C语言读写文件大全 之 基础篇

      一直想着把C语言和C++关于文件操作的相关内容总结一下，这样在使用的时候就可以顺手拈来，嗯，这就是好记性不如烂笔头。既然是文件操作，那么开篇就从“文件”的介绍开始。

      1、文件

      文件指存储在外部介质上的相关数据的集合。存放文件的外部介质有磁带、磁盘、光盘等外部存储器。数据包括：数字、文字、图形、图象、声音、视频等。每个文件都有一个名字，叫做文件名。计算机操作系统就是根据文件名对各种文件进行存取和处理的。

        输入输出可以使屏幕等（标准输出文件指针：stdout）为输出设备，以键盘（标准输入文件指针：stdin）为输入设备。而程序运行有时需要把数据存放到磁盘中，从磁盘中输入最后在输出到磁盘上，这就要用到磁盘文件。文件的输入输出时是这里介绍的重点。

       1.1文件的分类

     （1）文件按存放设备可分为磁盘文件和设备文件两种。

      磁盘文件：存放在磁盘上的数据文件，包括硬盘和软盘等等。

      设备文件：操作系统与外部设备（例如，磁带驱动器，磁盘驱动器，打印机，终端，modern)是通过一种被称为设备文件的文件来进行通信。UNIX输入输出到外部设备的方式和输入输出到一个文件的方式是相同的。在UNIX 同一个外部设备进行通讯之前，这个设备必须首先要有一个设备文件存在。例如，每一个终端都有自己的设备文件来供UNIX写数据（出现在终端屏幕上），和读取数据（用户通过键盘输入）。

      设备文件和普通文件不一样，设备文件中并不包含任何数据。操作系统通过设备文件来与一个设备进行通讯。设备文件存在于/dev目录下。由于UNIX操作系统为你创建所有的设备文件，所以在你存取一个外部设备的时 候，你需要知道这个设备对应的设备文件名。有时候你会需要自己创建一个设备文件。如果你永久地去掉一个外部设备，你应该删除它对应的设备文件。

      （2）文件按数据的组织形式又可分为ASCII码文件（或称文本文件）和二进制文件两种。

       ASCII文件（或称文本文件）：ASCII码文件可在屏幕上按字符显示，此种存储形式便于输出显示。以ASCII码或者其他文字语言的交换编码存储的文件，可以直接在屏幕或者打印机输出为人们识别的信息。ASCII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。如：整型十进制数12345，按ASCII文件存放则需要占用5个字节。可在屏幕上显示，但占用空间较大，读写操作要转换。

      ASCII码文件特点：存储量大、速度慢、便于对字符操作

      二进制文件：二进制文件是按二进制的编码方式来存放文件的。二进制文件中的数据与该数据的二进制形式是一致的。即对不同的数据类型，按其实际占用内存字节数存放，与其在内存的存储形式相同，原样输出到磁盘上存放。如：整型十进制数12345，按二进制文件存放只需要2个字节。屏幕显示为乱码，但占用空间小，读写操作效率高。

      二进制文件特点：存储量小、速度快、适于存放中间结果。

        不同的文件格式文件的存储方式是不同的，我们都应该注意加以区分，因为无论是通常的使用还是编程都是至关重要的，例如：

              *.C       C语言的源程序    ASCII码文件

              *.OBJ    目标文件              二进制文件

              *.EXE    可执行文件           二进制文件

       (3) 按读写方式文件可分为顺序文件和随机文件。

       对顺序文件来说，读写必须从头开始。对随机文件来说，读写的过程是随机的。

    2、C语言文件操作

       要了解Linux C文件的处理方式首先要了解流（Stream）的概念。C语言把文件看作是一个字符(字节)的序列，即由一个一个的字符或字节的数据顺序组成。换句话说，C语言是把每一个文件都看作是一个有序的字节流。

         流是文件和程序之间的通道。一个C程序可以创建文件和对文件内容进行更新、修改，在程序中所需的数据也可以从另一个文件中获得。

        流是程序输入或输出的一个连续的数据序列，常用设备（如键盘、显示器和打印机等）的输入/输出都是通过流来处理的。在C语言中，所有的流均以文件的形式出现，包括设备文件。流实际上是文件输入/输出的一种动态形式，C文件就是一个字节流或二进制流。流作为连续数据序列不是由记录组成的。C文件输入/输出的字节流或二进制流仅受程序控制而不受物理符号（如回车换行符）控制。也就是说，文件输入/输出时不会考虑记录的界限，这种文件通常可以称为流文件。

