人 類 高 質 量 文 件 操 作 教 學（上）【C語言】

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一、問題引入

0x00 什么是檔案？

【百度百科】電腦檔案，也可以稱之為計算機檔案，是存盤在某種長期儲存設備或臨時存盤設備中的一段資料流，并且歸屬于計算機檔案系統管理之下，所謂“長期儲存設備”一般指磁盤、光碟、磁帶等，而“短期存盤設備”一般指計算機記憶體，需要注意的是，存盤于長期存盤設備的檔案不一定是長期存盤的，有些也可能是程式或系統運行中產生的臨時資料，并于程式或系統退出后洗掉，

📚 簡單來講，就是磁盤上的檔案，

0x01 為什么使用檔案？

📚 舉個例子，我們想實作一個 “通訊錄” 程式時，在通訊錄中新建聯系人、洗掉聯系人等一系列操作，此時的資料存盤于記憶體中，程式退出后所有資料都會隨之消失，為了讓通訊錄中的資訊得以保存，也就是想讓資料持久化，我們就需要采用讓資料持久化的方法，我們一般資料持久化的方法有：把資料存放在磁盤檔案中，或存放到資料庫等方式，

0x02 什么是程式檔案和資料檔案？

📚 但在程式設計中，我們一般所說的檔案為 程式檔案 和 資料檔案 ，

📂 程式檔案：程式檔案包括源程式檔案（后綴為.c），目標檔案（Windows環境下后綴為.obj），可執行程式（Windows環境下后綴為.exe），

📂 資料檔案：資料檔案的內容不一定是程式，而是程式在運行時讀寫的資料，比如程式運行需要從中讀取資料的檔案，或輸出內容的檔案，

💬 我們隨便寫一段代碼，用于演示：

#include <stdio.h>

int main(void) {
    printf("Hello,World!\n");
    
    return 0;
}

🚩 隨后運行代碼（便于生成檔案）：

? 那么，什么是程式檔案呢？

找到代碼路徑，打開檔案夾查看 “可執行程式” ：

退回到上層目錄，找 “目標檔案”：

? 那資料檔案又是什么呢？

在代碼路徑下創建一個檔案：

0x03 什么是檔案名？

【百度百科】檔案名是檔案存在的標識，作業系統根據檔案名來對其進行控制和管理，不同的作業系統對檔案命名的規則略有不同，即檔案名的格式和長度因系統而異，為了方便人們區分計算機中的不同檔案，而給每個檔案設定一個指定的名稱，由檔案主名和擴展名組成，

📚 存在的意義：一個檔案要有一個惟一的檔案標識，方便用戶識別和參考，

? 檔案名包含三個部分：檔案路徑 + 檔案名主干 + 檔案后綴

（ 例如：C:\code2021\TestDemo.txt ）

🔑 為了方便起見，檔案標識通常被稱為 檔案名 ，

🔺 本章我們將對 資料檔案 進行探討！

二、檔案的打開和關閉

檔案讀寫之前應該先打開檔案，在使用結束后應該關閉檔案，

在撰寫程式的時候，再打開檔案的同時，都會回傳一個 FILE* 指標變數指向該檔案，也相當于建立了指標和檔案的關系，

ANSIC 規定使用 fopen 函式來打開檔案， fclose 函式來關閉檔案，

0x00 檔案指標

? 什么是檔案指標：

【百度百科】在C語言中用一個指標變數指向一個檔案，這個指標稱為檔案指標，通過檔案指標就可對它所指的檔案進行各種操作，

🔑 在緩沖檔案系統中，有一個關鍵的概念是 "檔案型別指標" ，簡稱 "檔案指標" ，

📚 每個被使用的檔案，都會在記憶體中開辟出一個相應的檔案資訊區，該資訊區用來存放檔案相關資訊（如檔案名、檔案狀態以及檔案當前位置等），這些資訊是保存在一個結構體變數中的，該結構體型別是由系統申明的，名為 FILE （注意是型別），

