文件¶

格式化输入输出¶

printf : %[flags][width][.prec][hlL]type

printf("%9.3f\n", 123.0)
//连带小数点前后总共占9位

printf scanf的返回值

• scanf：读入的字符数
• printf：输出的字符数

大型程序中，应该判断每次调用scanf和printf的返回值，从而了解程序运行中是否存在问题。

基本概念¶

在C语言中，文件操作是一种将程序数据持久化到存储设备（如硬盘）中的方式，可以读取和写入数据到文件中。文件操作的核心思想是通过文件指针来访问文件，文件指针是一个连接程序和文件的桥梁。

文件与流¶

• 文件（File）
  文件是存储在存储设备上的数据集合，可以是文本文件（如 .txt）或二进制文件（如 .bin）。C语言通过文件操作函数访问文件内容。

• 流（Stream）
  流是文件与程序之间数据传输的抽象。通过流，数据可以从程序写入文件，或从文件读取到程序。

文件指针¶

• 类型为 FILE* 的指针，定义在 stdio.h 中，用于标识程序与文件之间的连接。

使用：

1. 使用 fopen 打开文件并获取指针。
2. 操作文件（读/写/定位）。
3. 使用 fclose 关闭文件并释放资源。

文件指针会随着在文件中写入内容而移动。

• fprintf、fwrite 等写操作：文件指针会移动到写入数据的末尾。
• fseek 和 ftell：可以用于手动调整和检查文件指针的位置。

示例代码¶

以下代码演示了文件指针如何随着写入内容而移动：

#include <stdio.h>

int main() {
    FILE* fp = fopen("test.txt", "w+");  // 读写模式
    if (fp == NULL) {
        perror("Failed to open file");
        return 1;
    }

    // 初始文件指针位置
    printf("Initial position: %ld\n", ftell(fp));  // 输出 0

    // 写入内容
    fprintf(fp, "Hello, ");
    printf("After first write: %ld\n", ftell(fp)); // 输出 7（"Hello, " 有 7 个字符）

    // 写入更多内容
    fprintf(fp, "world!");
    printf("After second write: %ld\n", ftell(fp)); // 输出 13（"Hello, world!" 有 13 个字符）

    // 关闭文件
    fclose(fp);
    return 0;
}

输出示例：

Initial position: 0
After first write: 7
After second write: 13

文件指针移动规则

1. 写入操作后： - 文件指针移动到写入内容的末尾。 - 例如，写入 "Hello" 后，文件指针移动到 5 处（字符数为 5）。

2. 读操作后： - 文件指针移动到读取内容的末尾。

3. 手动移动指针： - 可以通过 fseek 或 rewind 函数调整指针位置。例如：

   fseek(fp, 0, SEEK_SET);  // 将文件指针移动到文件开头
   

常用函数¶

1. 文件的打开与关闭¶

文件打开：fopen

• 函数原型：

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

• 功能：打开一个文件并返回一个指向该文件的指针。
• 参数：
  • filename：要打开的文件名。
  • mode：文件打开模式。常用模式有： 在 C 语言中，文件操作模式也可以结合二进制模式进行操作。二进制模式通过在文件模式字符串中添加一个字符 'b' 实现，具体格式如 "rb", "wb", 等等。以下是补充二进制相关内容后的完整表格：

• 返回值：成功时返回文件指针，失败时返回 NULL。

文件关闭：fclose

• 函数原型：

  int fclose(FILE *stream);
  

• 功能：关闭文件，释放相关资源。
• 参数：
  • stream：文件指针。
• 返回值：成功时返回 0，失败时返回 EOF。

2. 文件读取操作¶

文本文件读取¶

fgetc

• 函数原型：

  int fgetc(FILE *stream);
  

• 功能：从文件中读取一个字符。
• 参数：
  • stream：文件指针。
• 返回值：返回读取的字符，如果到达文件末尾，返回 EOF。

fgets

• 函数原型：

  char *fgets(char *str, int n, FILE *stream);
  

• 功能：从文件中读取一行字符（包括空格）并存入 str 中，最多读取 n-1 个字符。
• 参数：
  • str：存储读取内容的缓冲区。
  • n：缓冲区的大小。
  • stream：文件指针。
• 返回值：返回 str，如果读取到文件末尾返回 NULL。

二进制文件读取¶

fread

• 函数原型：

  size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t count, FILE *stream);
  

• 功能：从文件中读取二进制数据，存入内存中。
• 参数：
  • ptr：数据存储缓冲区。
  • size：每个元素的大小（字节）。
  • count：要读取的元素个数。
  • stream：文件指针。
• 返回值：成功读取的元素个数。

3. 文件写入操作¶

文本文件写入¶

fputc

• 函数原型：

  int fputc(int c, FILE *stream);
  

• 功能：向文件写入一个字符。
• 参数：
  • c：要写入的字符。
  • stream：文件指针。
• 返回值：成功返回写入的字符，失败返回 EOF。

fputs

• 函数原型：

  int fputs(const char *str, FILE *stream);
  

