人类高质量文件操作教学（下）【C语言】
前言：
在文件操作（上）中，我们讲了文件的打开和关闭和文件的顺序读写，还有对流（stream）进行一个简单的讲解。本章将对文件的随机读写、文本文件和二进制文件、文件读取结束的判定，以及文件缓冲区进行讲解。
🚪 传送门：文件操作（上）
一、文件的随机读写
0x00 文件指针定位函数 fseek
📚 介绍：根据文件指针的位置和偏移量来定位指针。
1️⃣ 参数：offset 是偏移量。
2️⃣ 参数：origin 是起始位置，有三种选项：
① SEEK_CUR 当前文件指针的位置开始偏移。
② SEEK_END 文件的末尾位置开始偏移。
③ SEEK_SET 文件的起始位置开始偏移。
💬 代码演示：手动创建一个文件，打开文件随便写点内容
#include <stdio.h>
int main(void) {
FILE* pf = fopen("test6.txt", "r");
if (pf == NULL) {
perror("fopen");
return 1;
}
// 读取文件
int ch = fgetc(pf);
printf("%c\n", ch);
ch = fgetc(pf);
printf("%c\n", ch);
ch = fgetc(pf);
printf("%c\n", ch);
// 关闭文件
fclose(pf);
pf = NULL;
return 0;
}
❓ 如果我想得到 a a b，该怎么做？
💡 我们可以试着使用 fseek
#include <stdio.h>
int main(void) {
FILE* pf = fopen("test6.txt", "r");
if (pf == NULL) {
perror("fopen");
return 1;
}
// 读取文件
int ch = fgetc(pf);
printf("%c\n", ch);
// 调整文件指针
fseek(pf, -1, SEEK_CUR); // SEEK_CUR为当前文件指针位置，偏移量为-1，向前移动1个单位
ch = fgetc(pf);
printf("%c\n", ch);
ch = fgetc(pf);
printf("%c\n", ch);
// 关闭文件
fclose(pf);
pf = NULL;
return 0;
}
💬 用 SEEK_SET ，打印 a d e：
#include <stdio.h>
int main(void) {
FILE* pf = fopen("test6.txt", "r");
if (pf == NULL) {
perror("fopen");
return 1;
}
// 读取文件
int ch = fgetc(pf);
printf("%c\n", ch);
// 调整文件指针
fseek(pf, 3, SEEK_CUR); // SEEK_SET为文件的起始位置，偏移量为3，向后移动3个单位
ch = fgetc(pf);
printf("%c\n", ch);
ch = fgetc(pf);
printf("%c\n", ch);
// 关闭文件
fclose(pf);
pf = NULL;
return 0;
}
💬 用 SEEK_END ，打印 a e f ：
#include <stdio.h>
int main(void) {
FILE* pf = fopen("test6.txt", "r");
if (pf == NULL) {
perror("fopen");
return 1;
}
// 读取文件
int ch = fgetc(pf);
printf("%c\n", ch);
// 调整文件指针
fseek(pf, -2, SEEK_END); // SEEK_END为当前文件末尾位置，偏移量为-2，向前移动2个单位
ch = fgetc(pf);
printf("%c\n", ch);
ch = fgetc(pf);
printf("%c\n", ch);
// 关闭文件
fclose(pf);
pf = NULL;
return 0;
}
0x01 返回偏移量函数 ftell
📚 介绍：返回文件指针相对于起始位置的偏移量。
💬 代码演示：ftell 的使用方法
#include <stdio.h>
int main(void) {
FILE* pf = fopen("test6.txt", "r");
if (pf == NULL) {
perror("fopen");
return 1;
}
// 调整文件指针
fseek(pf, 5, SEEK_CUR); // SEEK_CUR为当前文件指针位置，偏移量为5，向后移动5个单位
// 读取文件
int ch = fgetc(pf);
printf("%c\n", ch); // f
// 返回偏移量
int ret = ftell(pf);
printf("%d\n", ret); // 6
// 关闭文件
fclose(pf);
pf = NULL;
return 0;
}
🚩 运行结果如下：
0x02 文件指针回到起始位置函数 rewind
📚 介绍：rewind（意为倒带，磁带倒带），设置文件位置为给定流 stream 的文件的开头，让文件指针回到起始位置。
💬 代码演示：利用 rewind
#include <stdio.h>
int main(void) {
FILE* pf = fopen("test6.txt", "r");
