什么是文件？

文件就是存储在磁盘、u盘等外存设备上，以文件名标识的数据集合，由操作系统统一管理。

文件分类：

（1） 按存储内容（文件功能）

• 程序文件：能让电脑/软件直接运行、执行指令的文件，后缀有固定格式 。eg：源代码（.c）、目标文件（.obj）、可执行程序（.exe）
• 数据文件：只存数据不存代码的文件，不能双击运行只打开能读取。eg：文字、表格、图、音频、视频、配置、备份等等。

（2）按用户视角

• 文本文件（ASCII文件）：数据以数据以ASCII 字符形式存放，每个字符占 1 字节，可以直接用记事本打开阅读。eg：数字 123 保存为字符 '1'、'2'、'3'，占用 3 字节。
• 二进制文件：数据按照内存中的原始二进制形式直接存储，不转换为 ASCII 码。eg：整数 123 以二进制形式存储，占用 4 字节（int），记事本打开显示乱码。

文件名：

用于唯一标识磁盘上文件的名称，操作系统依靠文件名查找、访问文件。

文件名包含3部分：文件路径+文件主干名+文件后缀

我们为什么要学习文件操作（使用文件·）？

在我们写C语言程序时，所有数据都放在内存中。内存有一个致命的特点：断电、程序一旦退出，内存就会被系统释放，数据彻底丢失。而文件是存储在硬盘（磁盘）上的，程序关了、电脑重启了，数据依然还在。下次打开程序，可以直接读取上次保存的数据。

注意！

源文件中的数据≠程序运行时输入的数据，.c源文件保存的是文本文件，里面写的数据属于常量。键盘通过scanf()录入的数据，仅加载进内存 (RAM)供程序临时使用，不会写入 .c 源代码文件，内存是临时存储空间，程序退出数据就销毁。

解决数据丢失的核心，就是掌握 C 语言的文件操作。无论是游戏存档、学生管理系统，还是各种软件的配置文件，底层全靠它来实现。

一、核心概念：流与文件指针

1.1 流

1.1.1 什么是流

C 语言把键盘、显示器、磁盘文件等所有外部 I/O 设备统一抽象成字符流（字节流）

流也被定义为有序字节序列

• 有序：数据是一个接着一个存取，不是随机的
• 字节：现代操作系统以字节作为最小IO传输单位（系统不区分一张图片、一段字符，只认字节）

为什么需要流？

• 外部 I/O 设备就是输入输出外部设备，是计算机主机（cpu、内存）意外能够与计算机进行数据交换的硬件。每种设备有不同的读写函数，程序员想切换数据源（eg：从读键盘改成读文件），要大面积改写代码。

• 如果引入‘流’程序只和“流”打交道，代码不用区分底层是键盘、屏幕还是磁盘文件。C 标准库（stdio）封装一层，形成流接口，程序员负责：打开流、读写流、关闭流。硬件交互由 OS 和库完成。大幅度的简化程序开发，降低代码复杂度，程序可以灵活切换输入输出目标。

1.1.2 标准流

C 程序启动时默认打开三个流：

• stdin (标准输入流) ：通常对应键盘。eg：scanf
• stdout（标准输出流 ）: 通常对应屏幕。eg：printf
• stderr（标准错误流）：通常对应屏幕，用来输出错误信息。

1.2 文件指针（FILE*）

操作文件时，系统会根据文件情况在内存中创建一个FILE结构体并填充文件的信息（文件名、当前读写位置、文件打开模式、缓冲区信息、错误标记、EOF等信息）

• FILE 是结构体类型
• FILE*是文件指针，代表文件流
• 不同C编译器的FILE类型包含的内容不完全相同但大同小异
• 核心作用：

(1) 标识正在操作的文件

eg：需要打开多个文件时

FILE* f1=fopen("a.txt","w");
FILE* f2=fopen("b.txt","w");

 (2) 记录当前读写位置

eg：每次文件操作后，文件指针的位置自动向后移动

fgetc(对文件进行读取)

（3）连接内存和磁盘文件

简单来说，内存是工作台（空间小，速度快，程序运行时把药用的数据临时拿到这里处理，断电后消失），磁盘是仓库（空间大，速度慢。长期存放文件、软件，断电数据仍然保存）。

FILE 结构体、缓冲区全部位于内存，不在硬盘。硬盘只存最终的文件二进制内容。

在C语言中，程序员无法直接操作磁盘，这就需要FILE * 指针和缓冲区（Buffer）连接内存和磁盘

 注 意 ！缓 冲 区 机 制 ！

• 写文件：数据先放到缓冲区，缓冲区满 / 主动调用fflush() / fclose()关闭文件时，数据才真正写入磁盘；
• 如果不关闭文件，程序异常退出，缓冲区未落地的数据直接丢失。

