C語言之文件操做

前些時候，咱們學習的C語言程序都是由輸入輸出和算法組成的控制檯程序。咱們在終端上來輸入咱們提供的數據，而後程序也會經過終端來告訴咱們最終運行的結果。

可是，可能有的同窗已經觀察到了，咱們平常使用的別人開發的程序，大多數都是經過文件來提供數據的。好比一個Excel的報表，程序能夠直接來分析裏面的數據。再好比，一個TXT格式的電子書，程序能夠直接分析有多少字、多少個章節，甚至還能夠生成出一個目錄來。

擁有這樣能力的程序，是否是感受功能強大了許多？這就要用到咱們今天要講到的內容——「文件操做」。

關於文件

在咱們比較熟悉的Windows系統下，文件類型的區分是用「擴展名」來進行的。但其實擴展名並非指「文件格式」，它只是一個「門牌號」而已。至於它到底對不對，那系統就不知道了。可能有不少的新手，在遇到格式的問題的時候，會認爲直接更改擴展名，就能實現格式轉換。不瞞大家說，我小時候也有過這種想法。可是後來發現，不行。舉個例子，如今有一個 MP3 的文件，要轉成 AAC。這兩個文件從編碼上來說，就是不同的。MP3 只能用 MP3 的方式去讀取，AAC 只能用 AAC 的方式去讀取。若是你把擴展名直接改爲 AAC，那麼系統就被你騙了，就會用 AAC 的方式去讀取實際仍是 MP3 的文件，固然是不行了。

不一樣的擴展名，就對應了不一樣的讀取方式。「EXE」 就表明 Windows 系統下的可執行二進制文件，「TXT」是純文本文件，等等。

在 Linux 和 Unix 操做系統下，文件的定義就寬泛多了。不光軟件，硬件也能夠叫文件。也就是說，硬件實際上也是當作文件的方式來處理的。

在C語言中，文件通常分爲兩種，一種是二進制文件，就是咱們編譯出來的那個東西，咱們是看不懂的；另外一種是文本文件，也就是咱們常說的源代碼。

打開和關閉文件

咱們要對一個文件進行操做，首先咱們須要把文件打開，而後才能讀或者寫。對文件操做完成後，咱們還要將文件關閉。

C語言中的打開文件使用fopen函數，通式以下：

fopen("文件路徑", "模式")

若是打開文件成功，則會返回一個FILE結構的指針，經過這個指針，咱們就能夠對這個文件進行操做；若是打開文件失敗，則會返回NULL。

下面是全部的模式：

模式	功能
"r"	以只讀的形式打開文件，並從頭開始讀取 文件必須存在
"w"	以只寫的形式打開文件，從頭開始寫入 若文件不存在，則建立一個文件 若文件存在，則所有被覆蓋
"a"	以追加的形式打開文件，從文件末尾追加內容 若文件不存在，則建立一個新的文件
"r+"	以讀寫的形式打開文件，從頭開始讀寫 文件必須存在，若本來有內容，則寫入的部分被覆蓋
"w+"	以讀寫的形式打開文件，從頭開始讀寫 若文件不存在，則被建立 若文件存在，則被所有覆蓋
"a+"	以讀取和追加的形式打開文件 若文件不存在，則建立一個新的文件 讀取是從頭開始，追加是從末尾開始
"b"	代表打開的是二進制文件，使用時與上面的任意一個疊加 如："wb", "r+b"

前面幾個都好理解，只是最後一個，爲啥要區分一個二進制出來呢？

不加「b」的狀況下，就是以文本的形式來打開。由於在不一樣的操做系統中，換行符是不一樣的。Unix系統用\n，MacOS用\r，而Windows用的是\r\n，那麼在文本模式下打開，C語言會根據系統環境的不一樣，來轉化換行符。而在二進制的模式下，就不會進行任何的轉換。

當你對文件操做完畢後，必定要記得把文件用fclose()函數來關閉。其實咱們在打開文件後的全部操做，實際上都被記錄到了緩存裏，只有執行了關閉後，咱們的更改纔會生效。若是關閉成功，則函數會返回0；失敗的話，就會返回EOF。關閉成功後，咱們建立的文件指針就會失效。

//Example 01
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(void)
{
    FILE* f;
    int chr;
    if ((f = fopen("file1.txt", "r")) == NULL)
    {
        printf("打開失敗！\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    while ((chr = getc(f)) != EOF)
    {
        putchar(chr);
    }
    
    fclose(f);
    return 0;
}

//file1.txt中的內容
C programming makes me happy!

//Consequence 01
C programming makes me happy!

