C语言：文件输入输出

2023-07-08 15:29| 来源: 网络整理| 查看: 265

文件输入、输出

函数：fopen()、getc()、putc()、exit()、fclose() fprintf()、fscanf()、fgets()、fputs() rewind()、fseek()、ftell()、fflush() fgetpos()、fsetpos()、feof()、ferror() ungetc()、setvbuf()、fread()、fwrite() 如何使用C标准I/O系列的函数处理文件文件模式和二进制模式、文本和二进制格式、缓冲和无缓冲I/O 使用既可以顺序访问文件也可以随机访问文件的函数

与文件进行通信

C提供了更强大的文件通信方法，可以在程序中打开文件，然后使用特殊的I/O函数读取文件中的信息或把信息写入文件

文件是什么

文件（file）通常是在磁盘或固态硬盘上的一段已命名的存储区。

文本模式和二进制模式

为了规范文本文件的处理，C 提供两种访问文件的途径：二进制模式和文本模式。在二进制模式中，程序可以访问文件的每个字节。而在文本模式中，程序所见的内容和文件的实际内容不同。程序以文本模式读取文件时，把本地环境表示的行末尾或文件结尾映射为C模式。例如，C程序在旧式 Macintosh中以文本模式读取文件时，把文件中的\r转换成\n；以文本模式写入文件时，把\n转换成\r。或者，C文本模式程序在MS-DOS平台读取文件时，把\r\n转换成\n；写入文件时，把\n转换成\r\n。在其他环境中编写的文本模式程序也会做类似的转换。

除了以文本模式读写文本文件，还能以二进制模式读写文本文件。如果读写一个旧式MS-DOS文本文件，程序会看到文件中的\r 和\n 字符，不会发生映射

I/O的级别

底层I/O（low-level I/O）使用操作系统提供的基本I/O服务。标准高级I/O（standard high-level I/O）使用C库的标准包和 stdio.h头文件定义。因为无法保证所有的操作系统都使用相同的底层I/O模型，C标准只支持标准I/O包。有些实现会提供底层库，但是C标准建立了可移植的I/O模型，我们主要讨论这些I/O。

标准文件

C程序会自动打开3个文件，它们被称为标准输入（standard input）、标准输出（standard output）和标准错误输出（standard error output）。在默认情况下，标准输入是系统的普通输入设备，通常为键盘；标准输出和标准错误输出是系统的普通输出设备，通常为显示屏

通常，标准输入为程序提供输入，它是 getchar()和 scanf()使用的文件。程序通常输出到标准输出，它是putchar()、puts()和printf()使用的文件。

标准错误输出提供了一个逻辑上不同的地方来发送错误消息。例如，如果使用重定向把输出发送给文件而不是屏幕，那么发送至标准错误输出的内容仍然会被发送到屏幕上。

标准I/O

与底层io相比：

第一，标准 I/O有许多专门的函数简化了处理不同I/O的问题。例如，printf()把不同形式的数据转换成与终端相适应的字符串输出。第二，输入和输出都是缓冲的。也就是说，一次转移一大块信息而不是一字节信息（通常至少512字节）。例如，当程序读取文件时，一块数据被拷贝到缓冲区（一块中介存储区域）。这种缓冲极大地提高了数据传输速率。程序可以检查缓冲区中的字节。缓冲在后台处理，所以让人有逐字符访问的错觉（如果使用底层I/O，要自己完成大部分工作）

实例程序：

#include #include 　　// 提供 exit()的原型 int main(int argc, char *argv []) { int ch;　　　　　　// 读取文件时，储存每个字符的地方 FILE *fp;　　 // “文件指针” unsigned long count = 0; if (argc != 2) { printf("Usage: %s filename\n", argv[0]); exit(EXIT_FAILURE); } if ((fp = fopen(argv[1], "r")) == NULL) { printf("Can't open %s\n", argv[1]); exit(EXIT_FAILURE); } while ((ch = getc(fp)) != EOF) { putc(ch, stdout);　// 与 putchar(ch); 相同 count++; } fclose(fp); printf("File %s has %lu characters\n", argv[1], count); return 0; }

