C语言之文件操作（上）

Posted 2021-04-25 TechZone

前些时候，我们学习的C语言程序都是由输入输出和算法组成的控制台程序。我们在终端上来输入我们提供的数据，然后程序也会通过终端来告诉我们最终运行的结果。

但是，可能有的同学已经观察到了，我们日常使用的别人开发的程序，大多数都是通过文件来提供数据的。比如一个Excel的报表，程序可以直接来分析里面的数据。再比如，一个TXT格式的电子书，程序可以直接分析有多少字、多少个章节，甚至还可以生成出一个目录来。

拥有这样能力的程序，是不是感觉功能强大了许多？这就要用到我们今天要讲到的内容——「文件操作」。

关于文件

在我们比较熟悉的Windows系统下，文件类型的区分是用「扩展名」来进行的。但其实扩展名并不是指「文件格式」，它只是一个「门牌号」而已。至于它到底对不对，那系统就不知道了。可能有很多的新手，在遇到格式的问题的时候，会认为直接更改扩展名，就能实现格式转换。不瞒你们说，我小时候也有过这种想法。但是后来发现，不行。举个例子，现在有一个 MP3 的文件，要转成 AAC。这两个文件从编码上来讲，就是不一样的。MP3 只能用 MP3 的方式去读取，AAC 只能用 AAC 的方式去读取。如果你把扩展名直接改成 AAC，那么系统就被你骗了，就会用 AAC 的方式去读取实际还是 MP3 的文件，当然是不行了。

不同的扩展名，就对应了不同的读取方式。「EXE」 就代表 Windows 系统下的可执行二进制文件，「TXT」是纯文本文件，等等。

在 Linux 和 Unix 操作系统下，文件的定义就宽泛多了。不光软件，硬件也可以叫文件。也就是说，硬件实际上也是当做文件的方式来处理的。

在C语言中，文件一般分为两种，一种是二进制文件，就是我们编译出来的那个东西，我们是看不懂的；另一种是文本文件，也就是我们常说的源代码。

打开和关闭文件

我们要对一个文件进行操作，首先我们需要把文件打开，然后才能读或者写。对文件操作完成后，我们还要将文件关闭。

C语言中的打开文件使用fopen函数，通式如下：

fopen("文件路径", "模式")

如果打开文件成功，则会返回一个FILE结构的指针，通过这个指针，我们就可以对这个文件进行操作；如果打开文件失败，则会返回NULL。

下面是所有的模式：

模式	功能
"r"	以只读的形式打开文件，并从头开始读取 文件必须存在
"w"	以只写的形式打开文件，从头开始写入 若文件不存在，则创建一个文件 若文件存在，则全部被覆盖
"a"	以追加的形式打开文件，从文件末尾追加内容 若文件不存在，则创建一个新的文件
"r+"	以读写的形式打开文件，从头开始读写 文件必须存在，若原本有内容，则写入的部分被覆盖
"w+"	以读写的形式打开文件，从头开始读写 若文件不存在，则被创建 若文件存在，则被全部覆盖
"a+"	以读取和追加的形式打开文件 若文件不存在，则创建一个新的文件 读取是从头开始，追加是从末尾开始
"b"	表明打开的是二进制文件，使用时与上面的任意一个叠加 如："wb", "r+b"

前面几个都好理解，只是最后一个，为啥要区分一个二进制出来呢？

不加「b」的情况下，就是以文本的形式来打开。因为在不同的操作系统中，换行符是不同的。Unix系统用\n，MacOS用\r，而Windows用的是\r\n，那么在文本模式下打开，C语言会根据系统环境的不同，来转化换行符。而在二进制的模式下，就不会进行任何的转换。

当你对文件操作完毕后，一定要记得把文件用fclose()函数来关闭。其实我们在打开文件后的所有操作，实际上都被记录到了缓存里，只有执行了关闭后，我们的更改才会生效。如果关闭成功，则函数会返回0；失败的话，就会返回EOF。关闭成功后，我们创建的文件指针就会失效。

//Example 01
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(void)
{
    FILE* f;
    int chr;
    if ((f = fopen("file1.txt", "r")) == NULL)
    {
        printf("打开失败！\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    while ((chr = getc(f)) != EOF)
    {
        putchar(chr);
    }
    
    fclose(f);
    return 0;
}

//file1.txt中的内容
C programming makes me happy!

//Consequence 01
C programming makes me happy!

顺序读写文件

打开了文件之后，就可以进行我们的操作了。

读写单个字符

读取单个字符，我们可以用fgetc和getc这两个来实现。它们的作用，就是读取一个字符，然后将光标移动到下一个位置。

#include <stdio.h>
...
int fgetc(FILE* stream);
int getc(FILE* stream);

函数的参数，是一个FILE结构体的指针，也就是一个准备读取的文件流。读取成功就会将读取到的unsigned char内容转化为int并返回；文件结束或者读取失败就返回EOF。

这俩函数不同的地方就在于，fgetc是函数实现，而getc是用宏实现。宏会产生大量的代码量，但是没有函数调用堆栈的步骤，所以速度会快很多。但是宏的展开可能会多次调用参数，因此如果参数中含有自增、自减这种副作用的的方法，就只能用函数实现的fgetc了。

写入单个字符，我们可以用fputc和putc，带有f的，就是函数，另一个就是宏的实现的了。

#include <stdio.h>
...
int fputc(int c, FILE* stream);
int putc(int c, FILE* stream);

第一个参数是你要写入的字符，第二个是你要写入的文件流。

读写整个字符串

这里就要用到fgets和fputs两个函数了。

#include <stdio.h>
...
char* fgets(char* s, int size, FILE* stream);
int fputs(const chat* s, FILE* stream);

其中，fgets有三个参数，第一个是一个字符型指针，用来存放读取的数据；第二个用来指定读取的长度（包含'\0'）；第三个是用于指定读取的文件流。

fputs第一个参数用于存放待写入的数据，第二个是指定待写入的文件流。函数调用成功，返回一个非 0 值，失败则返回EOF。

格式化读写文件

在文件里，我们就不能用我们熟悉的scanf和printf了。但是C语言也提供一组类似的函数：fscanf和fprintf。

用法上，第一个参数用于指定文件流，后面的就是照搬的scanf和printf中的参数。

//Example 02
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>

int main(void)
{
    FILE* fp;
    struct  tm* p;
    time_t t;
    
    time(&t);
    p = localtime(&t);

    //写入日期到文件
    if ((fp = fopen("date.txt", "w")) == NULL)
    {
        printf("打开文件失败！\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    fprintf(fp, "%d-%d-%d", 1900 + p -> tm_year, 1 + p -> tm_mon, p -> tm_mday);
    fclose(fp);

    //读取文件日期，输出到终端
    int year, month, day;

    if ((fp = fopen("date.txt", "r")) == NULL)
    {
        printf("打开文件失败！\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    fscanf(fp, "%d-%d-%d", &year, &month, &day);
    printf("%d-%d-%d\n", year, month, day);

    fclose(fp);
    return 0;
}

//date.txt中的内容
2020-6-15

//Consequence 02
2020-6-15