三个字符，按逆序退回这三个字符，然后再读入前三个字符。通过本例，读者可以学习ungetc函数的使用，同时能够体会到文件缓冲区的意义。

int main( )
{	FILE *fp;char ch1, ch2, ch3; if((fp = fopen("data.txt", "r"))==NULL){ 	printf("Can not open data.txt!\n");exit(1);   } ch1=fgetc(fp);     	ch2=fgetc(fp);     ch3=fgetc(fp);printf("%c%c%c,", ch1, ch2, ch3);ungetc(ch1,fp);    ungetc(ch2,fp);    ungetc(ch3,fp);ch1=ch2=ch3='X';ch1=fgetc(fp);     	ch2=fgetc(fp);    ch3=fgetc(fp);printf("%c%c%c\n", ch1, ch2, ch3);fclose(fp);return 0;
}

例1

从键盘输入以回车结尾的一行字符，将其写入文本文件:

# include      /* 文件操作必须包含此头文件 */
# include  
int main( )
{	FILE *fp; char filename[30], ch;       /* filename存放文件名  */printf("Please enter the file name: ");gets(filename);      /* 用标准输入函数输入目标文本文件名 */fp = fopen(filename, "w");   if(fp==NULL){ 	printf("Can not open file %s!\n", filename);exit(1);  } while((ch=getchar( ))!='\n')       /*  A  */fputc(ch, fp);                   /*  B  */fclose(fp);return 0;
}

例2

文本文件的复制
以下程序用于将一个源文件的内容复制到一个目标文件。

#include  
#include 
int main( )
{FILE *fp1, *fp2;char infile[30], outfile[30], ch;  /* infile存放源文件名，outfile 存放目标文件 */printf("Please enter an input file name: ");gets(infile);        /* 用标准输入函数输入源文件名 */fp1 = fopen(infile, "r");   if(fp1==NULL){ printf("Can not open file %s!\n", infile);exit(1);   } printf("Please enter an output file name: ");gets(outfile); /* 用标准输入函数输入目标文件名 */fp2 = fopen(outfile, "w");if(fp2==NULL){ printf("Can not open file %s!\n", outfile);exit(2);  }while((ch=fgetc(fp1))!=EOF) fputc(ch, fp2);       fclose(fp1);fclose(fp2);return 0;
}

例3

从正文文件in.txt中读入数据到二维数组中，调用函数分别求该二维数组的主、辅对角线上的元素之和，然后将二维数组的数据以矩阵方式写入另一正文文件out.txt，最后写入求和结果。

int main( )
{void sum(int a[4][4], int *, int *); /* 函数原型说明 */FILE *fp1, *fp2;int a[4][4], i, j, sum1, sum2;if((fp1=fopen("dada.in", "r"))==NULL)/* 打开输入数据文件 */{ printf("Can'nt open dada.in!\n");exit(1);   }if((fp2=fopen("data.out", "w"))==NULL)/* 打开输出数据文件 */{printf("Can'nt open data.out!\n");exit(2);  }
for(i=0; i<4; i++)for(j=0; j<4; j++)fscanf(fp1, "%d", &a[i][j]); /* 从文件读元素值 */sum(a, &sum1, &sum2); /* 调用函数计算对角线元素之和 */for(i=0; i<4; i++){for(j=0; j<4; j++)fprintf(fp2, "%4d", a[i][j]); /* 写数组元素到文件 */fprintf(fp2, "\n");}fprintf(fp2, " sum1=%d\n sum2=%d\n", sum1, sum2); /* 写求和结果到文件 */ fclose(fp1);fclose(fp2);return 0;
}
void sum(int a[4][4], int *sum1, int *sum2)/* 通过指针带回多个计算结果 */
{int i;*sum1=*sum2=0;for(i=0; i<4; i++){*sum1 = *sum1 + a[i][i];*sum2 = *sum2 + a[i][3-i];}
}

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