检查命令行参数

首先，程序查看是否有命令行参数。如果没有，程序将打印一条消息并退出程序。字符串 argv[0]是该程序的名称。显式使用 argv[0]而不是程序名，错误消息的描述会随可执行文件名的改变而自动改变

xit()函数关闭所有打开的文件并结束程序。exit()的参数被传递给一些操作系统，包括 UNIX、Linux、Windows和MS-DOS，以供其他程序使用。通常的惯例是：正常结束的程序传递0，异常结束的程序传递非零值。不同的退出值可用于区分程序失败的不同原因，这也是UNIX和DOS编程的通常做法。但是，并不是所有的操作系统都能识别相同范围内的返回值。因此， C 标准规定了一个最小的限制范围。尤其是，标准要求0或宏 EXIT_SUCCESS用于表明成功结束程序，宏EXIT_FAILURE用于表明结束程序失败。这些宏和exit()原型都位于stdlib.h头文件中。根据ANSI C的规定，在最初调用的main()中使用return与调用exit()的效果相同。因此，在main()，下面的语句： return 0; 和下面这条语句的作用相同： exit(0); 但是要注意，我们说的是“最初的调用”。如果main()在一个递归程序中，exit()仍然会终止程序，但是return只会把控制权交给上一级递归，直至最初的一级。然后return结束程序。return和exit()的另一个区别是，即使在其他函数中（除main()以外）调用exit()也能结束整个程序。

fopen

该函数声明在stdio.h中。它的第1个参数是待打开文件的名称，更确切地说是一个包含该文件名的字符串地址。第 2 个参数是一个字符串，指定待打开文件的模式。

像UNIX和Linux这样只有一种文件类型的系统，带b字母的模式和不带b 字母的模式相同。

新的C11新增了带x字母的写模式，与以前的写模式相比具有更多特性。第一，如果以传统的一种写模式打开一个现有文件，fopen()会把该文件的长度截为 0，这样就丢失了该文件的内容。但是使用带 x字母的写模式，即使fopen()操作失败，原文件的内容也不会被删除。第二，如果环境允许， x模式的独占特性使得其他程序或线程无法访问正在被打开的文件。

警告

如果使用任何一种"w"模式（不带x字母）打开一个现有文件，该文件的内容会被删除，以便程序在一个空白文件中开始操作。然而，如果使用带x 字母的任何一种模式，将无法打开一个现有文件。

程序成功打开文件后，fopen()将返回文件指针（file pointer），其他I/O函数可以使用这个指针指定该文件。文件指针（该例中是fp）的类型是指向 FILE的指针，FILE是一个定义在stdio.h中的派生类型。文件指针fp并不指向实际的文件，它指向一个包含文件信息的数据对象，其中包含操作文件的 I/O函数所用的缓冲区信息。因为标准库中的I/O函数使用缓冲区，所以它们不仅要知道缓冲区的位置，还要知道缓冲区被填充的程度以及操作哪一个文件。标准I/O函数根据这些信息在必要时决定再次填充或清空缓冲区。fp指向的数据对象包含了这些信息

getc和putc

getc()和putc()函数与getchar()和putchar()函数类似。所不同的是，要告诉 getc()和putc()函数使用哪一个文件。下面这条语句的意思是“从标准输入中获取一个字符”： ch = getchar();

然而，下面这条语句的意思是“从fp指定的文件中获取一个字符”： ch = getc(fp);

与此类似，下面语句的意思是“把字符ch放入FILE指针fpout指定的文件中”：

putc(ch, fpout);

在putc()函数的参数列表中，第1个参数是待写入的字符，第2个参数是文件指针。

文件结尾

如果 getc()函数在读取一个字符时发现是文件结尾，它将返回一个特殊值EOF。所以C程序只有在读到超过文件末尾时才会发现文件的结尾（一些其他语言用一个特殊的函数在读取之前测试文件结尾，C语言不同）。

int ch; FILE * fp; fp = fopen("wacky.txt", "r"); while (( ch = getc(fp)) != EOF) { putchar(ch);　//处理输入 }

fclose

fclose(fp)函数关闭fp指定的文件，必要时刷新缓冲区。对于较正式的程序，应该检查是否成功关闭文件。如果成功关闭，fclose()函数返回0，否则返回EOF：

if (fclose(fp) != 0) printf("Error in closing file %s\n", argv[1]);