• 功能：向文件写入一个字符串（不包含 \0 结束符）。
• 参数：
  • str：要写入的字符串。
  • stream：文件指针。
• 返回值：成功返回非负值，失败返回 EOF。

二进制文件写入¶

fwrite

• 函数原型：

  size_t fwrite(const void *ptr, size_t size, size_t count, FILE *stream);
  

• 功能：向文件写入二进制数据。
• 参数：
  • ptr：数据源（内存中的数据）。
  • size：每个元素的大小（字节）。
  • count：要写入的元素个数。
  • stream：文件指针。
• 返回值：成功写入的元素个数。

4. 文件定位¶

fseek

• 函数原型：

  int fseek(FILE *stream, long offset, int whence);
  

• 功能：将文件指针移动到指定位置。
• 参数：
  • stream：文件指针。
  • offset：偏移量，单位为字节。可以是正值、负值或零。
  • whence：偏移基准位置。常用值有：
    • SEEK_SET：文件开头。
    • SEEK_CUR：当前位置。
    • SEEK_END：文件末尾。
• 返回值：成功时返回 0，失败时返回非零值。

ftell

• 函数原型：

  long ftell(FILE *stream);
  

• 功能：返回当前文件指针的偏移量（从文件开头开始计）。
• 参数：
  • stream：文件指针。
• 返回值：返回当前文件指针的位置（以字节为单位），失败时返回 -1L。

rewind

• 函数原型：

  void rewind(FILE *stream);
  

• 功能：将文件指针重置到文件开头。
• 参数：
  • stream：文件指针。
• 返回值：无返回值。

5. 错误处理¶

feof

• 函数原型：

  int feof(FILE *stream);
  

• 功能：判断是否到达文件末尾。
• 参数：
  • stream：文件指针。
• 返回值：非零值表示文件结束，返回 0 表示未到达文件末尾。

ferror

• 函数原型：

  int ferror(FILE *stream);
  

• 功能：检查文件是否发生错误。
• 参数：
  • stream：文件指针。
• 返回值：非零值表示发生错误，返回 0 表示没有错误。

6. 文件清空与创建¶

freopen

• 函数原型：

  FILE *freopen(const char *filename, const char *mode, FILE *stream);
  

• 功能：关闭当前文件并重新打开文件。
• 参数：
  • filename：文件名。
  • mode：打开模式（如 "r", "w", "a" 等）。
  • stream：当前打开的文件指针。
• 返回值：成功返回新的文件指针，失败返回 NULL。

7. 文件缓冲与同步¶

setbuf

• 函数原型：

  void setbuf(FILE *stream, char *buffer);
  

• 功能：为文件流设置缓冲区。
• 参数：
  • stream：文件指针。
  • buffer：缓冲区指针。若为 NULL，则禁用缓冲。
• 返回值：无返回值。

setvbuf

• 函数原型：

  int setvbuf(FILE *stream, char *buffer, int mode, size_t size);
  

• 功能：为文件流设置缓冲区，支持不同的缓冲模式。
• 参数：
  • stream：文件指针。
  • buffer：缓冲区指针。
  • mode：缓冲模式，通常为 _IOFBF（全缓冲）、_IONBF（无缓冲）或 _IOLBF（行缓冲）。
  • size：缓冲区大小。
• 返回值：成功返回 0，失败返回非零值。

fflush

• 函数原型：

  int fflush(FILE *stream);
  

• 功能：强制刷新文件缓冲区，将缓冲区中的内容写入文件。
• 参数：
  • stream：文件指针。如果为 NULL，则刷新所有打开的输出流。
• 返回值：成功返回 0，失败返回 EOF。

8. 临时文件处理¶

tmpfile - 函数原型：

FILE *tmpfile(void);

缓冲区¶

在 C 语言中，文件缓冲区（Buffer）是用来临时存储数据的一块内存区域，用于优化文件的输入和输出操作。缓冲区的引入可以减少实际文件操作的次数，从而提高程序的效率。

常用函数与缓冲区相关操作

1. fflush() fflush() 用于清空缓冲区，将缓冲区中的数据立即写入文件或设备。

   int fflush(FILE *stream);
   

   - 参数： - stream：文件流指针，表示需要刷新的文件。如果传递 NULL，则刷新所有输出流。 - 典型应用： - 在程序中强制写入文件。 - 确保日志或调试信息及时输出。

示例：

#include <stdio.h>

int main() {
    FILE *file = fopen("example.txt", "w");
    if (file == NULL) {
        printf("Error opening file.\n");
        return 1;
    }

    fprintf(file, "Hello, world!");
    fflush(file);  // 立即将缓冲区内容写入文件

    fclose(file);
    return 0;
}

2. setvbuf() setvbuf() 用于设置文件的缓冲区模式及大小。

   int setvbuf(FILE *stream, char *buffer, int mode, size_t size);
   