💬 例如由 VS2013 編譯環境提供的 stdio.h 頭檔案中有以下的檔案型別宣告：

struct _iobuf {
    char *_ptr;
    int   _cnt;
    char *_base;
    int   _flag;
    int   _file;
    int   _charbuf;
    int   _bufsiz;
    char *_tmpfname;
};
typedef struct _iobuf FILE;

📌 注意事項：

① FILE 的結構在不同的C編輯器中包含的內容并不是不完全相同的，但還是頗為相似的，

② 每當打開一個檔案時，系統會根據檔案的狀況自動創建一個 FILE 結構的變數，并填充其中的信 息，只要檔案被讀寫發生變化，檔案資訊區也會跟著發生變化，至于檔案變化時檔案資訊區是怎么變化和修改的，我們其實并不需要關心這些細節，因為C語言已經幫你弄好了，

③ 我們一般會通過一個 FILE 的指標來維護這個 FILE 結構的變數，并不會直接使用，而是拿一個結構體指標指向這個結構，通過這個指標來訪問和維護相關的資料，這樣使用起來會更加方便，

💬 下面我們來創建一個 FILE* 的指標變數：

定義 pf 是一個指向 FILE 型別的指標變數，可以使 pf 指向某個檔案的檔案資訊區（是一個結構體變數），通過該檔案資訊區的資訊就能夠訪問該檔案，

FILE* pf; // 檔案指標變數

💡 也就是說，通過檔案指標變數能夠找到與他關聯的檔案，

0x01 fopen 函式與 fclose 函式

📜 頭檔案：stdlib.h

📚 ANSIC 規定使用 fopen 函式來打開檔案， fclose 函式來關閉檔案，

? filename 引數指的是檔案名，mode 引數為打開方式，打開方式如下：

檔案使用方式	含義	如指定檔案不存在
" r "（只讀）	為了輸入資料，打開一個已經存在的文本檔案	出錯
" w "（只寫）	為了輸出資料，打開一個文本檔案	建立一個新檔案
" a "（追加）	像文本檔案尾添加資料	建立一個新檔案
" rb "（只讀）	為了輸入資料，打開一個二進制檔案	出錯
" wb "（只寫）	為了輸出資料，打開一個二進制檔案	建立一個新檔案
" ab "（追加）	象一個二進制檔案尾添加資料	出錯
" r+ "（讀寫）	為了讀和寫，打開一個文本檔案	出錯
" w+ "（讀寫）	為了讀和寫，建立一個新的檔案	建立一個新的檔案
" a+ "（讀寫）	打開一個檔案，在檔案尾進行讀寫	建立一個新的檔案
" rb+ "（讀寫）	為了讀和寫，打開一個二進制檔案	出錯
" wb+ "（讀寫）	為了讀和寫，新建一個新的二進制檔案	建立一個新的檔案
" ab+ "（讀寫）	打開一個二進制檔案，在檔案尾進行讀和寫	建立一個新的檔案

💬 代碼演示：打開我們剛剛手動創建的 test.dat 檔案

#include <stdio.h>

int main(void) {
    FILE* pf = fopen("test.dat", "w");
    // 檢查是否為空指標
    if (pf == NULL) {
        perror("fopen");
        return 1;
    }

    /* 寫檔案 */

    // 關閉檔案
    fclose(pf);
    pf = NULL; // 記得將pf置為空指標

    return 0;
}

🚩 （代碼正常運行）

? 之前我們創建的 test.dat 的路徑是在 路徑下的，如果放在其他路徑下可以讀嗎？

🔑 可以，但檔案必須在該工程的路徑下才行，

💬 我們把 test.dat 檔案洗掉，然后打開方式改成 r 試試看：

#include <stdio.h>

int main(void) {
    FILE* pf = fopen("test.dat", "r");
    // 檢查是否為空指標
    if (pf == NULL) {
        perror("fopen");
        return 1;
    }

