C语言程序设计基础之文件

所谓“文件”是指一组相关数据的有序集合。 这个数据集有一个名称，叫做文件名。 实际上在前面的各章中我们已经多次使用了文件，例如源程序文件、目标文件、可执行文件、库文件 (头文件)等。文件通常是驻留在外部介质(如磁盘等)上的， 在使用时才调入内存中来。从不同的角度可对文件作不同的分类。从用户的角度看，文件可分为普通文件和设备文件两种。

    　　普通文件是指驻留在磁盘或其它外部介质上的一个有序数据集，可以是源文件、目标文件、可执行程序； 也可以是一组待输入处理的原始数据，或者是一组输出的结果。对于源文件、目标文件、 可执行程序可以称作程序文件，对输入输出数据可称作数据文件。

    　　设备文件是指与主机相联的各种外部设备，如显示器、打印机、键盘等。在操作系统中，把外部设备也看作是一个文件来进行管理，把它们的输入、输出等同于对磁盘文件的读和写。 通常把显示器定义为标准输出文件， 一般情况下在屏幕上显示有关信息就是向标准输出文件输出。如前面经常使用的printf,putchar 函数就是这类输出。键盘通常被指定标准的输入文件， 从键盘上输入就意味着从标准输入文件上输入数据。scanf,getchar函数就属于这类输入。

    　　从文件编码的方式来看，文件可分为ASCII码文件和二进制码文件两种。

    　　ASCII文件也称为文本文件，这种文件在磁盘中存放时每个字符对应一个字节，用于存放对应的ASCII码。例如，数5678的存储形式为：
    ASC码： 　00110101 00110110 00110111 00111000
    　　　　　↓ 　　　　↓　　　　↓ 　　　↓
    十进制码： 5　　　　　6　　　　7　　　　8 共占用4个字节。ASCII码文件可在屏幕上按字符显示， 例如源程序文件就是ASCII文件，用DOS命令TYPE可显示文件的内容。 由于是按字符显示，因此能读懂文件内容。

    　　二进制文件是按二进制的编码方式来存放文件的。 例如， 数5678的存储形式为： 00010110 00101110只占二个字节。二进制文件虽然也可在屏幕上显示， 但其内容无法读懂。C系统在处理这些文件时，并不区分类型，都看成是字符流，按字节进行处理。 输入输出字符流的开始和结束只由程序控制而不受物理符号(如回车符)的控制。 因此也把这种文件称作“流式文件”。

    　　本章讨论流式文件的打开、关闭、读、写、 定位等各种操作。文件指针在C语言中用一个指针变量指向一个文件， 这个指针称为文件指针。通过文件指针就可对它所指的文件进行各种操作。 定义说明文件指针的一般形式为： FILE* 指针变量标识符； 其中FILE应为大写，它实际上是由系统定义的一个结构， 该结构中含有文件名、文件状态和文件当前位置等信息。 在编写源程序时不必关心FILE结构的细节。例如：FILE *fp； 表示fp是指向FILE结构的指针变量，通过fp 即可找存放某个文件信息的结构变量，然后按结构变量提供的信息找到该文件， 实施对文件的操作。习惯上也笼统地把fp称为指向一个文件的指针。文件的打开与关闭文件在进行读写操作之前要先打开，使用完毕要关闭。 所谓打开文件，实际上是建立文件的各种有关信息， 并使文件指针指向该文件，以便进行其它操作。关闭文件则断开指针与文件之间的联系，也就禁止再对该文件进行操作。

    　　在C语言中，文件操作都是由库函数来完成的。 在本章内将介绍主要的文件操作函数。

    　　文件打开函数fopen

    　　fopen函数用来打开一个文件，其调用的一般形式为： 文件指针名=fopen(文件名，使用文件方式) 其中，“文件指针名”必须是被说明为FILE 类型的指针变量，“文件名”是被打开文件的文件名。 “使用文件方式”是指文件的类型和操作要求。“文件名”是字符串常量或字符串数组。例如：

    FILE *fp；
    fp=("file a","r");

    　　其意义是在当前目录下打开文件file a， 只允许进行“读”操作，并使fp指向该文件。

    　　又如：

    FILE *fphzk
    fphzk=("c:\\hzk16',"rb")

