C语言之文件操做

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

可是，可能有的同窗已经观察到了，咱们平常使用的别人开发的程序，大多数都是经过文件来提供数据的。好比一个Excel的报表，程序能够直接来分析里面的数据。再好比，一个TXT格式的电子书，程序能够直接分析有多少字、多少个章节，甚至还能够生成出一个目录来。

拥有这样能力的程序，是否是感受功能强大了许多？这就要用到咱们今天要讲到的内容——「文件操做」。

关于文件

在咱们比较熟悉的Windows系统下，文件类型的区分是用「扩展名」来进行的。但其实扩展名并非指「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。可能有不少的新手，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。不瞒大家说，我小时候也有过这种想法。可是后来发现，不行。举个例子，如今有一个 MP3 的文件，要转成 AAC。这两个文件从编码上来说，就是不同的。MP3 只能用 MP3 的方式去读取，AAC 只能用 AAC 的方式去读取。若是你把扩展名直接改为 AAC，那么系统就被你骗了，就会用 AAC 的方式去读取实际仍是 MP3 的文件，固然是不行了。

不一样的扩展名，就对应了不一样的读取方式。「EXE」 就表明 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 操做系统下，文件的定义就宽泛多了。不光软件，硬件也能够叫文件。也就是说，硬件实际上也是当作文件的方式来处理的。

在C语言中，文件通常分为两种，一种是二进制文件，就是咱们编译出来的那个东西，咱们是看不懂的；另外一种是文本文件，也就是咱们常说的源代码。

打开和关闭文件

咱们要对一个文件进行操做，首先咱们须要把文件打开，而后才能读或者写。对文件操做完成后，咱们还要将文件关闭。

C语言中的打开文件使用fopen函数，通式以下：

fopen("文件路径", "模式")

若是打开文件成功，则会返回一个FILE结构的指针，经过这个指针，咱们就能够对这个文件进行操做；若是打开文件失败，则会返回NULL。

下面是全部的模式：

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，则建立一个文件 若文件存在，则所有被覆盖
"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，则建立一个新的文件
"r+"	以读写的形式打开文件，从头开始读写 文件必须存在，若本来有内容，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，则被建立 若文件存在，则被所有覆盖
"a+"	以读取和追加的形式打开文件 若文件不存在，则建立一个新的文件 读取是从头开始，追加是从末尾开始
"b"	代表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」的状况下，就是以文本的形式来打开。由于在不一样的操做系统中，换行符是不一样的。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一样，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。

当你对文件操做完毕后，必定要记得把文件用fclose()函数来关闭。其实咱们在打开文件后的全部操做，实际上都被记录到了缓存里，只有执行了关闭后，咱们的更改才会生效。若是关闭成功，则函数会返回0；失败的话，就会返回EOF。关闭成功后，咱们建立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

打开了文件以后，就能够进行咱们的操做了。

读写单个字符

读取单个字符，咱们能够用fgetc和getc这两个来实现。它们的做用，就是读取一个字符，而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。

这俩函数不一样的地方就在于，fgetc是函数实现，而getc是用宏实现。宏会产生大量的代码量，可是没有函数调用堆栈的步骤，因此速度会快不少。可是宏的展开可能会屡次调用参数，所以若是参数中含有自增、自减这种反作用的的方法，就只能用函数实现的fgetc了。

写入单个字符，咱们能够用fputc和putc，带有f的，就是函数，另外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。

函数调用成功后，会返回第一个参数所指向的地址。若是读取到EOF则eof指示器被设置。若一开始就读取到EOF，第一个参数的内容不变，返回NULL。若读取发生错误，则error指示器被设置，函数返回NULL，第一个参数内容可能会被改变。

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，咱们就不能用咱们熟悉的scanf和printf了。可是C语言也提供一组相似的函数：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

二进制读写

咱们用fopen函数能够用二进制的方式来打开一个文件，但实际上咱们要用二进制的方式来读写，还得用相应的函数才行。

C语言提供了fread和fwrite两个函数来实现二进制的读取和写入。

#include <stdio.h>
...
size_t fread(void* ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE* stream);
size_t fwrite(const void* ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE* stream);

首先来看fread。这个函数有四个参数。第一个指向存放数据的地址，第二个指定读取的每一个元素的尺寸，第三个指定准备读取的元素个数，最后一个指向待读取的文件流。

函数调用成功，会返回读取到的元素个数，若是实际读取的比第三个参数小，那么可能会一直读取到文件末尾或者发生错误，这种状况就要经过foef和ferror来进一步判断。