    /* 寫檔案 */

    // 關閉檔案
    fclose(pf);
    pf = NULL; // 記得將pf置為空指標

    return 0;
}

🚩 運行結果如下： （通過剛才的表格可知，如果 r 找不到指定的檔案，會導致報錯）

💬 如果不適用相對路徑，使用絕對路徑讀檔案：

可以使用絕對路徑，但是要注意轉義絕對路徑中的斜杠！

#include <stdio.h>

int main(void) {
    // FILE* pf = fopen("D:\code2021\0817\0817\test2.dat", "w"); // error
    FILE* pf = fopen("D:\\code2021\\0817\\0817\\test2.dat", "w"); // 轉移字符\

    // 檢查是否為空指標
    if (pf == NULL) {
        perror("fopen");
        return 1;
    }

    /* 寫檔案 */

    // 關閉檔案
    fclose(pf);
    pf = NULL; // 記得將pf置為空指標

    return 0;
}

📌 注意事項： 不關閉檔案的后果：一個程式能夠打開的檔案是有限的，檔案屬于一種資源，如果只打開不釋放，檔案就會被占用，可能會導致一些操作被緩沖在記憶體中，如果不能正常關閉，緩沖在記憶體中的資料就不能正常寫入到檔案中從而導致資料的丟失，

三、檔案的順序讀寫

0x00 什么是順序讀寫

首先要了解什么是讀寫：我們寫的程式是在記憶體中，而資料是要放到檔案中的，檔案又是在硬碟上的，當我們把檔案里的資料讀到記憶體中去時，這個動作我們稱之為輸入/讀取，反過來，如果把程式中的東西放到硬碟上，這個動作我們稱之為輸出/寫入，

📚 順序讀寫，顧名思義就是按照順序在檔案中讀和寫，

0x01 順序讀寫函式一覽表

0x02 字符輸出函式 fputc

📚 介紹：將引數 char 指定的字符寫入到指定的流 stream 中，并把位置識別符號向前移動 （字符必須為一個無符號字符），適用于所有輸出流，

💬 代碼演示：創建一個 test.txt，隨后使用 fputc 函式分別寫入 "abc" 到檔案中

#include <stdio.h>

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

    // 寫檔案
    fputc('a', pf);
    fputc('b', pf);
    fputc('c', pf);

    // 關閉檔案
    fclose(pf);
    pf = NULL;

    return 0;
}

🚩（代碼正常運行）

📂 此時打開工程檔案夾可以成功看到 test.txt 被創建了（大小為1kb可以看出寫入成功了）：

💬 我們正好測驗下 w 的覆寫效果，我們把寫的內容注釋掉：

#include <stdio.h>

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

    // 寫檔案
    //fputc('a', pf);
    //fputc('b', pf);
    //fputc('c', pf);

    // 關閉檔案
    fclose(pf);
    pf = NULL;

    return 0;
}

🚩 此時再次運行，我們發現那個檔案里的內容不見了（大小也變為0kb）：

? 值得注意的是，檔案的寫入是有順序的，abc，先是a，然后是b，最后是c：

fputc('a', pf);
fputc('b', pf);
fputc('c', pf);

0x03 字符輸入函式 fgetc

📚 介紹：從指定的流 stream 獲取下一個字符，并把位置識別符號向前移動（字符必須為一個無符號字符），如果讀取成功會回傳相應的ASCII碼值，如果讀取失敗它會回傳一個EOF，適用于所有輸入流，

💬 代碼演示：在工程檔案夾里打開 test.txt ，隨便寫入一些資料，隨后使用 fgetc 函式讀取：

#include <stdio.h>
// 使用fgetc從檔案里讀
int main(void) {
    FILE* pf = fopen("test.txt", "r");
    if (pf == NULL) {
        perror("fopen");
        return 1;
    }
    // 讀檔案
    int ret = fgetc(pf);
    printf("%c\n", ret);
    ret = fgetc(pf);
    printf("%c\n", ret);
    ret = fgetc(pf);
    printf("%c\n", ret);