    　　其意义是打开C驱动器磁盘的根目录下的文件hzk16， 这是一个二进制文件，只允许按二进制方式进行读操作。两个反斜线“\\ ”中的第一个表示转义字符，第二个表示根目录。使用文件的方式共有12种，下面给出了它们的符号和意义。

    文件使用方式 　　　　　　　意 义
    “rt”　　　　　　只读打开一个文本文件，只允许读数据
    “wt”　　　　　　只写打开或建立一个文本文件，只允许写数据
    “at”　　　　　　追加打开一个文本文件，并在文件末尾写数据
    “rb”　　　　　　只读打开一个二进制文件，只允许读数据
    “wb”　　　　 　 只写打开或建立一个二进制文件，只允许写数据
    “ab” 　　　　 　追加打开一个二进制文件，并在文件末尾写数据
    “rt+”　　　　　 读写打开一个文本文件，允许读和写
    “wt+”　　　　　 读写打开或建立一个文本文件，允许读写
    “at+”　　　　　 读写打开一个文本文件，允许读，或在文件末追加数 据
    “rb+”　　　　　 读写打开一个二进制文件，允许读和写
    “wb+”　　　　　 读写打开或建立一个二进制文件，允许读和写
    “ab+” 　　　　　读写打开一个二进制文件，允许读，或在文件末追加数据

    　　对于文件使用方式有以下几点说明：

    　　1. 文件使用方式由r,w,a,t,b，+六个字符拼成，各字符的含义是：

    　　r(read): 读
    　　w(write): 写
    　　a(append): 追加
    　　t(text): 文本文件，可省略不写
    　　b(banary): 二进制文件
    　　+: 读和写

    　　2. 凡用“r”打开一个文件时，该文件必须已经存在， 且只能从该文件读出。

    　　3. 用“w”打开的文件只能向该文件写入。 若打开的文件不存在，则以指定的文件名建立该文件，若打开的文件已经存在，则将该文件删去，重建一个新文件。

    　　4. 若要向一个已存在的文件追加新的信息，只能用“a ”方式打开文件。但此时该文件必须是存在的，否则将会出错。

    　　5. 在打开一个文件时，如果出错，fopen将返回一个空指针值NULL。在程序中可以用这一信息来判别是否完成打开文件的工作，并作相应的处理。因此常用以下程序段打开文件：

    if((fp=fopen("c:\\hzk16","rb")==NULL)
    {
    printf("\nerror on open c:\\hzk16 file!");
    getch();
    exit(1);
    }

    　　这段程序的意义是，如果返回的指针为空，表示不能打开C盘根目录下的hzk16文件，则给出提示信息“error on open c:\ hzk16file!”，下一行getch()的功能是从键盘输入一个字符，但不在屏幕上显示。在这里，该行的作用是等待， 只有当用户从键盘敲任一键时，程序才继续执行， 因此用户可利用这个等待时间阅读出错提示。敲键后执行exit(1)退出程序。

    　　6. 把一个文本文件读入内存时，要将ASCII码转换成二进制码， 而把文件以文本方式写入磁盘时，也要把二进制码转换成ASCII码，因此文本文件的读写要花费较多的转换时间。对二进制文件的读写不存在这种转换。

    　　7. 标准输入文件(键盘)，标准输出文件(显示器 )，标准出错输出(出错信息)是由系统打开的，可直接使用。文件关闭函数ｆCｌｏｓｅ文件一旦使用完毕，应用关闭文件函数把文件关闭， 以避免文件的数据丢失等错误。

    　　fclose函数

    　　调用的一般形式是： fclose(文件指针)； 例如：

    　　fclose(fp); 正常完成关闭文件操作时，fclose函数返回值为0。如返回非零值则表示有错误发生。文件的读写对文件的读和写是最常用的文件操作。

    　　在C语言中提供了多种文件读写的函数：

    　　·字符读写函数 ：fgetc和fputc

    　　·字符串读写函数：fgets和fputs

    　　·数据块读写函数：freed和fwrite

    　　·格式化读写函数：fscanf和fprinf

    　　下面分别予以介绍。使用以上函数都要求包含头文件stdio.h。字符读写函数ｆｇｅｔC和ｆｐｕｔC字符读写函数是以字符(字节)为单位的读写函数。 每次可从文件读出或向文件写入一个字符。

