c语言_文件操做_FILE结构体解释_涉及对操做系统文件FCB操做的解释_

时间 2019-11-29

标签 c语言文件 file 结构解释涉及系统 fcb 繁體版

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1. 文件和流的关系java

　　C将每一个文件简单地做为顺序字节流(以下图)。每一个文件用文件结束符结束，或者在特定字节数的地方结束，这个特定的字节数能够存储在系统维护的管理数据结构中。当打开文件时，就创建了和文件的关系。程序员

　　在开始执行程序的时候，将自动打开3个文件和相关的流：标准输入流、标准输出流和标准错误。流提供了文件和程序的通讯通道。例如，标准输入流使得程序能够从键盘读取数据，而标准输出流使得程序能够在屏幕上输出数据。打开一个文件将返回指向FILE结构(在stdio.h中定义)的指针，它包含用于处理文件的信息，也就是说，这个结构包含文件描述符。文件描述符是操做系统数组(打开文件列表的索引)。每一个数组元素包含一个文件控制块(FCB, File Control Block)，操做系统用它来管理特定的文件。数组

　　标准输入、标准输出和标准错误是用文件指针stdin、stdout和stderr来处理的。数据结构

2. C语言文件操做的底层实现简介函数

2.1 FILE结构体测试

C语言的stdio.h头文件中，定义了用于文件操做的结构体FILE。这样，咱们经过fopen返回一个文件指针(指向FILE结构体的指针)来进行文件操做。能够在stdio.h(位于visual studio安装目录下的include文件夹下)头文件中查看FILE结构体的定义，以下：spa

 
TC2.0中：
typedef struct  {
        short           level;          /* fill/empty level of buffer */
        unsigned        flags;          /* File status flags    */
        char            fd;             /* File descriptor      */
        unsigned char   hold;           /* Ungetc char if no buffer */
        short           bsize;          /* Buffer size          */
        unsigned char   *buffer;        /* Data transfer buffer */
        unsigned char   *curp;          /* Current active pointer */
        unsigned        istemp;         /* Temporary file indicator */
        short           token;          /* Used for validity checking */
}       FILE;                           /* This is the FILE object */




VC6.0中：
#ifndef _FILE_DEFINED
struct _iobuf {

　　　　char *_ptr; //文件输入的下一个位置
　　　　int _cnt; //当前缓冲区的相对位置
　　　　char *_base; //指基础位置(便是文件的其始位置)
　　　　int _flag; //文件标志
　　　　int _file; //文件的有效性验证
　　　　int _charbuf; //检查缓冲区情况,若是无缓冲区则不读取
　　　　int _bufsiz; //???这个什么意思
　　　　char *_tmpfname; //临时文件名操作系统

        };
typedef struct _iobuf FILE;
#define _FILE_DEFINED
#endif

2.2 C语言文件管理的实现.net

C程序用不一样的FILE结构管理每一个文件。程序员可使用文件，可是不须要知道FILE结构的细节。实际上，FILE结构是间接地操做系统的文件控制块
(FCB)来实现对文件的操做的，以下图：3d

上面图中的_file其实是一个描述符，做为进入打开文件表索引的整数。

2.3 操做系统文件管理简介

从2.2中的图能够看出，C语言经过FILE结构能够间接操做文件控制块(FCB)。为了加深对这些的理解，这里科普下操做系统对打开文件的管理。

文件是存放在物理磁盘上的，包括文件控制块(FCB)和数据块。文件控制块一般包括文件权限、日期（建立、读取、修改）、拥有者、文件大小、数据块信息。数据块用来存储实际的内容。对于打开的文件，操做系统是这样管理的：

系统维护了两张表，一张是系统级打开文件表，一张是进程级打开文件表（每一个进程有一个）。

系统级打开文件表复制了文件控制块的信息等；进程级打开文件表保存了指向系统级文件表的指针及其余信息。

系统级文件表每一项都保存一个计数器，即该文件打开的次数。咱们初次打开一个文件时，系统首先查看该文件是否已在系统级文件表中，若是不在，则建立该项信息，不然，计数器加1。当咱们关闭一个文件时，相应的计数也会减1，当减到0时，系统将系统级文件表中的项删除。

