C语言基本教程 第12课:文件输入输出(IO)
来源:互联网 发布:开车是什么意思网络语 编辑:程序博客网 时间:2024/06/06 03:28
在操作系统中,为了统一对各种硬件的操作,简化接口,不同的硬件设备也都被看成一个文件。对这些文件的操作,等同于对磁盘上普通文件的操作。例如,通常把显示器称为标准输出文件,printf 就是向这个文件输出,把键盘称为标准输入文件,scanf 就是从这个文件获取数据。
我们不去探讨硬件设备是如何被映射成文件的,大家只需要记住,在C语言中硬件设备可以看成文件,有些输入输出函数不需要你指明到底读写哪个文件,系统已经为它们设置了默认的文件,当然你也可以更改,例如让 printf 向磁盘上的文件输出数据。操作文件的正确流程为:打开文件 --> 读写文件 --> 关闭文件。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,就是获取文件的有关信息,例如文件名、文件状态、当前读写位置等,这些信息会被保存到一个 FILE 类型的结构体变量中。关闭文件就是断开与文件之间的联系,释放结构体变量,同时禁止再对该文件进行操作。
在C语言中,文件有多种读写方式,可以一个字符一个字符地读取,也可以读取一整行,还可以读取若干个字节。文件的读写位置也非常灵活,可以从文件开头读取,也可以从中间位置读取。
文件流
在《载入内存,让程序运行起来》一文中提到,所有的文件(保存在磁盘)都要载入内存才能处理,所有的数据必须写入文件(磁盘)才不会丢失。数据在文件和内存之间传递的过程叫做文件流,类似水从一个地方流动到另一个地方。数据从文件复制到内存的过程叫做输入流,从内存保存到文件的过程叫做输出流。文件是数据源的一种,除了文件,还有数据库、网络、键盘等;数据传递到内存也就是保存到C语言的变量(例如整数、字符串、数组、缓冲区等)。我们把数据在数据源和程序(内存)之间传递的过程叫做数据流(Data Stream)。相应的,数据从数据源到程序(内存)的过程叫做输入流(Input Stream),从程序(内存)到数据源的过程叫做输出流(Output Stream)。
输入输出(Input output,IO)是指程序(内存)与外部设备(键盘、显示器、磁盘、其他计算机等)进行交互的操作。几乎所有的程序都有输入与输出操作,如从键盘上读取数据,从本地或网络上的文件读取数据或写入数据等。通过输入和输出操作可以从外界接收信息,或者是把信息传递给外界。
我们可以说,打开文件就是打开了一个流。
在C语言中,文件操作都是由库函数来完成的,这节介绍文件的打开和关闭。
文件的打开(fopen函数)
fopen() 函数用来打开一个文件,它的原型为:FILE *fopen(char *filename, char *mode);
filename
为文件名(包括文件路径),mode
为打开方式,它们都是字符串。fopen() 会获取文件信息,包括文件名、文件状态、当前读写位置等,并将这些信息保存到一个FILE类型的结构体变量中,然后将该变量的地址返回。FILE是在stdio.h头文件中定义的一个结构体,用来保存文件信息。如果希望接收 fopen() 的返回值,就需要定义一个 FILE 类型的指针。例如:
FILE *fp = ("demo.txt", "r");表示以“只读”方式打开当前目录下的 demo.txt 文件,并使 fp 指向该文件,这样就可以通过 fp 来操作 demo.txt 了。fp 通常被称为文件指针。又如:
FILE *fp = fopen("D:\\demo.txt","rb");表示以二进制方式打开 D 盘下的 demo.txt 文件,允许读和写。
打开方式(mode)有多种,见下表:
文本文件和二进制文件的区别请查看:C语言fopen()打开文本文件与二进制文件的区别
几点说明
1) 文件打开方式由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) 如果没有“b”字符,文件以文本方式打开。
3) 凡用“r”打开一个文件时,该文件必须已经存在。
4) 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("D:\\demo.txt","rb") == NULL ){
- printf("Error on open D:\\demo.txt file!");
- getch();
- exit(1);
- }
5) 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。
6) 标准输入文件 stdin(键盘)、标准输出文件 stdout(显示器)、标准错误文件 stderr(显示器)是由系统打开的,可直接使用。
文件关闭(fclose函数)
文件一旦使用完毕,应该用fclose()
函数把文件关闭,以释放相关资源,避免数据丢失。fclose() 的原型为:int fclose(FILE *fp);fp 为文件指针。例如:
fclose(fp);文件正常关闭时,fclose() 的返回值为0,如果返回非零值则表示有错误发生。
在C语言中,读写文件比较灵活,既可以每次读写一个字符,也可以读写一个字符串,甚至是任意字节的数据(数据块)。本节介绍以字符形式读写文件。
以字符形式读写文件时,每次可以从文件中读取一个字符,或者向文件中写入一个字符。主要使用两个函数:fgetc()
和fputc()
。
字符读取函数 fgetc
fgetc 是 file get char 的缩写,意思是从指定的文件中读取一个字符。它的原型为:int fgetc (FILE *fp);fp 为文件指针。fgetc() 读取成功时返回读取到的字符,读取到文件末尾或读取失败时返回
EOF
