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【C语言】 C语言文件操作

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一、文件的核心概念

1. 什么是文件

文件是存储在外部存储介质（如磁盘、U盘）上的一组相关数据的集合。我们日常的文档编辑、程序运行、数据备份等操作，本质上都是对文件的读写和修改。在C语言中，文件主要分为两类：

  • 程序文件：与程序运行相关的文件，包括源程序文件（.c后缀）、编译后的目标文件（Windows下为.obj）、可执行文件（Windows下为.exe）。
  • 数据文件：程序运行时需要读取或写入的数据载体，比如存储用户信息的文本文件、保存图片的二进制文件等，这也是本文的重点讨论对象。

2. 文件名的组成

一个完整的文件名是文件的唯一标识，由三部分组成：文件路径 + 文件名 + 文件后缀，例如：

  • 绝对路径：D:\project\student.txt
  • 相对路径：../data/config.bin（../表示上一级目录）
  • 当前路径：log.txt（直接写文件名，默认在程序运行目录下）

二、文件的打开与关闭

文件操作的第一步是建立程序与文件的连接，这就需要通过"打开文件"操作实现；操作完成后必须"关闭文件"，释放系统资源，避免内存泄漏。

1. 文件指针

缓冲文件系统中，系统会为每个打开的文件分配一块内存区域（文件信息区），用于存储文件名、状态、当前读写位置等关键信息。这个信息区被封装为FILE结构体（定义在<stdio.h>中），而我们通过FILE*类型的指针来操作这个结构体，这个指针就是文件指针。

#include <stdio.h>
// 定义文件指针变量，用于指向文件信息区
FILE* pf;

2. 打开与关闭函数

C语言标准规定使用fopen函数打开文件，fclose函数关闭文件，函数原型如下：

// 打开文件：返回指向文件的指针，失败则返回NULL
FILE* fopen(const char* filename, const char* mode);
// 关闭文件：成功返回0，失败返回EOF（-1）
int fclose(FILE* stream);

关键：文件打开模式
文件打开模式决定了程序对文件的操作权限，不同模式对应不同的功能和行为，下表汇总了常用模式的核心信息：

打开模式核心功能适用文件类型若文件不存在注意事项
“r”只读文本文件打开失败（返回NULL）只能读取已有文件
“w”只写文本文件创建新文件会覆盖原有文件内容
“a”追加文本文件打开失败仅在文件末尾添加数据
“rb”只读二进制文件打开失败用于读取图片、音频等资源
“wb”只写二进制文件创建新文件二进制形式存储数据
“r+”读写文本文件打开失败可同时读写，不创建新文件
“w+”读写文本文件创建新文件覆盖原有内容，支持读写
“a+”读写文本文件创建新文件读写均从文件末尾开始

实战：文件打开与关闭示例

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    // 以只写模式打开当前目录下的data.txt，不存在则创建
    FILE* pf = fopen("data.txt", "w");
    
    // 关键：检查文件是否打开成功（路径错误、权限不足等会导致失败）
    if (pf == NULL) {
        // perror函数会自动输出错误原因
        perror("fopen failed");
        // 打开失败直接退出程序
        return EXIT_FAILURE;
    }

    // 后续文件操作...

    // 关闭文件：必须执行，避免资源泄露
    fclose(pf);
    // 置空指针：防止野指针操作
    pf = NULL;

    return 0;
}

三、文件的读写操作

文件读写是文件操作的核心，C语言提供了多种读写函数，适用于不同的数据类型和场景，主要分为顺序读写和随机读写两类。

1 顺序读写：按文件顺序依次操作

顺序读写是最常用的方式，数据从文件开头到结尾依次读取或写入，常用函数如下：

功能类型函数名函数原型适用场景
字符输入fgetcint fgetc(FILE* stream)读取单个字符
字符输出fputcint fputc(int c, FILE* stream)写入单个字符
行输入fgetschar* fgets(char* str, int num, FILE* stream)读取一行字符串
行输出fputsint fputs(const char* str, FILE* stream)写入一行字符串
格式化输入fscanfint fscanf(FILE* stream, const char* format, …)按格式读取数据
格式化输出fprintfint fprintf(FILE* stream, const char* format, …)按格式写入数据
二进制输入freadsize_t fread(void* ptr, size_t size, size_t count, FILE* stream)读取二进制数据
二进制输出fwritesize_t fwrite(const void* ptr, size_t size, size_t count, FILE* stream)写入二进制数据
3.1 字符级读写（fputc/fgetc）