如果磁盘已满、移动硬盘被移除或出现I/O错误，都会导致调用fclose() 函数失败。

一个简单的文件压缩程序

下面的程序示例把一个文件中选定的数据拷贝到另一个文件中。该程序同时打开了两个文件，以"r"模式打开一个，以"w"模式打开另一个。该程序以保留每3个字符中的第1个字符的方式压缩第1个文件的内容。最后，把压缩后的文本存入第2个文件。第2个文件的名称是第1个文件名加上.red后缀（此处的red代表reduced）。使用命令行参数，同时打开多个文件，以及在原文件名后面加上后缀，都是相当有用的技巧。这种压缩方式有限，但是也有它的用途（很容易把该程序改成用标准 I/O 而不是命令行参数提供文件名）。

#include #include 　　// 提供 exit()的原型 #include 　　// 提供 strcpy()、strcat()的原型 #define LEN 40 int main(int argc, char *argv []) { FILE *in, *out;　 // 声明两个指向 FILE 的指针 int ch; char name[LEN];　 // 储存输出文件名 int count = 0; // 检查命令行参数 if (argc < 2) { fprintf(stderr, "Usage: %s filename\n", argv[0]); exit(EXIT_FAILURE); } // 设置输入 if ((in = fopen(argv[1], "r")) == NULL) { fprintf(stderr, "I couldn't open the file \"%s\"\n", argv[1]); exit(EXIT_FAILURE); } // 设置输出 strncpy(name, argv[1], LEN - 5);　　// 拷贝文件名 name[LEN - 5] = '\0'; strcat(name, ".red");　　　　　　　 // 在文件名后添加.red if ((out = fopen(name, "w")) == NULL) {　　　　　　　　　　// 以写模式打开文件 fprintf(stderr, "Can't create output file.\n"); exit(3); } // 拷贝数据 while ((ch = getc(in)) != EOF) if (count++ % 3 == 0) putc(ch, out);// 打印3个字符中的第1个字符 // 收尾工作 if (fclose(in) != 0 || fclose(out) != 0) fprintf(stderr, "Error in closing files\n"); return 0; } 文件I/O：fprint、fscanf、fgets、fputs

文件I/O函数要用FILE指针指定待处理的文件。与 getc()、putc()类似，这些函数都要求用指向 FILE 的指针（如，stdout）指定一个文件，或者使用fopen() 的返回值。

fprint和fscanf

文件I/O函数fprintf()和fscanf()函数的工作方式与printf()和scanf()类似，区别在于前者需要用第1个参数指定待处理的文件。

#include #include #include #define MAX 41 int main(void) { FILE *fp; char words[MAX]; if ((fp = fopen("wordy", "a+")) == NULL) { fprintf(stdout, "Can't open \"wordy\" file.\n"); exit(EXIT_FAILURE); } puts("Enter words to add to the file; press the #"); puts("key at the beginning of a line to terminate."); while ((fscanf(stdin, "%40s", words) == 1) && (words[0] != '#')) fprintf(fp, "%s\n", words); puts("File contents:"); rewind(fp);　　　 /* 返回到文件开始处 */ while (fscanf(fp, "%s", words) == 1) puts(words); puts("Done!"); if (fclose(fp) != 0) fprintf(stderr, "Error closing file\n"); return 0; }

该程序可以在文件中添加单词。使用"a+"模式，程序可以对文件进行读写操作。首次使用该程序，它将创建wordy文件，以便把单词存入其中。随后再使用该程序，可以在wordy文件后面添加单词。虽然"a+"模式只允许在文件末尾添加内容，但是该模式下可以读整个文件。rewind()函数让程序回到文件开始处，方便while循环打印整个文件的内容。注意，rewind()接受一个文件指针作为参数。

fprintf()和 fscanf()的工作方式与 printf()和 scanf()类似。但是，与 putc()不同的是，fprintf()和fscanf()函数都把FILE指针作为第1个参数，而不是最后一个参数。

fgets与fputs

fgets()的第1个参数和gets()函数一样，也是表示储存输入位置的地址（char * 类型）；第2个参数是一个整数，表示待输入字符串的大小；最后一个参数是文件指针，指定待读取的文件。

fgets(buf, STLEN, fp);