    　　一、读字符函数fgetc

    　　fgetc函数的功能是从指定的文件中读一个字符，函数调用的形式为： 字符变量=fgetc(文件指针)； 例如：ch=fgetc(fp);其意义是从打开的文件fp中读取一个字符并送入ch中。

    　　对于fgetc函数的使用有以下几点说明：

    　　1. 在fgetc函数调用中，读取的文件必须是以读或读写方式打开的。

    　　2. 读取字符的结果也可以不向字符变量赋值，例如：fgetc(fp);但是读出的字符不能保存。

    　　3. 在文件内部有一个位置指针。用来指向文件的当前读写字节。在文件打开时，该指针总是指向文件的第一个字节。使用fgetc 函数后， 该位置指针将向后移动一个字节。 因此可连续多次使用fgetc函数，读取多个字符。 应注意文件指针和文件内部的位置指针不是一回事。文件指针是指向整个文件的，须在程序中定义说明，只要不重新赋值，文件指针的值是不变的。文件内部的位置指针用以指示文件内部的当前读写位置，每读写一次，该指针均向后移动，它不需在程序中定义说明，而是由系统自动设置的。

    　　[例10.1]读入文件e10-1.c，在屏幕上输出。

    #include<stdio.h>
    main()
    {
    FILE *fp;
    char ch;
    if((fp=fopen("e10_1.c","rt"))==NULL)
    {
    printf("Cannot open file strike any key exit!");
    getch();
    exit(1);
    }
    ch=fgetc(fp);
    while (ch!=EOF)
    {
    putchar(ch);
    ch=fgetc(fp);
    }
    fclose(fp);
    }

    　　本例程序的功能是从文件中逐个读取字符，在屏幕上显示。 程序定义了文件指针fp,以读文本文件方式打开文件“e10_1.c”， 并使fp指向该文件。如打开文件出错， 给出提示并退出程序。程序第12行先读出一个字符，然后进入循环， 只要读出的字符不是文件结束标志(每个文件末有一结束标志EOF)就把该字符显示在屏幕上，再读入下一字符。每读一次，文件内部的位置指针向后移动一个字符，文件结束时，该指针指向EOF。执行本程序将显示整个文件。

    　　二、写字符函数fputc

    　　fputc函数的功能是把一个字符写入指定的文件中，函数调用的 形式为： fputc(字符量，文件指针)； 其中，待写入的字符量可以是字符常量或变量，例如：fputc('a',fp);其意义是把字符a写入fp所指向的文件中。

    　　对于fputc函数的使用也要说明几点：

    　　1. 被写入的文件可以用、写、读写，追加方式打开，用写或读写方式打开一个已存在的文件时将清除原有的文件内容，写入字符从文件首开始。如需保留原有文件内容，希望写入的字符以文件末开始存放，必须以追加方式打开文件。被写入的文件若不存在，则创建该文件。

    　　2. 每写入一个字符，文件内部位置指针向后移动一个字节。

    　　3. fputc函数有一个返回值，如写入成功则返回写入的字符， 否则返回一个EOF。可用此来判断写入是否成功。

    　　[例10.2]从键盘输入一行字符，写入一个文件， 再把该文件内容读出显示在屏幕上。

    #include<stdio.h>
    main()
    {
    FILE *fp;
    char ch;
    if((fp=fopen("string","wt+"))==NULL)
    {
    printf("Cannot open file strike any key exit!");
    getch();
    exit(1);
    }
    printf("input a string:\n");
    ch=getchar();
    while (ch!='\n')
    {
    fputc(ch,fp);
    ch=getchar();
    }
    rewind(fp);
    ch=fgetc(fp);
    while(ch!=EOF)
    {
    putchar(ch);
    ch=fgetc(fp);
    }
    printf("\n");
    fclose(fp);
    }

    　　程序中第6行以读写文本文件方式打开文件string。程序第13行从键盘读入一个字符后进入循环，当读入字符不为回车符时， 则把该字符写入文件之中，然后继续从键盘读入下一字符。 每输入一个字符，文件内部位置指针向后移动一个字节。写入完毕， 该指针已指向文件末。如要把文件从头读出，须把指针移向文件头， 程序第19行rewind函数用于把fp所指文件的内部位置指针移到文件头。 第20至25行用于读出文件中的一行内容。