文件入门

程序运行时，数据位于内存之中；程序终止时，数据就完全销毁了。为了让数据持久化，可以将其写入到文件这样的外部存储中，当再次启动程序时，我们便可以从文件中加载这些数据，让应用恢复到所需的状态 。文件从编码的方式来看，有文本文件和二进制文件两种。文本文件是基于字符编码的文件，常见的有ASCII、Unicode等，二进制文件把数据对应的二进制形式存储到文件中，是字节序列文件。

打开与关闭文件

C语言提供的文件操作函数，包含于stdio.h中，打开文件是通过fopen函数实现的。

FILE* fopen(char *filename, char *mode);

• 第一个参数是文件名。
• 第二个参数是文件打开模式，指出对该文件可进行的操作。
• 创建或打开成功时，返回该文件对应的FILE类型的指针；否则返回NULL。

如：

FILE *fp = fopen("hello.txt", "w"); // 创建文件hello.txt
if (fp == NULL)
    printf("create file failed!\n");

当参数只有文件名时，默认文件在当前工作目录；这等同于显示的指出当前路径。

FILE *fp = fopen(".\\hello.txt", "w");

文件系统通常有两个保留的特殊目录，当前目录(.)、上层目录(..)。下图使用了dir命令列出了当前目录 c:\windows 下的文件信息，前两项就是(.)与(..)；这两个目录在窗口模式下是不可见的。

当你使用进入目录命令 【cd .】 时，目录仍旧位于c:\windows下。

而当使用 【cd ..】 时，则会切换到根目录，即c盘下。

当需要指定文件的路径时，相对或绝对路径都可以，这里需要注意对路径分隔符'\'的转义。如：

FILE *fp1 = fopen("c:\\my_data\\hello.txt", "w"); // 指定绝对路径
FILE *fp2 = fopen("..\\debug\\data.dat", w);      // 指定相对路径，打开当前工作目录的上层debug目录下的data.dat文件

当然，路径分隔符也支持'/'分割，这可以消除转义字符的影响。

FILE *fp1 = fopen("c:/my_data/hello.txt", "w");
FILE *fp2 = fopen("../debug/data.dat", w);

此外，fopen对于这个路径还有一定的智能处理，如下面的代码所示：

// 在当前目录下创建文本文件
FILE *fp = fopen( "./debug/../test.txt", "w" );

1. ./debug/ 代表目标路径是当前目录下的debug子目录
2. ./debug/../ 被解释为debug的上级目录

因此最终文件还会创建在当前目录下。

文件的基础打开模式如下表：

围绕"r"，"w"，"a"有以下扩展：

• "b"：以原模式为基的二进制方式操作文件，如 "rb"(二进制读), "wb(二进制写)", "ab"(二进制追加)
• "+"：使原模式可读写。"r+"(可读写，增加可写), "w+"(可读写，增加可读), "a+"(可读写，增加可读)
• "b+"：使原模式可读写。"rb+"、"wb+"、"ab+"

现代操作系统的保护机制比较完善，有时使用fopen创建文件时并未成功。这可能意味着操作需要管理员权限。对于个人电脑，你的用户角色通常就是系统管理员，因此常常会忽略这种情况，如果碰到不能创建文件时，可以检查是否由此引起。由于fopen()函数在VS2022下属于非安全函数，故而在建立项目时，需要关闭SDL检查。

在文件使用完成后，我们需要使用fclose函数关闭文件；否则可能会造成其它用户不能访问此文件。

int fclose(FILE *fp);

参数fp是已打开的文件指针。正常关闭后返回0，否则返回EOF(-1)。

写文本文件

// 把字符c输出到fp所指的文件中
int fputc(int c, FILE *fp);

// 把字符串str输出到fp所指的文件中
int fputs(const char *str, FILE *fp);

// 文件格式化输出函数，把输出表列中的数据按照指定的格式输出到文件中。
int fprintf(FILE *fp, const char *format, ...);

这些函数执行成功后返回写入的字符数，否则返回EOF(-1)。

#include <stdio.h>

int main()
{
    // 在当前目录下创建文本文件
    FILE *fp = fopen("test.txt", "w");
    if (fp == NULL)
    {
        printf("failed to open the file.\n");
        return 1;
    }

    // 逐字符写文件
    const char *web = "cs.glimix.com";
    for (int i = 0; i < strlen(web); i++)
        fputc(web[i], fp);
    fputc('\n', fp);

    // 使用fputs函数把文本信息写入文件
    fputs("hello, world!\n", fp);

    // 使用fprintf函数将格式化信息写入文件
    int px = 2;
    int py = 5;
    double len = 3.14;
    fprintf(fp, "point(%d,%d), length(%.2f)\n", px, py, len);