。EOF 是 end of file 的缩写,表示文件末尾,是在 stdio.h 中定义的宏,它的值是一个负数,往往是 -1。返回值类型之所以为 int,就是为了容纳这个负数(char不能是负数)。
EOF 不绝对是 -1,也可以是其他负数,这要看编译器的实现。fgetc() 使用举例:
- char ch;
- FILE *fp = fopen("D:\\demo.txt", "r+");
- ch = fgetc(fp);
D:\\demo.txt
文件中读取一个字符,并保存到变量ch中。在文件内部有一个位置指针,用来指向当前读写到的位置,也就是读写到第几个字节。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,该指针会向后移动一个字节,所以可以连续多次使用fgetc读取多个字符。
注意:这个文件内部的位置指针与C语言中的指针不是一回事。位置指针仅仅是一个标志,表示文件读写到的位置,也就是读写到第几个字节,它不表示地址。文件每读写一次,位置指针就会移动一次,它不需要你在程序中定义和赋值,而是由系统自动设置,对用户是透明的。
【示例】在屏幕上显示 D:\\demo.txt 文件的内容。
- #include<stdio.h>
- int main(){
- FILE *fp;
- char ch;
- //如果文件不存在,给出提示并退出
- if( (fp=fopen("D:\\demo.txt","rt")) == NULL ){
- printf("Cannot open file, press any key to exit!");
- getch();
- exit(1);
- }
- //每次读取一个字节,直到读取完毕
- while( (ch=fgetc(fp)) != EOF ){
- putchar(ch);
- }
- putchar('\n'); //输出换行符
- fclose(fp);
- return 0;
- }
该程序的功能是从文件中逐个读取字符,在屏幕上显示,直到读取完毕。
程序第14行是关键,while 循环的条件为
(ch=fgetc(fp)) != EOF
。fget() 每次从位置指针所在的位置读取一个字符,并保存到变量 ch,位置指针向后移动一个字节。当文件指针移动到文件末尾时,fget() 就无法读取字符了,于是返回 EOF,表示文件读取结束了。对EOF的说明
EOF 本来表示文件末尾,意味着读取结束,但是很多函数在读取出错时也返回 EOF,那么当返回EOF时,到底是文件读取完毕了还是读取出错了?我们可以借助 stdio.h 中的两个函数来判断,分别是 feof() 和 ferror()。feof() 函数用来判断文件内部指针是否指向了文件末尾,它的原型是:
int feof ( FILE * fp );当指向文件末尾时返回非零值,否则返回零值。
ferror() 函数用来判断文件操作是否出错,它的原型是:
int ferror ( FILE *fp );出错时返回非零值,否则返回零值。
需要说明的是,文件出错是非常少见的情况,上面的示例基本能够保证将文件内的数据读取完毕。如果追求完美,也可以加上判断并给出提示:
- #include<stdio.h>
- int main(){
- FILE *fp;
- char ch;
- //如果文件不存在,给出提示并退出
- if( (fp=fopen("D:\\demo.txt","rt")) == NULL ){
- printf("Cannot open file, press any key to exit!");
- getch();
- exit(1);
- }
- //每次读取一个字节,直到读取完毕
- while( (ch=fgetc(fp)) != EOF ){
- putchar(ch);
- }
- putchar('\n'); //输出换行符
- if(ferror(fp)){
- puts("读取出错");
- }else{
- puts("读取成功");
- }
- fclose(fp);
- return 0;
- }
字符写入函数fputc
fputc 是 file output char 的所以,意思是向指定的文件中写入一个字符。调用的形式为:int fputc ( int ch, FILE *fp );ch 为要写入的字符,fp 为文件指针。fputc() 写入成功时返回写入的字符,失败时返回EOF,返回值类型为 int 也是为了容纳这个负数。例如:
fputc('a', fp);或者:
char ch = 'a';fputc(ch, fp);表示把字符 'a' 写入fp所指向的文件中。
两点说明
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,并将写入的字符放在文件开头。如需保留原有文件内容,并把写入的字符放在文件末尾,就必须以追加方式打开文件。不管以何种方式打开,被写入的文件若不存在时则创建该文件。2) 每写入一个字符,文件内部位置指针向后移动一个字节。
【示例】从键盘输入一行字符,写入文件。
- #include<stdio.h>
- int main(){
- FILE *fp;
- char ch;
- //判断文件是否成功打开
- if( (fp=fopen("D:\\demo.txt","wt+")) == NULL ){
- printf("Cannot open file, press any key to exit!\n");
- getch();
- exit(1);
- }
- printf("Input a string:\n");
- //每次从键盘读取一个字符并写入文件
- while ( (ch=getchar()) != '\n' ){