if (pf == NULL) {
perror("fopen");
return 1;
}
// 调整文件指针
fseek(pf, 5, SEEK_CUR); // SEEK_CUR为当前文件指针位置，偏移量为5，向后移动5个单位
// 返回偏移量
int loc = ftell(pf);
printf("fseek调整文件指针后：%d\n", loc); // 6
// 让文件指针回到起始位置
rewind(pf);
// 再次返回偏移量，看看是不是回到起始位置了
loc = ftell(pf);
printf("使用rewind后：%d\n", loc); // 6
// 关闭文件
fclose(pf);
pf = NULL;
return 0;
}
🚩 运行结果如下：
二、文本文件和二进制文件
0x00 引入
再上一节中，我们已经对文本文件和二进制文件开了个头，在这里我们将进行详细的探讨！
📚 根据数据的组织形式，数据文件被称为文本文件或者二进制文件。
0x01 文本文件
❓ 什么是文本文件？
📚 如果要求在外存上以 ASCII 码的形式存储，则需要在存储之前进行转换。以 ASCII 字符的形式存储的文件，就是文本文件。
0x02 二进制文件
❓ 什么是二进制文件？
📚 数据在内存中以二进制的形式存储，如果不加以转换地输出到外存，就是二进制文件。
0x03 数据在文件中的存储方式
❓ 一个数据在文件中是如何存储的呢？
📚 存储方式如下：
ASCII 形式存储。
ASCII 形式存储，也可以使用二进制形式存储。
🌰 举个简单的例子：比如整数10000，如果以 ASCII 码的形式形式输出到磁盘，则磁盘中占用5个字节（每个字符占1个字节）。而如果以二进制的形式输出，则在磁盘上只占4个字节。
💬 测试代码：
#include <stdio.h>
int main(void) {
int a = 10000;
FILE* pf = fopen("test6.txt", "wb");
if (pf == NULL) {
perror("fopen");
return 1;
}
// 写文件
fwrite(&a, sizeof(int), 1, pf); // 二进制的形式写到文件中
// 关闭文件
fclose(pf);
pf = NULL;
return 0;
}
🚩 （代码成功运行）
💡 我们来使用非常强大的【宇宙第一编辑器】Visual Studio（2013版本）来打开我们的二进制文件 test6.txt ，详细步骤如下：
🔑 最后，我们来检测一下 10000 是不是 10 27 00 00 ：
🔺 总结：文本文件和二进制文件的存储方式
ASCII
② 二进制文件：将内存里的二进制数据不加任何转化直接存储到二进制文件中。
三、文件读取结束的判定
读文件读到什么时候才算结束，是个非常值得我们探讨的问题。
0x00 经常被错误使用的 " feof 函数 "
📚 介绍：在文件结束时，判断文件因为何种原因导致文件结束的函数，判断是因为读取失败而结束，还是因为遇到文件尾而结束。如果文件结束，则返回非0值，否则返回0。
❌ 错误用途：feof 函数是个经常被错误使用的一个函数。在文件读取过程中，不能用 feof 函数的返回值直接判断文件是否结束！feof 函数绝对不是用来判断文件是否结束的函数！feof 不是用来判定文件是否结束了的，还是在文件已经结束时，判断是什么原因导致文件结束的。
✅ 正确用途：当文件读取结束时，判断是因为读取失败而结束，还是因为遇到文件尾而结束。
💬 代码演示：feof
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(void) {
int ch = 0; // 注意：为int型而非char，要求处理EOF
FILE* pf = fopen("test.txt", "r");
if (!pf) { // pf == NULL
perror("fopen");
return EXIT_FAILURE; // 符号常量EXIT_FAILURE，表示没有成功地执行一个程序
}
// fgetc - 当读取失败的时候或者遇到文件结束的时候，都会返回EOF
while ( (ch = fgetc(pf)) != EOF ) {
putchar(ch);
} printf("\n");
// 判断文件结束的原因
if (ferror(pf)) { // ferror - 检查是否出现错误。
puts("读取失败错误（I/O error when reading）");
} else if (feof(pf)) {
puts("遇到文件尾而结束（End of file reached successfully) ");
}
// 文件关闭
fclose(pf);
pf = NULL;
}
🚩 运行结果如下：
0x01 正确判定文件是否读取结束的方法
📚 文本文件读取是否结束，判断返回值是否为 EOF（fgetc），或者 NULL（fgets），例如：
① fgetc 函数在读取结束时会返回 EOF，正常读取时，返回读取到的字符的 ASCII
② fgets 函数在读取结束时会返回 NULL，正常读取时，返回存放字符串的空间的起始地址。
③ fread 函数在读取结束时会返回 实际读取到的完整元素的个数，如果发现读取到的完整的元素个数小于指定的元素个数，那么就是最后一次读取了。
💬 代码演示：在工程路径下手动创建一个叫 file.txt 的文件，在里面随便写几行文字。然后通过代码将 file.txt 文件拷贝一份，生成 file2.txt ：