    // 關閉檔案
    fclose(pf);
    pf = NULL;
    
    return 0;
}

🚩 運行結果如下：

? 如果讀完了會發生什么？

🐞 我們來除錯一下看看：

0x04 文本行輸出函式 fputs

📚 介紹：將字串寫入到指定的流 stream 中（不包括空字符），適用于所有輸出流，

💬 代碼演示：利用 fputs 在 test2.txt 中隨便寫入幾行資料：

#include <stdio.h>

int main(void) {
    FILE* pf = fopen("test2.txt", "w");
    if (pf == NULL) {
        perror("fopen");
        return 1;
    }
    // 寫檔案 - 按照行來寫
    fputs("abcdef", pf);
    fputs("123456", pf);

    // 關閉檔案
    fclose(pf);
    pf = NULL;

    return 0;
}

🚩 （代碼成功運行）

? 如果想換行呢？

🔑 換行需要在代碼里自行加 \n ：

fputs("abcdef\n", pf);
fputs("123456", pf);

（這時候打開檔案，就是換行的了）

0x05 文本行輸入函式 fgets

📚 介紹：從指定的流 stream 讀取一行，并把它存盤在 string 所指向的字串中，當讀取（n-1）個字符時，或者讀取到換行符、到達檔案末尾時，它會停止，具體視情況而定，適用于所有輸入流，

📌 注意事項：假如 n 是100，讀取到的就是99個字符（n-1），因為要留一個字符給斜杠0，

💬 代碼演示：利用 fgets 讀取 test2.txt 中的內容：

#include <stdio.h>

int main(void) {
    char arr[10] = "xxxxxx"; // 存放處

    FILE* pf = fopen("test2.txt", "r");
    if (pf == NULL) {
        perror("fopen");
        return 1;
    }
    // 讀檔案 - 按照行來讀
    fgets(arr, 4, pf);
    printf("%s\n", arr);

    fgets(arr, 4, pf);
    printf("%s\n", arr);

    // 關閉檔案
    fclose(pf);
    pf = NULL;

    return 0;
}

🚩 代碼運行結果如下：

🐞 除錯一下看看：

0x06 格式化輸出函式 fprintf

📚 介紹：fprintf 用于對格式化的資料進行寫檔案，發送格式化輸出到流 stream 中，適用于所有輸出流，

💬 代碼演示：將結構體的三個資料利用 fprintf 寫到 test3.txt 中：

#include <stdio.h>

struct Player {
    char name[10];
    int dpi;
    float sens;
};

int main(void) {
    struct Player p1 = { "carpe", 900, 3.12f };

    // 對格式化的資料進行寫檔案
    FILE* pf = fopen("test3.txt", "w");
    if (pf == NULL) {
        perror("fopen");
        return 1;
    }
    // 寫檔案
    fprintf(pf, "%s %d %f", p1.name, p1.dpi, p1.sens);

    // 關閉檔案
    fclose(pf);
    pf = NULL;

    return 0;
}

🚩 （代碼成功運行）

0x07 格式化輸入函式 fscanf

📚 介紹：fscanf 用于對格式化的資料進行讀取，從流 stream 讀取格式化輸入，適用于所有輸入流，

💬 代碼演示：利用 fscanf 讀取 test4.txt 中的內容，并列印：

#include <stdio.h>

struct Player {
    char name[10];
    int dpi;
    float sens;
};

int main(void) {
    struct Player p1 = { 0 }; // 存放處

    // 對格式化的資料進行寫檔案
    FILE* pf = fopen("test3.txt", "r");
    if (pf == NULL) {
        perror("fopen");
        return 1;
    }

    // 讀檔案
    fscanf(
        pf, "%s %d %f",
        p1.name, &(p1.dpi), &(p1.sens) 
    ); // 👆 p1.name本身就是地址（不用&）

    // 將讀到的資料列印
    printf("%s %d %f\n", p1.name, p1.dpi, p1.sens);