需求：向文件写入26个大写字母，再读取并打印。

#include <stdio.h>

int main() {
    FILE* pf = fopen("letter.txt", "w");
    if (pf == NULL) {
        perror("fopen write failed");
        return 1;
    }

    // 写入A-Z
    for (char c = 'A'; c <= 'Z'; c++) {
        // 逐个字符写入文件
        fputc(c, pf);
    }
    fclose(pf);
    pf = NULL;

    // 读取并打印
    pf = fopen("letter.txt", "r");
    if (pf == NULL) {
        perror("fopen read failed");
        return 1;
    }

    int ch;
    // EOF是文件结束标志（值为-1）
    while ((ch = fgetc(pf)) != EOF) {
        printf("%c ", ch);
    }
    fclose(pf);
    pf = NULL;

    return 0;
}
3.2 格式化读写（fprintf/fscanf）

需求：将用户信息（学号、成绩）写入文件，再读取并显示。

#include <stdio.h>

typedef struct {
    int id;
    float score;
} Student;

int main() {
    Student stu = {101, 92.5f};
    FILE* pf = fopen("student.txt", "w");
    if (pf == NULL) {
        perror("fopen failed");
        return 1;
    }

    // 格式化写入结构体数据
    fprintf(pf, "学号：%d 成绩：%.1f", stu.id, stu.score);
    fclose(pf);
    pf = NULL;

    // 读取数据
    Student tmp;
    pf = fopen("student.txt", "r");
    if (pf == NULL) {
        perror("fopen failed");
        return 1;
    }

    // 按对应格式读取
    fscanf(pf, "学号：%d 成绩：%.1f", &tmp.id, &tmp.score);
    printf("读取到的信息：学号=%d，成绩=%.1f\n", tmp.id, tmp.score);
    fclose(pf);
    pf = NULL;

    return 0;
}
3.3 二进制读写（fwrite/fread）

二进制读写适用于存储结构体、图片、音频等数据，直接以内存中的二进制形式存储，效率更高。

需求：将结构体数据以二进制形式存储，再读取恢复。

#include <stdio.h>

typedef struct {
    int id;
    char name[20];
    float score;
} Student;

int main() {
    Student stu = {102, "Zhang San", 88.0f};
    FILE* pf = fopen("student.bin", "wb");
    if (pf == NULL) {
        perror("fopen failed");
        return 1;
    }

    // 二进制写入：1个大小为Student的结构体数据
    fwrite(&stu, sizeof(Student), 1, pf);
    fclose(pf);
    pf = NULL;

    // 二进制读取
    Student tmp = {0};
    pf = fopen("student.bin", "rb");
    if (pf == NULL) {
        perror("fopen failed");
        return 1;
    }

    fread(&tmp, sizeof(Student), 1, pf);
    printf("ID：%d，姓名：%s，成绩：%.1f\n", tmp.id, tmp.name, tmp.score);
    fclose(pf);
    pf = NULL;

    return 0;
}

注意：二进制文件用文本编辑器打开会显示乱码，这是正常现象，需通过程序按二进制方式读取才能恢复数据。

2. 随机读写：自由定位读写位置

有时我们需要直接操作文件中间的数据（如修改文件第10个字符、读取第5条记录），这就需要随机读写功能。C语言提供了三个核心函数实现位置定位：

函数名函数原型功能描述
fseekint fseek(FILE* stream, long offset, int origin)定位文件指针位置
ftelllong ftell(FILE* stream)获取文件指针当前偏移量
rewindvoid rewind(FILE* stream)将文件指针重置到文件开头

关键参数说明

  • offset：偏移量（正数表示向后偏移，负数表示向前偏移）
  • origin：基准位置，有三个可选值：
    • SEEK_SET：以文件开头为基准（值为0）
    • SEEK_CUR：以当前指针位置为基准（值为1）
    • SEEK_END：以文件末尾为基准（值为2）

随机读写示例

需求：修改文件中指定位置的字符，读取文件中间数据。

#include <stdio.h>

int main() {
    // 先写入初始数据：abcdefghi
    FILE* pf = fopen("test.txt", "w");
    if (pf == NULL) {
        perror("fopen failed");
        return 1;
    }
    fputs("abcdefghi", pf);
    fclose(pf);
    pf = NULL;

    // 随机修改：将第6个字符（'f'）改为'X'
    pf = fopen("test.txt", "r+");
    if (pf == NULL) {
        perror("fopen failed");
        return 1;
    }