这里，buf是char类型数组的名称，STLEN是字符串的大小，fp是指向 FILE的指针。

fgets()函数读取输入直到第 1 个换行符的后面，或读到文件结尾，或者读取STLEN-1 个字符（以上面的 fgets()为例）。然后，fgets()在末尾添加一个空字符使之成为一个字符串。字符串的大小是其字符数加上一个空字符。如果fgets()在读到字符上限之前已读完一整行，它会把表示行结尾的换行符放在空字符前面。fgets()函数在遇到EOF时将返回NULL值，可以利用这一机制检查是否到达文件结尾；如果未遇到EOF则之前返回传给它的地址。

fputs()函数接受两个参数：第1个是字符串的地址；第2个是文件指针。该函数根据传入地址找到的字符串写入指定的文件中。和 puts()函数不同， fputs()在打印字符串时不会在其末尾添加换行符。

随机访问：fseek和ftell

有了 fseek()函数，便可把文件看作是数组，在 fopen()打开的文件中直接移动到任意字节处。

fseek()有3个参数，返回int类型的值；ftell()函数返回一个long类型的值，表示文件中的当前位置。

/* reverse.c -- 倒序显示文件的内容 */ #include #include #define CNTL_Z '\032'　　 /* DOS文本文件中的文件结尾标记 */ #define SLEN 81 int main(void) { char file[SLEN]; char ch; FILE *fp; long count, last; puts("Enter the name of the file to be processed:"); scanf("%80s", file); if ((fp = fopen(file, "rb")) == NULL) {　　　　　　　　　　　　　　　　　 /* 只读模式　 */ printf("reverse can't open %s\n", file); exit(EXIT_FAILURE); } fseek(fp, 0L, SEEK_END);　　　　　　　/* 定位到文件末尾 */ last = ftell(fp); for (count = 1L; count 0) fwrite(temp, sizeof(char), bytes, dest); } char * s_gets(char * st, int n) { char * ret_val; char * find; ret_val = fgets(st, n, stdin); if (ret_val) { find = strchr(st, '\n');　 // 查找换行符 if (find)　　　　　　　　　 // 如果地址不是NULL， *find = '\0';　　　　 // 在此处放置一个空字符 else while (getchar() != '\n') continue; } return ret_val; }

使用二进制I/O进行随机访问

/* randbin.c -- 用二进制I/O进行随机访问 */ #include #include #define ARSIZE 1000 int main() { double numbers[ARSIZE]; double value; const char * file = "numbers.dat"; int i; long pos; FILE *iofile; // 创建一组 double类型的值 for (i = 0; i < ARSIZE; i++) numbers[i] = 100.0 * i + 1.0 / (i + 1); // 尝试打开文件 if ((iofile = fopen(file, "wb")) == NULL) { fprintf(stderr, "Could not open %s for output.\n", file); exit(EXIT_FAILURE); } // 以二进制格式把数组写入文件 fwrite(numbers, sizeof(double), ARSIZE, iofile); fclose(iofile); if ((iofile = fopen(file, "rb")) == NULL) { fprintf(stderr, "Could not open %s for random access.\n", file); exit(EXIT_FAILURE); } // 从文件中读取选定的内容 printf("Enter an index in the range 0-%d.\n", ARSIZE - 1); while (scanf("%d", &i) == 1 && i >= 0 && i < ARSIZE) { pos = (long) i * sizeof(double);　　// 计算偏移量 fseek(iofile, pos, SEEK_SET);　　　 // 定位到此处 fread(&value, sizeof(double), 1, iofile); printf("The value there is %f.\n", value); printf("Next index (out of range to quit):\n"); } // 完成 fclose(iofile); puts("Bye!"); return 0; }

首先，该程序创建了一个数组，并在该数组中存放了一些值。然后，程序以二进制模式创建了一个名为numbers.dat的文件，并使用fwrite()把数组中的内容拷贝到文件中。内存中数组的所有double类型值的位组合（每个位组合都是64位）都被拷贝至文件中。不能用文本编辑器读取最后的二进制文件，因为无法把文件中的值转换成字符串。然而，储存在文件中的每个值都与储存在内存中的值完全相同，没有损失任何精确度。此外，每个值在文件中也同样占用64位存储空间，所以可以很容易地计算出每个值的位置。程序的第 2 部分用于打开待读取的文件，提示用户输入一个值的索引。程序通过把索引值和 double类型值占用的字节相乘，即可得出文件中的一个位置。然后，程序调用fseek()定位到该位置，用fread()读取该位置上的数据值。注意，这里并未使用转换说明。fread()从已定位的位置开始，拷贝8字节到内存中地址为&value的位置。然后，使用printf()显示value。

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C语言：文件输入输出

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