进程打开一个文件时，会在进程级文件表中添加一项。每项的信息包括当前文件偏移量（读写文件的位置）、存取权限、和一个指向系统级文件表中对应文件项的指针。系统级文件表中的每一项经过文件描述符（一个非负整数）来标识。

联系2.2和2.3上面的内容，能够发现，应该是这样的：FILE结构体中的_file成员应该是指向进程级打开文件表，而后，经过进程级打开文件表能够找到系统级打开文件表，进而能够经过FCB操做物理磁盘上面的文件。

2.4 文件操做的例子

#include <stdio.h>  
void main() {  
    FILE * fp1;  
    FILE * fp2;  
    fp1 = fopen("filetest.cpp","r");  
    fp2 = fopen("filetest.cpp","r");  
    

　　char buffer[256];  

    fscanf(fp1,"%s",buffer);  
    printf("%s\n",buffer);  
    
　　 fscanf(fp2,"%s",buffer);  
    printf("%s\n",buffer); 
 
    printf("fp1(filetest.cpp):%d\n",fp1->_file);  
    printf("fp2(filetest.cpp):%d\n",fp2->_file);  
    printf("stdin:%d\n",stdin->_file);  
    printf("stdout:%d\n",stdout->_file);  
    printf("stderr:%d\n",stderr->_file);  
}

filetest.cpp中的内容以下：

#include<stdio.h>  
int main()  
{  
    printf("Hello World!\n");  
    return 0;  
}

运行结果以下：

经过这个程序能够看出，应该是每打开一次文件，哪怕屡次打开的都是同一个文件，进程级打开文件表中应该都会添加一个记录。若是是打开的是同一个文件，这多条记录对应着同一个物理磁盘文件。因为每一次打开文件所进行的操做都是经过进程级打开文件表中不一样的记录来实现的，这样，至关于每次打开文件的操做是相对独立的，这就是上面的程序的运行结果中，两次读取文件的结果是同样的(而不是第二次读取从第一次结束的位置进行)。

另外，还能够看出，程序运行的时候，默认三个流是打开的stdin，stdout和stderr，它们的_file描述符分别是0、1和2。也能够看出，该程序打开的文件描述符依次从3开始递增。

3.顺序访问文件

3.1 顺序写入文件

先看一个例子：

#include <stdio.h>  
int main()  
{  
    int account;//帐号  
    char name[30];//帐号名  
    double balance;//余额  
  
    FILE *cfPtr;  
    if ((cfPtr=fopen("clients.dat","w"))==NULL)  
    {  
        printf("File could not be opened.\n");  
    }  
    else  
    {  
        printf("Enter the account, name and the balance:\n");  
        printf("Enter EOF to end input.\n");  
        printf("? ");  
        scanf("%d%s%lf",&account,name,&balance);  
        while(!feof(stdin))  
        {  
            fprintf(cfPtr,"%d %s %.2f\n",account,name,balance);  
            printf("? ");  
            scanf("%d%s%lf",&account,name,&balance);  
        }  
        fclose(cfPtr);  
    }  
    return 0;  
}

运行结果：

从上面的例子中能够看出，写入文件大体需两步：定义文件指针和打开文件。

函数fopen有两个参数：文件名和文件打开模式。文件打开模式‘w’说明文件时用于写入的。若是以写入模式打开的文件不存在，则fopen将建立该文件。若是打开现有的文件来写入，则将抛弃文件原有的内容而没有任何警告。在程序中，if语句用于肯定文件指针cfPtr是不是NULL(没有成功打开文件时fopen的返回值)。若是是NULL，则将输出错误消息，而后程序终止。不然，处理输入并写入到文件中。

foef(stdin)用来肯定用户是否从标准输入输入了文件结束符。文件结束符通知程序没有其余数据能够处理了。foef的参数是指向测试是否为文件结束符的FILE指针。一旦输入了文件结束符，函数将返回一个非零值；不然，函数返回0。当没有输入文件结束符时，程序继续执行while循环。

fprintf(cfPtr,"%d %s %.2f\n",account,name,balance);向文件clients.dat中写入数据。稍后经过用于读取文件的程序，就能够提取数据。函数fprintf和printf等价，只是fprintf还须要一个指向文件的指针，全部数据都写入到这个文件中。

