文件管理的库函数介绍

文件基础知识

• 程序设计中的文件

  • 程序文件：如源程序文件（.c）、目标文件（.obj）、可执行文件（.exe）等

  • 数据文件：程序运行需要从中读取、输出数据的文件

    注：数据文件大多被称为二进制文件，根据数据的组成，有的称为文本文件

• 文件名

  • 概念：一个文件的唯一标识，以便用户识别和引用
  • 组成：文件路径 + 文件名主干 + 文件后缀

• 文件类型

  • 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，就是二进制文件
  • 若要求在外存上以ASCLL码的形式存储，则需要在存储前进行转换。以ASCLL字符的形式存储的文件就是文本文件

• 文件缓冲区（File Buffer）

  

  • 工作原理

    • 当程序执行写操作（如 fwrite ）时，数据不会立即写入磁盘，而是先存入缓冲区
    • 当缓冲区满、程序调用 fflush 强制刷新、或关闭文件（ fclose ）时，缓冲区中的数据才会一次性写入磁盘
    • 读操作（如 fread ）时，系统会先从磁盘读取一批数据到缓冲区，再从缓冲区向内存传递数据
    • 缓冲区的大小根据C编译系统决定

  • 缓存区的作用

    • 减少对磁盘的直接读写次数（磁盘 IO 速度远慢于内存操作）
    • 提高文件操作效率，降低系统开销

  • 缓冲区的分类

    • 全缓冲：缓冲区满时才进行实际 IO 操作（默认对磁盘文件使用）
    • 行缓冲：遇到换行符\n或缓冲区满时刷新（通常用于终端设备）
    • 无缓冲：数据直接写入，不经过缓冲区（如 stderr 标准错误流）

  • 实例：文件缓冲区造成的显示错误

    linux系统中，死循环打印 “hehe” 并 sleep(1)，屏幕上没有及时地显示信息

• 文件指针（文件流）

  • 概念：缓冲文件系统中，使用文件指针统一了对不同设备（磁盘文件、终端、网络等）的操作接口

  • 流的类型：

    • 文本流：按字符序列处理，会自动转换换行符（如 Windows 下\n转换为\r\n）
    • 二进制流：按字节序列处理，数据原样传输，不做转换

  • 标准流：

    • stdin：标准输入流（通常对应键盘）

    • stdout：标准输出流（通常对应屏幕）

    • stderr：标准错误流（通常对应屏幕，用于输出错误信息）

    • 文件指针（文件流）与文件缓冲区的关系

      • 文件流是数据传输的逻辑通道，文件缓冲区是流操作的物理载体
      • 每个文件流都关联一个或多个缓冲区，所有 IO 操作都通过缓冲区间接完成
      • 关闭文件流（fclose）时会自动刷新其关联的缓冲区，确保数据完整性

    • 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、文件当前位置等）。这些信息是保存在一个结构体变量中的。该结构体变量是有系统声明的，取名FILE。例如打开文件f1、f2、f3

      

  注：

  • 不同的C编译器对FILE类型包含的内容不完全相同，但大同小异
  • 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结构体变量，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指针来维护这个结构体变量，这样使用起来更加方便

文件操作（<stdio.h>）

文件的打开与关闭（fopen、fclose）

• fopen

  • 函数原型：FILE *fopen( const char *filename, const char *mode );

  • 功能：以 mode 参数的格式打开文件，返回维护文件的 FILE* 指针

  • mode参数介绍

    文件使用方式（mode）	含义	如果指定文件不存在
    “r”（只读）	为了输入数据，打开一个已经存在的文本文件	出错
    “w”（只写）	为了输出数据，打开一个文本文件	建立一个新的文件
    “a”（追加）	向文本文件尾添加数据	建立一个新的文件
    “rb”（只读）	为了输入数据，打开一个二进制文件	出错
    “wb”（只写）	为了输出数据，打开一个二进制文件	建立一个新的文件
    “ab”（追加）	向一个二进制文件尾添加数据	出错
    “r+”（读写）	为了读和写，打开一个文本文件	出错
    “w+”（读写）	为了读和写，建立一个新的文件	建立一个新的文件
    “a+”（读写）	打开一个文件，在文件尾进行读写	建立一个新的文件
    “rb+”（读写）	为了读和写打开一个二进制文件	出错
    “wb+”（读写）	为了读和写，新建一个新的二进制文件	建立一个新的文件
    “ab+”（读写）	打开一个二进制文件，在文件尾进行读和写	建立一个新的文件

    注：

    • filename可以写成相对路径，也能写成绝对路径，但要注意对 \ 进行转义
    • 除了追加模式、读模式等，其余都会覆盖掉原文件数据
    • 这里的读写的主语是此程序，宾语（对象）是文件指针指向的文件
    • 相对路径的表示方法
      • “./”表示当前路径
      • “../”表示上一路径，例如”../test.txt”
      • “…/”表示上一路径的上一路径，例如”…/test.txt”