二、核心操作：文件的打开和关闭

文件操作必须要对文件进行打开和关闭

• 打开文件 fopen：CPU告诉操作系统，我要访问硬盘上的某个文件，在内存用户空间创建FILE结构体。分配用户缓冲区，把缓冲区地址、硬盘文件位置、读写书签位置保存进 FILE，返回文件指针 FILE* fp，程序后续所有读写都依靠这个指针。不打开文件就没有结构体、没有缓冲区、不能进行文件读写
• 关闭文件 fclose：自动调用fflush把用户缓冲区剩余的数据刷新送到内核缓冲区。释放内存资源，销毁FILE结构体、释放用户缓冲区占用的内存。如果不写fclose，缓冲区还没满的数据留在内存用户缓冲区，不会写入磁盘、断电数据丢失，打开太多文件不关闭，后续打不开新文件

2.1 fopen 打开文件

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

• filename:文件名，可以是相对路径，也可以是绝对路径。

• mode：打开模式，控制读写。

• 返回值：打开成功返回FILE*指针，打开失败返回NULL。

• 作用：打开一个外部磁盘文件，建立程序和磁盘文件之间的通道，返回文件指针。

注 意 ！

打开文件必须判断返回值会否为空，防止文件打开失败，影响后续代码的运行。

 fopen常用读写模式

模式	含义	文件不存在	文件存在
"r"	只读 ，打开已有文件读	打开失败，返回 NULL	从头读取
"w"	只写 ，创建写入文件	新建文件	清空原有全部内容，从头覆盖
"a"	追加 ，末尾写	新建文件	在文件末尾追加内容，原有内容保留
"r+"	可读可写	打开失败	从头读写，可覆盖原有数据
"w+"	可读可写	新建文件	清空文件，先写后读
"a+"	可读 + 追加写	新建文件	读任意位置；写永远加到末尾

二进制文件（加上字母b表示二进制文件）

模式	读写权限	文件不存在	文件存在
"rb"	二进制只读	打开失败	正常打开
"wb"	二进制只写	创建新文件	清空原有内容
"ab"	二进制追加写	创建新文件	保留原有内容
"rb+"	二进制可读可写	打开失败	正常打开
"wb+"	二进制可读可写	创建新文件	清空原有内容
"ab+"	二进制可读、追加写	创建新文件	保留原有内容

2.2 fclose 关闭文件

int fclose(FILE *stream);

• FILE*stream：文件指针—fopen返回的指针。
• 返回值：关闭成功返回0，关闭失败返回EOF（一般为-1）。
• 作用：刷新缓冲区，关闭文件，释放操作系统资源。

 注 意 ！

打开的文件一定要使用fclose关闭，不能对NULL（打开失败的文件指针）进行fclose，关闭后将文件指针置为空，消除野指针、防止误访问，空文件指针变成野指针不能再次进行读写，一个文件指针只能关闭一次。

eg：

三、文本文件读写

函数名	作用	适用范围	读 / 写	流的范围
fgetc	从文件流读取1 个字符	单个字符读取；遍历整个文件	读	任意输入流：文件 (stdin 也可以)
fputc	向文件流写入1 个字符	单个字符写入	写	任意输出流：文件 (stdout/stderr 也可以)
fgets	从流读取一行字符串，最多 n‑1 个字符，自动补\0	按行读取文本；读取字符串	读	任意输入流：文件 (stdin 也可以)
fputs	向流写入一串字符串，不会自动添加换行	写入整段文字 / 一行内容	写	任意输出流：文件 (stdout/stderr 也可以)

3.1 fputc ：写入单个字符

int fputc(int ch, FILE* stream);

• int ch : 要写入的字符，底层存的是ASCII。
• FIILE* stream : 目标流指针（fopen打开的文件）（文件指针/stdout）。
• 返回值 : 写入成功-返回该字符的ASCII码值（int），写入失败-返回EOF（-1）。

 ⭐注 意 事 项  !

fputc函数一次只能写一个字符且不会自动换行

3.2 fgetc ：读取单个字符

int fgetc(FILE* stream);

• FILE*stream：输入流指针（文件指针/stdin）。
• 返回值：读取成功-返回字符的ASCII码值，读取失败-返回FOF(-1).

在这里想跟大家一起讨论一个我学习过程中的疑惑点

字符的读取为什么返回int而不是char？

 核心原因是为了能区分“普通字符”和“结束标志”

char是1字节，signed char的范围是-128-127，unsigned char的范围是0~255；int是4字节，范围很大；

假设文件中正好有一个字符255,当把255赋给signed char时会变成-1，这时程序就会把正常字符 255，误判成文件结束 EOF。

将返回值设为int可以避免二者值冲突，顺利进行文件结束的判断。

⭐注 意 事 项  !

读完一个字符后，文件指针自动向后移一位，依次直接读取下一个字符

eg：

3.3 fputs ：写入字符串

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

• const char* str：要输入的字符串（字符串必须以'\0'结尾，'\0'不会写入文件，作为停止标记）
• FILE* strem：目标指针流（文件指针/stdout）。
• 返回值：写入成功-返回非负值，写入失败返回EOF（-1）；

⭐注 意 事 项  !

不会自动追加换行符，只能输出字符串不能单独输出字符，输入字符串必须以'\0'结尾。

3.4 fgets ：读取一行字符串

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

• char *str：字符数组/需要放入字符串的地址
• int n:读取字符串的长度（有效字符个数），最多读取 n‑1 个有效字符，最后一个位置自动放 '\0'。
• 返回值：读取成功-返回str的地址，读取到文件末尾/读取出错-返回NULL。

⭐注 意 事 项  !