在用户输入文件结束以后，程序用fclose关闭clients.dat文件，并结束运行。函数fclose也接收文件指针做为参数。若是没有明确地调用函数fclose，则操做系统一般在程序执行结束的稍后关闭文件。这是操做系统“内务管理”的一个示例，可是，这样可能会带来一些难以预料的问题，因此必定要注意在使用结束以后关闭文件。

3.2 文件打开模式

模式	说明
r	打开文件，进行读取。
w	建立文件，以进行写入。若是文件已经存在，则删除当前内容。
a	追加，打开或建立文件以在文件尾部写入。
r+	打开文件以进行更新(读取和写入)。
w+	建立文件以进行更新。若是文件已经存在，则删除当前内容。
a+	追加，打开或者建立文件以进行更新，在文件尾部写入。

3.3 顺序读取文件

下面的例子读取的是上一个例子中写入数据生成的文件。

#include <stdio.h>  
int main()  
{  
    int account;//帐号  
    char name[30];//帐号名  
    double balance;//余额  
  
    FILE *cfPtr;  
    if ((cfPtr=fopen("clients.dat","r"))==NULL)  
    {  
        printf("File could not be opened.\n");  
    }  
    else  
    {  
        printf("%-10s%-13s%s\n","Account","Name","Balance");  
        fscanf(cfPtr,"%d%s%lf",&account,name,&balance);  
        while(!feof(cfPtr))  
        {  
            printf("%-10d%-13s%lf\n",account,name,balance);  
            fscanf(cfPtr,"%d%s%lf",&account,&name,&balance);  
        }  
        fclose(cfPtr);  
    }  
    return 0;  
}

运行结果：

上面的例子中，只需将第一个例子中的文件打开模式从w变为r，就能够打开文件读取数据。

一样地，fscanf(cfPtr,"%d%s%lf",&account,name,&balance);函数从文件中读取一条记录。函数fscanf和函数scanf等价看，只是fscanf接收将从中读取数据的文件指针做为参数。在第一次执行前面的语句时，account的值为100，name的值是Jones，而balance等于24.98。每次执行第二条fscanf语句时，将从文件中读取另外一条记录，而account，name和balance将有新值。当到达文件结束位置时，关闭文件，而程序终止。

要从文件中顺序检索数据，程序一般从文件的开始来读取，并且连续读取全部数据，直至找到指望的数据。在程序执行过程当中，有可能会屡次处理文件中的数据(从新从文件的开头处理数据)。这时候就要用到函数rewind(cfPtr);，它可使程序的文件位置指针(表示文件中将要读取或者写入的下一个字节的位置)从新设置到文件的开头(也就是偏移量为0的字节)。注意，文件位置指针并非指针，它是指定文件中将进行下一次读取或者写入的位置的整数值，有时候也称其为文件偏移量，它是FILE结构的成员。

4.随机访问文件

文件中用格式化输入函数fprintf所建立的记录的长度并非彻底一致的。然而，在随机访问文件中，单个记录的长度一般是固定的，并且能够直接访问(这样速度更快)而无需经过其余记录来查找。这使得随机文件访问适合飞机订票系统，银行系统，销售点系统和其余须要快速访问特定数据的事务处理系统。咱们能够有不少方法来实现随机访问文件，可是这里咱们将把讨论的范围限制在使用固定长度记录的简单方法上。

函数fwrite把从内存中特定位置开始的指定数量的字节写入到文件位置指针指定的文件位置，函数fread从文件位置指针指定的文件位置处把指定数量的字节复制到指定的内存位置。fwrite和fread能够从磁盘上读取数据数组，以及向磁盘上写入数据数组。fread和fwrite的第三个参数是从磁盘中读取或者写入到磁盘上的数组元素的个数。