• fclose

  • 函数原型：int fclose( FILE *stream );
  • 功能：
    • 关闭一个已经打开的文件流（文件指针）
    • 确保所有缓冲数据（尚未写入文件的内容）被刷新到文件中
    • 释放系统为该文件分配的资源（如文件描述符）
    • 使文件指针不再指向该文件，避免后续误操作
  • 注意事项：
    • 使用结束后，需要将存放文件指针的变量赋为空指针

读写字符

• fgetc（读取字符）

  • 函数原型：int fgetc(FILE *stream);
  • 功能：从指定的文件流中读取一个字符（以无符号字符形式转换为 int 类型返回），同时将文件内部指针向后移动一个位置。当读取到文件末尾或发生错误时，返回EOF（通常定义为 - 1）

• fputc（写入字符）

  • 函数原型：int fputc(int ch, FILE *stream);
  • 功能：将参数ch指定的字符（取其低 8 位）写入到指定的文件流中，同时将文件内部指针向后移动一个位置。成功时返回写入的字符（转换为 int 类型），失败时返回EOF

  注：fgetc 返回 int 类型而非 char，是为了能区分正常字符（0-255 范围）和表示结束的 EOF（-1），避免因字符值为 0xFF（对应 - 1 的补码）而产生混淆

读写文本行

• fgets（读取文本行）
  • 函数原型：char *fgets( char *str, int count, FILE *stream );
  • 功能：从指定流中读取最多num-1个字符（包含换行符）存入str指向的缓冲区，自动在末尾添加\0终止符。若读取到换行符或文件结束，会停止读取并返回str；失败或读到文件尾时返回NULL
• fputs（写入文本行）
  • 函数原型：int fputs( const char *str, FILE *stream );
  • 功能：将str指向的字符串（不包含终止符\0）写入指定流，成功返回非负值，失败返回EOF

格式化文本读写

• fscanf（格式化读取）
  • 函数原型：int fscanf( FILE *stream, const char *format, ... );
  • 功能：从指定流中按format格式读取数据，存入后续参数指向的变量。返回成功匹配并赋值的参数个数，失败或读到文件尾时返回EOF
• fprintf（格式化写入）
  • 函数原型：int fprintf( FILE *stream, const char *format, ... );
  • 功能：按format格式将后续参数的数据写入指定流。返回成功写入的字符数，失败返回负值

二进制读写

• fread（二进制读取）
  • 函数原型：size_t fread( void *ptr, size_t size, size_t count, FILE *stream );
  • 功能：从流中读取count个大小为size的字节块，存入ptr指向的内存。返回实际读取的完整块数（小于count可能表示出错或文件结束）
• fwrite（二进制写入）
  • 函数原型：size_t fwrite( const void *ptr, size_t size, size_t count, FILE *stream );
  • 功能：将ptr指向的内存中count个大小为size的字节块写入流。返回实际写入的完整块数（若小于count表示写入失败）

fseek（设置文件指针位置）

• 函数原型：int fseek(FILE *stream, long offset, int origin);
• 功能：将文件流stream的位置指针移动到以origin为基准、偏移offset字节的位置
• 注意事项：
  • origin取值：SEEK_SET（文件开头，值为 0）、SEEK_CUR（当前位置，值为 1）、SEEK_END（文件末尾，值为 2）
  • offset可正可负，正数表示向文件尾部方向移动，负数表示向文件头部方向移动
  • 对文本文件使用时，offset应为 0 或前次ftell返回的值，否则可能导致位置错误
  • 成功返回 0，失败返回非 0 值

ftell（获取文件指针位置）

• 函数原型：long ftell(FILE *stream);
• 功能：返回文件流stream当前位置指针相对于文件开头的偏移字节数
• 注意事项：
  • 可用于计算文件长度（先定位到文件尾再调用）
  • 失败时返回 - 1L

rewind（重置文件指针到开头）

• 函数原型：void rewind(FILE *stream);
• 功能：将文件流stream的位置指针重置到文件开头，并清除文件流的错误标志
• 注意事项：
  • 等价于fseek(stream, 0L, SEEK_SET);但无返回值
  • 同时会清除文件流的错误指示器

feof（检测文件结束）

• 函数原型：int feof(FILE *stream);
• 功能：检测文件流stream的位置指针是否已到达文件末尾
• 注意事项：
  • 到达文件末尾时返回非 0 值（真），否则返回 0（假）
  • 仅在读取操作失败后使用才有意义，不能用于预测下一次读取是否成功
  • 区分文件结束和读错误需配合ferror函数使用