    // 基准：文件开头，偏移5个位置（指向第6个字符）
    fseek(pf, 5, SEEK_SET);
    // 写入修改后的字符
    fputc('X', pf);

    // 定位到文件开头，读取修改后的数据
    rewind(pf);
    int ch;
    printf("修改后的数据：");
    while ((ch = fgetc(pf)) != EOF) {
        printf("%c", ch);
    }
    printf("\n");

    // 获取当前指针偏移量（此时在文件末尾）
    long pos = ftell(pf);
    printf("文件长度：%ld 字节\n", pos);

    fclose(pf);
    pf = NULL;

    return 0;
}

输出结果：

修改后的数据：abcdeXghi
文件长度：9 字节

三、文本文件与二进制文件的区别

数据在内存中始终以二进制形式存储，而文件的存储形式由我们的操作决定：

  • 文本文件：数据存储前会转换为ASCII码形式，例如整数10000会转换为字符’1’、‘0’、‘0’、‘0’、'0’存储，可被文本编辑器直接读取。
  • 二进制文件：数据直接以内存中的二进制形式存储，例如整数10000在32位系统中存储为0x00002710，文本编辑器打开会显示乱码，但程序读取效率更高。

关键区别对比

特性文本文件二进制文件
存储形式ASCII码二进制数据
可读性可直接用记事本打开需专用程序读取
存储效率较低（如10000占5字节）较高（如10000占4字节）
适用场景配置文件、日志文件结构体数据、图片、音频

四、文件拷贝实战：综合应用

文件拷贝是文件操作的经典场景，核心逻辑是"读取源文件数据 → 写入目标文件"，下面实现一个通用的文件拷贝工具：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

// 拷贝函数：src_path-源文件路径，dest_path-目标文件路径
int copy_file(const char* src_path, const char* dest_path) {
    // 打开源文件（只读）和目标文件（只写）
    FILE* src = fopen(src_path, "rb");
    if (src == NULL) {
        perror("open source file failed");
        return 1;
    }

    FILE* dest = fopen(dest_path, "wb");
    if (dest == NULL) {
        perror("open destination file failed");
        // 关闭已打开的源文件，避免资源泄露
        fclose(src);
        return 1;
    }

    // 用缓冲区提高拷贝效率（一次读取1024字节）
    char buf[1024];
    size_t read_len;
    // 循环读取源文件，直到文件结束
    while ((read_len = fread(buf, 1, sizeof(buf), src)) > 0) {
        // 将读取到的数据写入目标文件
        fwrite(buf, 1, read_len, dest);
    }

    // 关闭文件
    fclose(src);
    fclose(dest);
    printf("文件拷贝成功！\n");
    return 0;
}

int main() {
    // 拷贝文本文件或二进制文件均可
    copy_file("source.jpg", "target.jpg");
    return 0;
}

五、文件缓冲区机制

C语言采用"缓冲文件系统"，系统会为每个打开的文件在内存中分配一块缓冲区：

  • 写入数据时：数据先存入缓冲区，缓冲区满后才会一次性写入磁盘；
  • 读取数据时：先从磁盘读取数据填充缓冲区，程序再从缓冲区获取数据。

缓冲区的刷新机制

  1. 缓冲区满时自动刷新；
  2. 调用fclose关闭文件时，会自动刷新缓冲区；
  3. 调用fflush(FILE* stream)函数强制刷新缓冲区（注意：高版本VS中fflush仅对输出流有效）；
  4. 程序正常结束时，所有打开的文件缓冲区会自动刷新。

缓冲区演示

#include <stdio.h>
#include <windows.h>

int main() {
    FILE* pf = fopen("buffer.txt", "w");
    if (pf == NULL) {
        perror("fopen failed");
        return 1;
    }

    // 写入数据（此时数据在缓冲区，文件中无内容）
    fputs("hello buffer", pf);
    printf("数据已写入缓冲区，睡眠10秒...\n");
    // 睡眠10秒，期间打开buffer.txt会发现无内容
    Sleep(10000);

    // 强制刷新缓冲区，数据写入磁盘
    fflush(pf);
    printf("缓冲区已刷新，再睡眠10秒...\n");
    // 此时打开buffer.txt可看到内容
    Sleep(10000);

    fclose(pf);
    pf = NULL;
    return 0;
}

在这里插入图片描述

🚩总结

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转载自CSDN-专业IT技术社区

原文链接：https://blog.csdn.net/a_hong_sen/article/details/155754792

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