        C中有两种处理文件的方法：一种是“缓冲文件系统”；另一种是“非缓冲文件系统”。

        缓冲文件系统又称为标准文件系统或高层文件系统，它与具体机器无关，通用性好，功能强，使用方便。系统自动地在内存区为每个正在使用的文件开辟一个缓冲区，文件的存取都是通过缓冲区进行的。缓冲区相当于一个中转站，它的大小由具体的C版本规定，一般为512字节。当从内存向磁盘输出数据时，先将数据送到内存缓冲区，待缓冲区装满后，再一起送到磁盘文件保存；当从磁盘文件读入数据时，则一次从磁盘文件中将一批数据输入到内存缓冲区，然后再从缓冲区逐个地将数据送到程序数据区。如图所示。

         非缓冲文件系统又称为低层文件系统与机器有关，使用较为困难但节省内存，执行效率较高。系统不自动开辟一个内存缓冲区，而由用户根据所处理数据量的大小在程序中设置数据缓冲区。

        缓冲文件系统原来用于处理文本文件，而非缓冲文件系统原来用于处理二进制文件。ANSI C不再采用非缓冲文件系统，而只采用缓冲文件系统，在处理二进制文件时，也通过缓冲文件系统进行。ANSI C通过扩充缓冲文件系统，使缓冲文件系统既能处理文本文件，又能处理二进制文件。但是我们在学习Linux C编程时不仅要重点学习ANSIC标准的文件处理方法，同样要学习Linux系统自身所有所有的文件与设备处理方法。因为非缓冲I/O是系统直接的输入和输出，它不经过“缓冲区”，所以从速度和效率方面来说就显得快一些了。在某些要求效率的特定情况下我们可能需要这一特性。

        通常我们所操作的都是缓冲文件，因此本文章仅针对缓冲文件进行阐述。

    3、文件类型指针和文件描述符

        在缓冲文件系统（高级I/O系统）通过文件指针访问文件，而非缓冲文件系统 （低级磁盘I/O系统）则没有文件型指针，不是靠文件指针来访问文件，而是用一个整数代表一个文件（相当于 FORTRAN 等语言的 “文件号” ），这个整数称为“文件说明符”。下面我们将分别学习文件指针与文件说明符的概念及使用方法。

       文件类型指针

       文件类型指针是相对于缓冲文件系统的概念。在缓冲文件系统中，系统为每个被使用的文件都在内存中开辟一个区域，用来存放文件名、文件状态、缓冲区状态及文件当前位置等信息，这些信息被C语言系统保存在一个称作FILE的结构体中，它在stdio.h头文件中定义内。FILE结构体的内容为（在使用文件操作时，一般不用关心FILE内部成员信息）：

typedef struct

{

              shortlevel;                             /*缓冲区“满”或者“空”的程度*/

              unsignedflags;                       /*文件状态标志*/

              charfd;                                  /*文件描述符*/

              unsignedchar hold;                 /*如果无缓冲区则不读取字符*/

              shortbsize;                             /*缓冲区的大小*/

              unsignedchar*buffer;              /*数据缓冲区的位置*/

              unsignedchar*curp;                /*指针，当前的指向*/

              unsignedistemp;                     /*临时文件指示器*/

              shorttoken;                            /*用于有效性检查*/

}  FILE;

        对于每一个要操作的文件，都必须定义一个指针变量，并使它指向该文件结构体变量，这个指针称为文件指针。通过文件指针找到被操作文件的描述信息，就可对它所指的文件进行各种操作。定义文件指针的一般形式为：

       FILE* 指针变量标识符;

       如：FILE  *fp;  表示fp是一个指向FILE类型结构体的指针变量。可以使fp指向某一个文件的结构体变量，从而通过该结构体变量中的文件信息能够访问该文件。

       FILE是用typedef声明的文件信息结构体的别名，由C系统定义，用户只能使用，不能修改，并且FILE必须大写。

       对文件的操作一般步骤包括：声明一个文件指针、通过文件名打开文件、为文件指针赋值、通过文件指针对文件进行存取、通过文件指针关闭文件。

      *注：本文章部分内容来自《Linux C程序设计基础》，转载请注明出处。

      

阿科

2012年9月18日于北京邮电大学学八楼629