- fputc(ch,fp);
- }
- fclose(fp);
- return 0;
- }
程序每次从键盘读取一个字符并写入文件,直到按下回车键,while 条件不成立,结束读取。
fgetc() 和 fputc() 函数每次只能读写一个字符,速度较慢;实际开发中往往是每次读写一个字符串或者一个数据块,这样能明显提高效率。
读字符串函数fgets
fgets() 函数用来从指定的文件中读取一个字符串,并保存到字符数组中,它的原型为:char *fgets ( char *str, int n, FILE *fp );str 为字符数组,n 为要读取的字符数目,fp 为文件指针。
返回值:读取成功时返回字符数组首地址,也即 str;读取失败时返回 NULL;如果开始读取时文件内部指针已经指向了文件末尾,那么将读取不到任何字符,也返回 NULL。
注意,读取到的字符串会在末尾自动添加 '\0',n 个字符也包括 '\0'。也就是说,实际只读取到了 n-1 个字符,如果希望读取 100 个字符,n 的值应该为 101。例如:
- #define N 101
- char str[N];
- FILE *fp = fopen("D:\\demo.txt", "r");
- fgets(str, N, fp);
需要重点说明的是,在读取到 n-1 个字符之前如果出现了换行,或者读到了文件末尾,则读取结束。这就意味着,不管n的值多大,fgets() 最多只能读取一行数据,不能跨行。在C语言中,没有按行读取文件的函数,我们可以借助 fgets(),将n的值设置地足够大,每次就可以读取到一行数据。
fgets() 遇到换行时,会将换行符一并读取到当前字符串。该示例的输出结果之所以和 test.txt 保持一致,该换行的地方换行,就是因为 fgets() 能够读取到换行符。而 gets() 不一样,它会忽略换行符。
写字符串函数fputs
fputs() 函数用来向指定的文件写入一个字符串,它的原型为:
int fputs( char *str, FILE *fp );
str 为要写入的字符串,fp 为文件指针。写入成功返回非负数,失败返回EOF。例如:
char *str = "http://www.hdswdev.com/";
FILE *fp = fopen("D:\\test.txt", "at+");
fputs(str, fp);
表示把把字符串 str 写入到 D:\\test.txt 文件中。
【示例】向上例中建立的 d:\\test.txt 文件中追加一个字符串。
#include<stdio.h>
int main(){
FILE *fp;
char str[102] = {0}, strTemp[100];
if( (fp=fopen("D:\\test.txt", "at+")) == NULL ){
printf("Cannot open file, press any key to exit!\n");
getch();
exit(1);
}
printf("Input a string:");
gets(strTemp);
strcat(str, "\n");
strcat(str, strTemp);
fputs(str, fp);
fclose(fp);
return 0;
}
运行程序,输入C C++ 算法,打开 D:\\test.txt,文件内容为:
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C C++ 算法
fgets() 有局限性,每次最多只能从文件中读取一行内容,因为 fgets 遇到换行符就结束读取。如果希望读取多行内容,需要使用 fread 函数;相应地写入函数为 fwrite。
fread() 函数用来从指定文件中读取块数据。所谓块数据,也就是若干个字节的数据,可以是一个字符,可以是一个字符串,可以是多行数据,并没有什么限制。fread() 的原型为:
size_t fread ( void *ptr, size_t size, size_t count, FILE *fp );fwrite() 函数用来向文件中写入块数据,它的原型为:
size_t fwrite ( void * ptr, size_t size, size_t count, FILE *fp );对参数的说明:
- ptr 为内存区块的指针,它可以是数组、变量、结构体等。fread() 中的 ptr 用来存放读取到的数据,fwrite() 中的 ptr 用来存放要写入的数据。
- size:表示每个数据块的字节数。
- count:表示要读写的数据块的块数。
- fp:表示文件指针。
- 理论上,每次读写 size*count 个字节的数据。
size_t 是在 stddef.h 头文件中使用 typedef 定义的数据类型,表示无符号整数,也即非负数,常用来表示数量。
返回值:返回成功读写的块数,也即 count。如果返回值小于 count:
- 对于 fwrite() 来说,肯定发生了写入错误,可以用 ferror() 函数检测。
- 对于 fread() 来说,可能读到了文件末尾,可能发生了错误,可以用 ferror() 或 feof() 检测。
【示例】从键盘输入一个数组,将数组写入文件再读取出来。
- #include<stdio.h>
- #define N 5
- int main(){
- //从键盘输入的数据放入a,从文件读取的数据放入b
- int a[N], b[N];
- int i, size = sizeof(int);
- FILE *fp;
- if( (fp=fopen("D:\\test.txt", "rb+")) == NULL ){