文件处理程序不多向文件中写入字段。一般状况下，它们一次写入一个struct。

4.1 建立随机访问的文件

#include<stdio.h>  
struct clientData  
{  
    int acctNum;  
    char lastName[15];  
    char firstName[10];  
    double balance;  
};  
int main()  
{  
    int i;  
    struct clientData blankClient={0,"","",0.0};  
    FILE *cfPtr;  
    if ((cfPtr = fopen("credit.dat","wb"))== NULL)  
    {  
        printf("File could not be opened.\n");  
    }  
    else  
    {  
        for (i=1;i<=100;i++)  
        {  
            fwrite(&blankClient,sizeof(struct clientData),1,cfPtr);  
        }  
        fclose(cfPtr);  
    }  
    return 0;  
}

fwrite(&blankClient,sizeof(struct clientData),1,cfPtr);用于向文件中写入一个数据块，其会在cfPtr指向的文件中写入大小为sizeof(struct clientData)的结构blankClient。固然，也能够写入对象数组的多个元素，只需把数组名传给第一个参数，把要写入的元素个数写入第三个参数便可。

4.2 随机向随机访问文件中写入数据

#include<stdio.h>  
struct clientData  
{  
    int acctNum;  
    char lastName[15];  
    char firstName[10];  
    double balance;  
};  
int main()  
{  
    int i;  
    struct clientData client={0,"","",0.0};  
    FILE *cfPtr;  
    if ((cfPtr = fopen("credit.dat","rb+"))== NULL)  
    {  
        printf("File could not be opened.\n");  
    }  
    else  
    {  
        printf("Enter account number(1 to 100, 0 to end input\):\n");  
        scanf("%d",&client.acctNum);  
        while (client.acctNum!=0)  
        {  
            printf("Enter lastname, firstname, balance\n");  
            fscanf(stdin,"%s%s%lf",client.lastName,client.firstName,&client.balance);  
            //在文件中定位用户指定的记录  
            fseek(cfPtr,(client.acctNum-1)*sizeof(struct clientData),SEEK_SET);  
            //将用户指定的信息写入文件  
            fwrite(&client,sizeof(struct clientData),1,cfPtr);  
  
            //输入下一个帐号  
            printf("Enter account number:\n");  
            scanf("%d",&client.acctNum);  
        }  
        fclose(cfPtr);  
    }  
    return 0;  
}

运行结果：

fseek(cfPtr,(client.acctNum-1)*sizeof(struct clientData),SEEK_SET);将cfPtr所引用文件的位置指针移动到由(client.acctNum-1)*sizeof(struct clientData)计算所获得的字节位置处，这个表达式的值称为偏移量或者位移。负号常量SEEK_SET说明，文件位置指针指向的位置是相对于文件开头的偏移量。

ANSI标准制定了fseek的函数原型为int fseek(FILE *stream, long int offset, int whence);其中offset是stream指向的文件中从位置whence开始的字节数。参数whence能够有三个值：SEEK_SET, SEEKCUR或者SEEK_END，分别对应文件的开头当前位置和结尾。

4.2 从随机访问文件中读取数据

#include<stdio.h>  
struct clientData  
{  
    int acctNum;  
    char lastName[15];  
    char firstName[10];  
    double balance;  
};  
int main()  
{  
    struct clientData client={0,"","",0.0};  
    FILE *cfPtr;  
    if ((cfPtr = fopen("credit.dat","rb"))== NULL)  
    {  
        printf("File could not be opened.\n");  
    }  
    else  
    {  
        printf("%-6s%-16s%-11s%10s\n","Acct","Last name","First name","Balance");  
        while(!feof(cfPtr))  
        {  
            fread(&client,sizeof(struct clientData),1,cfPtr);  
            if (client.acctNum!=0)  
            {  
                printf("%-6d%-16s%-11s%10.2f\n",client.acctNum,client.lastName,client.firstName,client.balance);  
            }  
        }  
        fclose(cfPtr);  
    }  
    return 0;  
}

运行结果：

参考：http://blog.csdn.net/xia7139/article/details/17142619