读到换行符 \n，会一并存入缓冲区，读取结束自动补字符串结束符 \0

四、格式化读写

4.1 fprintf：格式化写入文件

int fprintf(FILE* stream, const char* format, ...);

• FILE* stream：文件流指针（要写入的目标位置）。
• const char* formt：格式控制字符串。
• ... : 可变参数，用来匹配format里面每一个%占位符。
• 返回值：写入成功-返回成功输出的字符总数，写入失败-返回负数。

⭐注 意 事 项  !

format 字符串不会自动换行，换行要手动加 \n

fprintf(stdout,"xxx")效果等同于printf("xxx")

4.2 fscanf：格式化读取文件

int fscanf(FILE* stream, const char* format, ...);

• FILE* stream：文件流指针（读取数据的目标位置）。
• const char* formt ：格式控制字符串。
• ... :可变参数，变量的地址，需要传入&变量名。
• 返回值：读取成功-返回成功读到并赋值的数据项个数（成功匹配到几个数据），读取到文件末尾-返回EOF（-1），读取失败-返回小于预期数据项的数量。

⭐注 意 事 项  !

可变参数必须传地址，漏掉&会造成内存错误。读取时会自动跳过空格、换行、Tab 空白符。

 fscanf(stdin,"%d",&x)等价于scanf("%d",&x)。

eg：

五、二进制文件读写

5.1 fwrite：将数据以二进制形式写入文件

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

• const void* ptr：被写入文件数据的地址。
• size_t size：单个元素所占字节数（一般用sizeof())。
• size_t count:打算写入多少个size大小的元素。
• FILE* stream：文件流指针。
• 返回值：写入成功-返回写入的元素个数（不是字节数），写入失败-返回值小于写入元素个数

⭐注 意 事 项  !

ptr参数填的是地址！size_t 是无符号类型二进制文件不能用 EOF 判断结束！

5.2 fread : 从二进制文件中读取数据

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

• void* ptr：接收数据的内存起始地址。
• size_t size : 单个元素所占字节数（一般用sizeof()）。
• size_t count : 即将读取的元素个数。
• FILE*stream : 文件指针流。
• 返回值：读取成功-返回成功读取到的个数，读取失败-返回0，读取到文件末尾/数据不够-返回小于读取个数的值。

⭐注 意 事 项  !

二进制文件不能用 EOF 判断读取结束！

eg:

六、文件指针位置控制

C语言默认读写顺序只能从头到尾。控制指针就可以实现随机读写，控制指针移动到文件任意位置读/改数据。

 区分两个容易混淆东西

1. FILE* pf：文件指针变量--读写数据的文件地址。

2. 文件指针位置：隐藏在FILE结构体内部，标记下次开始读/写的位置。（对文件修改时的光标）

6.1 fseek：移动文件指针

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

• stream：文件指针（正在进行文件操作的文件地址）。
• offset：偏移量，前->后—正数，后->前—负数，单位为字节。
• whence：参考起点（3种选择）（相对偏移量起始位置）。

常量	起点位置
SEEK_SET	文件开头（偏移 0 位置）
SEEK_CUR	光标当前所在位置
SEEK_END	文件末尾（最后一个字节的后面）

• 返回值：成功返回0,失败返回1。

6.2 ftell：返回文件指针的当前位置

long int ftell(FILE *stream);

• stream：文件指针流（当前操作文件地址）。
• 返回值：ftell返回的是当前文件指针的位置距离文件开头多少字节。

eg：

6.3 rewind：光标直接回到文件开头

void rewind(FILE *stream);

• stream：文件指针流（当前操作文件地址）。
• 无返回值

七、文件读取结束的判定

文件读取过程中读取结束有两种可能，文件结束/读取错误 ，很多储蓄者容易混淆这两个函数，这两个函数在使用过程中也有需要注意的易错点。

7.1 feof：判断是否达到文件末尾

int  feof(FILE* stream)；

• 返回值：达到文件末尾-返回非0值（文件流内部被标记“末尾标记”），未达到文件末尾-返回0。

注意！！

feof是用来判断、检测文件读取后是否已经达到文件末尾

7.2 ferror：判断读取过程是否发生错误

int ferror(FILE *stream);

• 返回值：出现错误（读写错误，硬件 / 权限等异常）-返回非0，读取正常-返回0。

注意！！

ferror 只检测错误标志位（C 语言 IO 读写函数内部自动设置），不会清除错误；错误标志一旦置位会一直保留，直到调用 clearerr() 或 rewind() 才重置。

eg：feof与ferror的正确使用

 注 意 ！

fgetc() 返回值是 int，读到文件末尾返回 EOF（-1）。

// ❌ 错误写法
while(fgetc(pf) != EOF)

//✅️ 正确写法！
int ch;   //必须用int，不能用char
while( (ch = fgetc(pf)) != EOF )
{
    putchar(ch);
}

此篇文章到这里就结束了，谢谢大家的观看，我们下期再见！