    // 關閉檔案
    fclose(pf);
    pf = NULL;

    return 0;
}

🚩 運行結果如下：

0x08 二進制輸出函式 fwrite

📚 介紹：寫一個資料到流中去，把 buffer 所指向的陣列中的資料寫入到給定流 stream 中，

💬 創建一個 test5.txt，用 fwrite 寫入一個資料到 text5.txt 中去：

#include <stdio.h>
// 二進制的形式寫

struct S {
    char arr[10];
    int num;
    float score;
};

int main(void) {
    struct S s = { "abcde", 10, 5.5f };

    FILE* pf = fopen("test5.txt", "w");
    if (pf == NULL) {
        perror("fopen");
        return 1;
    }
    // 寫檔案
    fwrite(&s, sizeof(struct S), 1, pf);

    // 關閉檔案
    fclose(pf);
    pf = NULL;

    return 0;
}

🚩 （代碼成功運行）

我們發現他燙起來了2333（劃掉）

💡 打開檔案后我們發現只有abcde看得懂，后面是什么我們看不懂，

我們試著用 nodepad++ 打開：

? 為什么還是亂碼？為什么 abcde 不是亂碼？

🔑 解答：

① 我們剛才用的都是文本編譯器，文本編譯器打開二進制形式的檔案完全是兩種狀態，

② 因為字串以文本形式寫進去和以二進制形式寫進去是一樣的，但是對于整數、浮點數等來說就不一樣了，文本形式寫入和二進制形式寫入完全是兩個概念，

（那么該怎么讀呢，我們來看下面的 fread 函式）

0x08 二進制輸入函式 fread

📚 介紹：從流中讀取，從給定流 stream 讀取資料到 buffer 所指向的陣列中，

💬 用 fread 讀取 text5.txt 中的二進制資料：

#include <stdio.h>
// 二進制的形式讀

struct S {
    char arr[10];
    int num;
    float score;
};

int main(void) {
    struct S s = { 0 }; // 存放處

    FILE* pf = fopen("test5.txt", "r");
    if (pf == NULL) {
        perror("fopen");
        return 1;
    }
    // 讀檔案
    fread(&s, sizeof(struct S), 1, pf);

    // 將讀到的資料列印
    printf("%s %d %f", s.arr, s.num, s.score);

    // 關閉檔案
    fclose(pf);
    pf = NULL;

    return 0;
}

🚩 （代碼正常運行）

🔺 總結： fwrite 和 fread 是一對，fwrire 寫進去用 fread 讀，

0x09 流的概念（stream）

在這里，我們補充一下流的概念，

📚 觀察剛才的表格我們可以發現有的函式是適用于所有xx流的（比如 fputc 函式），fputc 就適用于所有輸出流，也就是說它不僅僅可以給檔案里寫，我們來讀一下MSDN的介紹：

我們發現它還可以寫到 stdout 上，

? 那么 stdout 是什么呢？

💡 stdout 就是標準輸出流，在這里，我們要來講一下流的概念，

📚 C語言默認打開的3個流：

① stdin - 標準輸入流 - 鍵盤
② stdout - 標準輸出流 - 螢屏
③ stderr - 標準輸出流 - 螢屏

💬 我們用流向螢屏上輸出資訊 - stdout：

#include <stdio.h>

int main(void) {
    fputc('a', stdout);
    fputc('b', stdout);
    fputc('c', stdout);

    return 0;
}

🚩 a b c

💬 fgetc 從標準輸入流讀取 - stdin

#include <stdio.h>
// 使用fgetc從標準輸入流中讀
int main(void) {
    int ret = fgetc(stdin);
    printf("%c\n", ret);
    ret = fgetc(stdin);
    printf("%c\n", ret);
    ret = fgetc(stdin);
    printf("%c\n", ret);
    
    return 0;
}

🚩 運行：

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（本篇完）

📌 本文作者： Foxny

📃 更新記錄： 2021.8.19

? 勘誤記錄： 無

💬 參考資料： 百度百科、位元科技、www.cplusplus.com、MSDN、RUNOOB.com

📜 本文宣告： 由于作者水平有限，本文有錯誤和不準確之處在所難免，本人也很想知道這些錯誤，懇望讀者批評指正！