   - 参数：
   • stream：文件流指针。
   • buffer：自定义缓冲区（传递 NULL 表示使用默认缓冲区）。
   • mode：缓冲区模式，可选值：
     • _IOFBF：全缓冲模式。
     • _IOLBF：行缓冲模式。
     • _IONBF：无缓冲模式。
   • size：缓冲区大小（以字节为单位）。
   • 返回值：
   • 成功返回 0，失败返回非零值。

示例：设置自定义缓冲区

#include <stdio.h>

int main() {
    FILE *file = fopen("example.txt", "w");
    if (file == NULL) {
        printf("Error opening file.\n");
        return 1;
    }

    char buffer[1024];  // 自定义缓冲区
    setvbuf(file, buffer, _IOFBF, sizeof(buffer));  // 设置全缓冲模式

    fprintf(file, "Buffered data.");
    fclose(file);  // 文件关闭时，缓冲区中的数据会写入文件

    return 0;
}

3. setbuf() setbuf() 是 setvbuf() 的简单版本，用于设置文件流为全缓冲或无缓冲。

   void setbuf(FILE *stream, char *buffer);
   

   - 参数：
   • stream：文件流指针。
   • buffer：缓冲区指针。如果为 NULL，文件流设置为无缓冲模式。

示例：设置无缓冲模式

#include <stdio.h>

int main() {
    FILE *file = fopen("example.txt", "w");
    if (file == NULL) {
        printf("Error opening file.\n");
        return 1;
    }

    setbuf(file, NULL);  // 设置文件流为无缓冲模式

    fprintf(file, "This will be written immediately.");
    fclose(file);

    return 0;
}

缓冲区的默认行为

1. 标准流的默认缓冲模式：
   • stdout：行缓冲模式。
   • stdin：行缓冲模式。
   • stderr：无缓冲模式。
2. 文件流的默认缓冲模式：
   • 通常是全缓冲模式，缓冲区大小一般由操作系统决定（通常为 4KB 或 8KB）。

缓冲区可能引发的问题

1. 未及时刷新缓冲区：
   • 如果程序异常退出，缓冲区中的数据可能未被写入文件，导致数据丢失。
2. 并发操作冲突：
   • 多线程或多进程同时操作同一文件时，缓冲区可能引发数据竞争，需要特别注意同步操作。

总结

• 缓冲区的作用：提高文件 I/O 的效率，通过减少磁盘读写次数来优化性能。
• 关键操作：
  • 使用 fflush() 手动刷新缓冲区。
  • 使用 setvbuf() 或 setbuf() 自定义缓冲区行为。
• 文件默认缓冲模式：文件通常是全缓冲，标准流根据类型可能是行缓冲或无缓冲。

文件的输入输出¶

方法一：shell的重定向

• > 将输出定向值后面的文件
• < 从后面的文件中读取输入

方法二：FILE

int main()
{
    FILE* fp = fopen("try.c", "r");
    if(fp){
        fscanf(fp, "%d", &num);
        printf("%d\n", num);
        fclose(fp);
    }
    else{
        printf("文件打开失败");
    }
}

fopen : FILE *fopen(const char *__restrict__ __filename, const char *__restrict__ __modes)

• Open a file and create a new stream for it.

• 参数是两个字符串，第二个如下：

  

fclose: int fclose(FILE *__stream)

• Close STREAM.

对文本文件的读和写：

1. fscanf : int fscanf(FILE *__restrict__ __stream, const char *__restrict__ __format, ...)

• Read formatted input from STREAM.
• 只是在scanf前面加一个FILE*的指针，其他都一样。

2. fprintf : int fprintf(FILE *__restrict__ __stream, const char *__restrict__ __format, ...)

• Write formatted output to STREAM.

对二进制文件的读和写

1. fread : size_t fread(void *__restrict__ __ptr, size_t __size, size_t __n, FILE *__restrict__ __stream)

   • Read chunks of generic data from STREAM.

2. fwrite : size_t fwrite(const void *__restrict__ __ptr, size_t __size, size_t __n, FILE *__restrict__ __s)

   • Write chunks of generic data to STREAM.

• FILE指针是最后一个参数

• 返回值是成功读写的字节数

• 对二进制文本的读写一般是通过对一个结构变量的操作进行的，因此，__size 代表一个结构的大小；__n 代表读写几个结构变量

在文件中定位¶

ftell : long ftell(FILE *__stream) - Return the current position of STREAM.

fseek : int fseek(FILE *__stream, long __off, int __whence) - Seek to a certain position on STREAM. - 用来调整文件指针的位置。它适用于文本文件和二进制文件。通过 fseek，可以在文件中快速定位到某个特定的位置，以便后续读取或写入。 - 第三个参数：基准量：从哪里开始的第一步确定初始位置 - SEEK_SET ：从头开始 - SEEK_CUR ：从当前位置开始 - SEEK_END ：从尾开始（倒过来） - 第二个参数：偏移量：在第三个参数的基础上移动几个字节作为开始的seek的地方

未解决可移植性的问题：用文本

处理数据的方式：数据库 / 第三方库 （用C底层的文件/数据操作方式的少了）