    // 使用完成后关闭文件
    fclose(fp);

    printf("write done!");
    return 0;
}

使用这些函数写文件时，数据并不一定会立即写入到文件中。操作系统为这些IO（输入输出）函数提供了一个中间缓冲区，数据会先被缓存于此，当写条件满足时，如缓冲区满、或强制刷新时，会一次性将这些数据写入到文件中。因为磁盘写入读取速度总是比较慢，这样会提高读写效率。你可以在fclose处设置断点，然后打开文件，会发现内容为空，而此时文件的大小是0字节。

读文本文件

文本文件的读取操作可通过下面三个函数实现：

// 从文件中读取一个字符
int fgetc(FILE *fp);

// 从文件中读取一个字符串
char* fgets(char *s, int size, FILE *fp);

// 格式化读取文件中数据
int fscanf(FILE *fp, const char *format, ....);

我们可以通过使用feof()函数是判断否到达文件结尾。

int feof(FILE * fp);

示例程序演示了使用fgetc每次从文件自身读取一个字符，显示到控制台。其中FILE，属于C语言提供的内置宏（先将它想像为内置的计算变量），指示当前源代码的文件名。

#include <stdio.h>

int main()
{
    // 显示当前文件名
    printf("read file: %s\n\n", __FILE__);

    // 打开文件进行读取
    FILE *fp = fopen(__FILE__, "r");
    if (fp == NULL) return -1;

    // 未到达文件结尾时一直读取
    char ch;
    while (!feof(fp))
    {
        // 读取一个字符并显示出来
        ch = fgetc(fp);
        printf("%c", ch);
    }

    fclose(fp);
    return 0;
}

C语言还提供了如下几个类似的宏。

#include <stdio.h>

int main()
{
    printf("date:\t %s\n", __DATE__);
    printf("time:\t %s\n", __TIME__);
    printf("file:\t %s\n", __FILE__);
    printf("line:\t %d\n", __LINE__);
    printf("func:\t %s\n\n\n\n\n", __FUNCTION__);
    return 0;
}

接下来，我们使用fgets函数重写前面的例子。

char* fgets(char *s, int size, FILE *fp);

fget从fp所指向的文件内，读取若干字符（通常是一行），并在其后自动添加字符串结束标志'\0'后，存入s所指的缓冲内存空间中。读取操作在遇到回车换行符 或 已读取 size-1 个字符 或 文件结尾 时为止。因为会自动追加字符串结束标记，所以函数读取的字符串最大长度为 size-1。这也是示例中printf没有换行标记的原因。

#include <stdio.h>

int main()
{
    FILE *fp = fopen(__FILE__, "r");
    if (fp == NULL) return -1;

    char line[256];
    while (!feof(fp))
    {
        fgets(line, 256, fp);
        printf("%s", line);
    }

    fclose(fp);
    return 0;
}

函数 fscanf 可用于读取格式化的文本信息，这与 fprintf 刚好相对。

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

int main()
{
    FILE *fp;
    char buffer[256];

    // 写格式化文件
    fp = fopen("format.txt", "w");
    if (fp != NULL)
    {
        const char *names[3] ={"cs", "glimix", "com"};
        for (int i = 0; i < 3; i++)
            fprintf(fp, "%s\t\t %d \t %d\n", names[i], rand() % 100, rand() % 100);
        fclose(fp);
    }

    // 读格式化文件
    fp = fopen("format.txt", "r");
    if (fp != NULL)
    {
        char str[64];
        int x, y;

        while (!feof(fp))
        {
            fscanf(fp, "%s\t\t %d \t %d\n", str, &x, &y);
            printf("%s %d %d\n", str, x, y);
        }
    }

    return 0;
}

示例程序中我们使用格式字符串：

"%s\t\t %d \t %d\n"

向文本format.txt写入了三组数据，之后在fscanf中以同样的格式字符串从文件读出数据。在使用fscanf读取时，你需要明确的告知它数据与数据之间的分割符是什么，比如(,)、(-)、(空格)等。由制表符'\t'生成的一个或多个空白可以看作是一个空白，因此使用格式字符串

fscanf(fp, "%s %d %d\n", str, &x, &y);

读取也是正确的。假如我们使用这样的写格式，

fprintf(fp, "%s:%d-%d\n", names[i], rand() % 100, rand() % 100);

此时生成的文件内容是：

在读取时，使用同样的格式字符串：

fscanf(fp, "%s:%d-%d\n", str, &x, &y);

或

fscanf(fp, "%s%d-%d\n", str, &x, &y);

都是错误的，虽然我们我们执行了格式化写，但使用fscanf在读取%s对应的字符串时，这些连续的没有空白分隔的字符都被读取字符串中了，后面又根据格式 %d-%d 读取两个整数，显然此时已经没有数据。

显然，保证fscanf正确的工作，原始数据需要有分隔符作出限定。

练习

1 编写程序练习使用文件的"a"模式。

2 通讯录导出的联系人信息通常是CSV格式，尝试分析并读取信息。