- printf("Cannot open file, press any key to exit!\n");
- getch();
- exit(1);
- }
- //从键盘输入数据 并保存到数组a
- for(i=0; i<N; i++){
- scanf("%d", &a[i]);
- }
- //将数组a的内容写入到文件
- fwrite(a, size, N, fp);
- //将文件中的位置指针重新定位到文件开头
- rewind(fp);
- //从文件读取内容并保存到数组b
- fread(b, size, N, fp);
- //在屏幕上显示数组b的内容
- for(i=0; i<N; i++){
- printf("%d ", b[i]);
- }
- printf("\n");
- fclose(fp);
- return 0;
- }
23 409 500 100 222↙
23 409 500 100 222
fwrite()/fread() 函数直接操作字节,建议使用二进制方式打开文件。
打开 D:\\test.txt,发现文件内容根本无法阅读。这是因为我们使用
"rb+"
方式打开文件,数据以二进制形式写入文件,一般无法阅读。数据写入完毕后,位置指针在文件的末尾,要想读取数据,必须将文件指针移动到文件开头,这就是
rewind(fp);
的作用。文件的后缀不一定是 .txt,它可以是任意的,你可以自己命名,例如 test.doc、test.ini 等。【示例】从键盘输入两个学生数据,写入一个文件中,再读出这两个学生的数据显示在屏幕上。
- #include<stdio.h>
- #define N 2
- struct stu{
- char name[10]; //姓名
- int num; //学号
- int age; //年龄
- float score; //成绩
- }boya[N], boyb[N], *pa, *pb;
- int main(){
- FILE *fp;
- int i;
- pa = boya;
- pb = boyb;
- if( (fp=fopen("d:\\test.txt", "wb+")) == NULL ){
- printf("Cannot open file, press any key to exit!\n");
- getch();
- exit(1);
- }
- //从键盘输入数据
- printf("Input data:\n");
- for(i=0; i<N; i++,pa++){
- scanf("%s %d %d %f",pa->name, &pa->num,&pa->age, &pa->score);
- }
- //将数组 boya 的数据写入文件
- fwrite(boya, sizeof(struct stu), N, fp);
- //将文件指针重置到文件开头
- rewind(fp);
- //从文件读取数据并保存到数据 boyb
- fread(boyb, sizeof(struct stu), N, fp);
- //输出数组 boyb 中的数据
- for(i=0; i<N; i++,pb++){
- printf("%s %d %d %f\n", pb->name, pb->num, pb->age, pb->score);
- }
- fclose(fp);
- return 0;
- }
Input data:Tom 2 15 90.5↙Hua 1 14 99↙Tom 2 15 90.500000Hua 1 14 99.000000
fscanf() 和 fprintf() 函数与前面使用的 scanf() 和 printf() 功能相似,都是格式化读写函数,两者的区别在于 fscanf() 和 fprintf() 的读写对象不是键盘和显示器,而是磁盘文件。
这两个函数的原型为:
int fscanf ( FILE *fp, char * format, ... );int fprintf ( FILE *fp, char * format, ... );fp 为文件指针,format 为格式控制字符串,... 表示参数列表。与 scanf() 和 printf() 相比,它们仅仅多了一个 fp 参数。例如:
- FILE *fp;
- int i, j;
- char *str, ch;
- fscanf(fp, "%d %s", &i, str);
- fprintf(fp,"%d %c", j, ch);
【示例】用 fscanf 和 fprintf 函数来完成对学生信息的读写。
- #include<stdio.h>
- #define N 2
- struct stu{
- char name[10];
- int num;
- int age;
- float score;
- } boya[N], boyb[N], *pa, *pb;
- int main(){
- FILE *fp;
- int i;
- pa=boya;
- pb=boyb;
- if( (fp=fopen("D:\\test.txt","wt+")) == NULL ){
- printf("Cannot open file, press any key exit!");
- getch();
- exit(1);
- }
- //从键盘读入数据,保存到boya
- printf("Input data:\n");
- for(i=0; i<N; i++,pa++){
- scanf("%s %d %d %f", pa->name, &pa->num, &pa->age, &pa->score);
- }
- pa = boya;
- //将boya中的数据写入到文件