而后是fwrite，也是有四个参数。第一个是指向存放数据的地址，第二个是指定待写入的每一个元素的尺寸，第三个是指定待写入的元素的个数，最后一个是指向待写入的文件流。

随机读写文件

刚刚咱们介绍的，都是从文件头开始读写。可是咱们实际生产生活中，不少时候咱们是须要任意修改的。好比改一个文档，颇有多是中间的什么地方错了，或者是表达有不妥。那么这个时候若是你还要从头开始去检索，那样效率就过低了。

因而，C语言也为咱们提供了这个功能，就是随机读写。

首先，咱们要了解光标的位置，才可以更好地运用这个功能。C语言为咱们提供了ftell函数，它能够告诉咱们如今的光标位置。

#include <stdio.h>
...
long ftell(FILE* stream);

若是将一个文件当作一个数组，那么这个函数返回的就是这个数组的下标。

//Example 01
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(void)
{
    FILE* fp;

    if ((fp = fopen("data.txt", "w")) == NULL)
    {
        printf("文件打开失败！\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    printf("%ld\n", ftell(fp));
    fputc('T', fp);
    printf("%ld\n", ftell(fp));
    fputs("echZone\n", fp);
    printf("%ld\n", ftell(fp));

    fclose(fp);
    
    return 0;
}

//data.txt中的内容
TechZone

//Consequence 01
0
1
10

若是你想将光标快速移动到文件头，能够用rewind函数来实现。

...
rewind(fp);
fputs("Hello", fp);

fclose(fp);
...

//data.txt中的内容
Helloone

能够看到，它会覆盖咱们前面的数据。

有的同窗可能会说了，你这不仍是没解决问题吗？

好的，那就来解决下问题吧。C语言给咱们提供了一个函数fseek，这个函数能够直接把光标跳转到咱们想要的位置。

#include <stdio.h>
...
int fseek(FILE* stream, long int offset, int whence);

第一个参数是指的咱们要读取的文件流，第二个是偏移量（日后走是正数，往前走是负数），第三个是指的开始偏移的位置。

值	描述
SEEK_SET	文件开头
SEEK_CUR	当前位置
SEEK_END	文件末尾

若是我要定位到第一百个字符的位置，那么：

fseek(fp, 100, SEEK_SET)

倒数第 10 个就要这样：

fseek(fp, -10, SEEK_END)

标准流

标准输入，标准输出和标准错误输出

通常C语言程序在执行的时候，都会有 3 个面向终端的文件流，分别是「标准输入」，「标准输出」和「标准错误输出」。咱们以前用printf的时候，其实就是在往标准输出流中写入字符串；用scanf的时候，其实就是函数在从标准输入流中读取字符串。固然，咱们写的程序也不可能一直都是正确的，警告和报错的状况时有发生，这个时候其实就是对标准错误输出中写入数据。

这三个流，咱们就将它们称为：「标准流」

C语言分别为这三个标准流提供了对应的文件指针：stdin，stdout，stderr

好比打开文件失败的时候，就能够这样显示：

...
    fputs("打开文件失败！\n", stderr);
 exit(EXIT_FAILURE);
...

这样就不用printf这种“不专业”的错误指示方法了。

打开文件失败！

错误处理

每一个流的内部都有两个指示器。一个是「文件结束指示器feof」，当遇到文件末尾时被设置；另外一个是「错误指示器ferror」，当读写文件出错时被设置。

...
if (ferror(fp))
{
    fputs("出错了！\n", stderr);
}
...

而使用clearerr能够人为地清除两个指示器的状态：

...
    clearerr(fp);
...

错误指示器只能判断是否出了错误，但具体是什么错误，那就要看errno和perror了。

首先看errno。这个函数包含在errno.h这个头文件中。它会返回一个错误码。

#include <errno.h>
...
printf("打开文件失败：%d\n", errno);
...

举个例子：

打开文件失败：2

可是这个错误代码不是全部人都知道它的含义。因此C语言又提供了一个函数perror，它能够直接用文字来提示咱们错误的地方。

#include <stdio.h>
...
perror("打开文件失败，缘由是");
...

结果是这样的：

打开文件失败，缘由是：No such file or directory

中间的冒号是自动加上的。

C语言基础内容大致到这里就结束了。咱们也终于算是入门了C语言。或许之后在你的开发生涯中，用的最多的不是C语言，但这门语言对你带来的提高，那是不可忽视的。C语言的文章自此就告一段落，之后还会写一些进阶的内容，但不会连续发布了。若是你有什么好的题材或者是问题，均可以私信提供给我，我会考虑把它们写进文章的。最后，祝各位学有所成！

来自公众号：TechZone