#include <stdio.h>
int main(void) {
FILE* pfRead = fopen("file.txt", "r");
if (pfRead == NULL) {
return 1;
}
FILE* pfWrite = fopen("file2.txt", "w");
if (pfWrite == NULL) {
fclose(pfRead);
pfRead = NULL;
return 1;
}
// 文件打开成功，读写文件
int ch = 0;
// 读文件
ch = fgetc(pfRead);
while ( (ch = fgetc(pfRead)) != EOF ) {
// 写文件
fputc(ch, pfWrite);
}
// 关闭文件
fclose(pfRead);
pfRead = NULL;
fclose(pfWrite);
pfWrite = NULL;
return 0;
}
🚩 （代码成功运行）
💬 代码演示：二进制读取的例子
#inlucde <stdio.h>
enum {
SIZE = 5
};
int main(void)
{
double a[SIZE] = {1.,2.,3.,4.,5.};
FILE *fp = fopen("test.bin", "wb"); // 必须用二进制模式
fwrite(a, sizeof *a, SIZE, fp); // 写double的数组
fclose(fp);
double b[SIZE];
fp = fopen("test.bin","rb");
size_t ret_code = fread(b, sizeof *b, SIZE, fp); // 读double的数组
if (ret_code == SIZE) {
puts("数组读取成功，数组内容如下：");
for(int n = 0; n < SIZE; ++n) printf("%f ", b[n]);
putchar('\n');
} else { // 异常处理
if (feof(fp)) {
printf("test.bin 读取错误！unexpected end of file\n");
} else if (ferror(fp)) {
perror("test.bin 读取错误！");
}
}
fclose(fp);
}
🚩 运行结果如下：
四、文件缓冲区（File Buffer）
0x00 什么是文件缓冲区
【百度百科】文件是指存储在外部存储介质上的、由文件名标识的一组相关信息的集合。由于CPU 与 I/O 设备间速度不匹配。为了缓和 CPU 与 I/O 设备之间速度不匹配矛盾。文件缓冲区是用以暂时存放读写期间的文件数据而在内存区预留的一定空间。使用文件缓冲区可减少读取硬盘的次数。
📚 介绍：ANSIC 标准采用缓冲文件系统来处理数据文件，所谓的缓冲文件系统是指系统自动地在内存中为程序中每一个正在使用的文件开辟一块文件缓冲区。规则如下：
① 如果从内存向磁盘输出数据，会先送到内存中的缓冲区，缓冲区装满后再一起输送到磁盘上。
② 如果从磁盘向计算机读入数据，则从磁盘文件中读取数据输入到内存缓冲区（充满缓冲区），然后再从缓冲区逐个地将数据送到程序数据区（程序变量等）。
📌 注意事项：缓冲区的大小根据C编译系统决定的。
0x01 冲刷缓冲区函数 fflush
📚 介绍：强迫将缓冲区内的数据写回参数 stream 指定的文件中。刷新成功返回 0 ，如果发生错误则返回 EOF ，且设置错误标识符，即 feof
📌 注意事项：fflush 不适用于高版本VS
0x02 感受文件缓冲区的存在
💬 观察代码：验证缓冲区概念的存在（VS2013 - Win10）
#include <stdio.h>
#include <windows.h>
int main(void) {
FILE* pf = fopen("test7.txt", "w");
fputs("abcdef", pf);//先将代码放在输出缓冲区
printf("睡眠10秒-已经写数据了，打开test.txt文件，发现文件没有内容\n");
Sleep(10000);
printf("刷新缓冲区\n");
fflush(pf);//刷新缓冲区时，才将输出缓冲区的数据写到文件（磁盘）
//注：fflush 在高版本的VS上不能使用了
printf("再睡眠10秒-此时，再次打开test.txt文件，文件有内容了\n");
Sleep(10000);
fclose(pf);
//注：fclose在关闭文件的时候，也会刷新缓冲区
pf = NULL;
return 0;
}
🚩 运行结果如下：
🔺 结论： 因为有缓冲区的存在，C语言在操作文件时，需要做刷新缓冲区或者在文件操作结束的时候关闭文件。如果不做，可能导致读写文件的问题。
参考资料：
Microsoft. MSDN(Microsoft Developer Network)[EB/OL]. []. .
比特科技. C语言进阶[EB/OL]. 2021[2021.8.31]. .
📌 作者：王亦优
📃 更新： 2021.8.23
❌ 勘误： 无
💬 参考： 百度百科、比特科技、www.cplusplus.com、MSDN、RUNOOB
📜 声明： 由于作者水平有限，本文有错误和不准确之处在所难免，本人也很想知道这些错误，恳望读者批评指正！
本章完。 更多关于文件操作的语法讲解，后期或会更新 《文件操作进阶》