- for(i=0; i<N; i++,pa++){
- fprintf(fp,"%s %d %d %f\n", pa->name, pa->num, pa->age, pa->score);
- }
- //重置文件指针
- rewind(fp);
- //从文件中读取数据,保存到boyb
- for(i=0; i<N; i++,pb++){
- fscanf(fp, "%s %d %d %f\n", pb->name, &pb->num, &pb->age, &pb->score);
- }
- pb=boyb;
- //将boyb中的数据输出到显示器
- for(i=0; i<N; i++,pb++){
- printf("%s %d %d %f\n", pb->name, pb->num, pb->age, pb->score);
- }
- fclose(fp);
- return 0;
- }
Input data:Tom 2 15 90.5↙Hua 1 14 99↙Tom 2 15 90.500000Hua 1 14 99.000000打开 D:\\demo.txt,发现文件的内容是可以阅读的,格式非常清晰。用 fprintf() 和 fscanf() 函数读写配置文件、日志文件会非常方便,不但程序能够识别,用户也可以看懂,可以手动修改。
如果将 fp 设置为 stdin,那么 fscanf() 函数将会从键盘读取数据,与 scanf 的作用相同;设置为 stdout,那么 fprintf() 函数将会向显示器输出内容,与 printf 的作用相同。例如:
- #include<stdio.h>
- int main(){
- int a, b, sum;
- fprintf(stdout, "Input two numbers: ");
- fscanf(stdin, "%d %d", &a, &b);
- sum = a + b;
- fprintf(stdout, "sum=%d\n", sum);
- return 0;
- }
Input two numbers: 10 20↙
sum=30
前面介绍的文件读写函数都是顺序读写,即读写文件只能从头开始,依次读写各个数据。但在实际开发中经常需要读写文件的中间部分,要解决这个问题,就得先移动文件内部的位置指针,再进行读写。这种读写方式称为随机读写,也就是说从文件的任意位置开始读写。
实现随机读写的关键是要按要求移动位置指针,这称为文件的定位。
文件定位函数rewind和fseek
移动文件内部位置指针的函数主要有两个,即 rewind() 和 fseek()。rewind() 用来将位置指针移动到文件开头,前面已经多次使用过,它的原型为:
void rewind ( FILE *fp );fseek() 用来将位置指针移动到任意位置,它的原型为:
int fseek ( FILE *fp, long offset, int origin );参数说明:
1) fp 为文件指针,也就是被移动的文件。
2) offset 为偏移量,也就是要移动的字节数。之所以为 long 类型,是希望移动的范围更大,能处理的文件更大。
3) origin 为起始位置,也就是从何处开始计算偏移量。C语言规定的起始位置有三种,分别为文件开头、当前位置和文件末尾,每个位置都用对应的常量来表示:
fseek(fp, 100, 0);值得说明的是,fseek() 一般用于二进制文件,在文本文件中由于要进行转换,计算的位置有时会出错。
文件的随机读写
在移动位置指针之后,就可以用前面介绍的任何一种读写函数进行读写了。由于是二进制文件,因此常用 fread() 和 fwrite() 读写。【示例】从键盘输入三组学生信息,保存到文件中,然后读取第二个学生的信息。
- #include<stdio.h>
- #define N 3
- struct stu{
- char name[10]; //姓名
- int num; //学号
- int age; //年龄
- float score; //成绩
- }boys[N], boy, *pboys;
- int main(){
- FILE *fp;
- int i;
- pboys = boys;
- if( (fp=fopen("d:\\test.txt", "wb+")) == NULL ){
- printf("Cannot open file, press any key to exit!\n");
- getch();
- exit(1);
- }
- printf("Input data:\n");
- for(i=0; i<N; i++,pboys++){
- scanf("%s %d %d %f", pboys->name, &pboys->num, &pboys->age, &pboys->score);
- }
- fwrite(boys, sizeof(struct stu), N, fp); //写入三条学生信息
- fseek(fp, sizeof(struct stu), SEEK_SET); //移动位置指针
- fread(&boy, sizeof(struct stu), 1, fp); //读取一条学生信息
- printf("%s %d %d %f\n", boy.name, boy.num, boy.age, boy.score);
- fclose(fp);
- return 0;
- }
Input data:
Tom 2 15 90.5↙
Hua 1 14 99↙
Zhao 10 16 95.5↙
Hua 1 14 99.000000
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