順序讀寫文件

打開了文件以後，就能夠進行咱們的操做了。

讀寫單個字符

讀取單個字符，咱們能夠用fgetc和getc這兩個來實現。它們的做用，就是讀取一個字符，而後將光標移動到下一個位置。

#include <stdio.h>
...
int fgetc(FILE* stream);
int getc(FILE* stream);

函數的參數，是一個FILE結構體的指針，也就是一個準備讀取的文件流。讀取成功就會將讀取到的unsigned char內容轉化爲int並返回；文件結束或者讀取失敗就返回EOF。

這倆函數不一樣的地方就在於，fgetc是函數實現，而getc是用宏實現。宏會產生大量的代碼量，可是沒有函數調用堆棧的步驟，因此速度會快不少。可是宏的展開可能會屢次調用參數，所以若是參數中含有自增、自減這種反作用的的方法，就只能用函數實現的fgetc了。

寫入單個字符，咱們能夠用fputc和putc，帶有f的，就是函數，另外一個就是宏的實現的了。

#include <stdio.h>
...
int fputc(int c, FILE* stream);
int putc(int c, FILE* stream);

第一個參數是你要寫入的字符，第二個是你要寫入的文件流。

讀寫整個字符串

這裏就要用到fgets和fputs兩個函數了。

#include <stdio.h>
...
char* fgets(char* s, int size, FILE* stream);
int fputs(const chat* s, FILE* stream);

其中，fgets有三個參數，第一個是一個字符型指針，用來存放讀取的數據；第二個用來指定讀取的長度（包含'\0'）；第三個是用於指定讀取的文件流。

函數調用成功後，會返回第一個參數所指向的地址。若是讀取到EOF則eof指示器被設置。若一開始就讀取到EOF，第一個參數的內容不變，返回NULL。若讀取發生錯誤，則error指示器被設置，函數返回NULL，第一個參數內容可能會被改變。

fputs第一個參數用於存放待寫入的數據，第二個是指定待寫入的文件流。函數調用成功，返回一個非 0 值，失敗則返回EOF。

格式化讀寫文件

在文件裏，咱們就不能用咱們熟悉的scanf和printf了。可是C語言也提供一組相似的函數：fscanf和fprintf。

用法上，第一個參數用於指定文件流，後面的就是照搬的scanf和printf中的參數。

//Example 02
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>

int main(void)
{
    FILE* fp;
    struct  tm* p;
    time_t t;
    
    time(&t);
    p = localtime(&t);

    //寫入日期到文件
    if ((fp = fopen("date.txt", "w")) == NULL)
    {
        printf("打開文件失敗！\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    fprintf(fp, "%d-%d-%d", 1900 + p -> tm_year, 1 + p -> tm_mon, p -> tm_mday);
    fclose(fp);

    //讀取文件日期，輸出到終端
    int year, month, day;

    if ((fp = fopen("date.txt", "r")) == NULL)
    {
        printf("打開文件失敗！\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    fscanf(fp, "%d-%d-%d", &year, &month, &day);
    printf("%d-%d-%d\n", year, month, day);

    fclose(fp);
    return 0;
}

//date.txt中的內容
2020-6-15

//Consequence 02
2020-6-15

二進制讀寫

咱們用fopen函數能夠用二進制的方式來打開一個文件，但實際上咱們要用二進制的方式來讀寫，還得用相應的函數才行。

C語言提供了fread和fwrite兩個函數來實現二進制的讀取和寫入。

#include <stdio.h>
...
size_t fread(void* ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE* stream);
size_t fwrite(const void* ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE* stream);

首先來看fread。這個函數有四個參數。第一個指向存放數據的地址，第二個指定讀取的每一個元素的尺寸，第三個指定準備讀取的元素個數，最後一個指向待讀取的文件流。

函數調用成功，會返回讀取到的元素個數，若是實際讀取的比第三個參數小，那麼可能會一直讀取到文件末尾或者發生錯誤，這種狀況就要經過foef和ferror來進一步判斷。

而後是fwrite，也是有四個參數。第一個是指向存放數據的地址，第二個是指定待寫入的每一個元素的尺寸，第三個是指定待寫入的元素的個數，最後一個是指向待寫入的文件流。

隨機讀寫文件

剛剛咱們介紹的，都是從文件頭開始讀寫。可是咱們實際生產生活中，不少時候咱們是須要任意修改的。好比改一個文檔，頗有多是中間的什麼地方錯了，或者是表達有不妥。那麼這個時候若是你還要從頭開始去檢索，那樣效率就過低了。

因而，C語言也爲咱們提供了這個功能，就是隨機讀寫。

首先，咱們要了解光標的位置，纔可以更好地運用這個功能。C語言爲咱們提供了ftell函數，它能夠告訴咱們如今的光標位置。

#include <stdio.h>
...
long ftell(FILE* stream);

若是將一個文件當作一個數組，那麼這個函數返回的就是這個數組的下標。

//Example 01
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(void)
{
    FILE* fp;

    if ((fp = fopen("data.txt", "w")) == NULL)
    {
        printf("文件打開失敗！\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    printf("%ld\n", ftell(fp));
    fputc('T', fp);
    printf("%ld\n", ftell(fp));
    fputs("echZone\n", fp);
    printf("%ld\n", ftell(fp));

    fclose(fp);
    
    return 0;
}

//data.txt中的內容
TechZone

//Consequence 01
0
1
10

若是你想將光標快速移動到文件頭，能夠用rewind函數來實現。

...
rewind(fp);
fputs("Hello", fp);

fclose(fp);
...

//data.txt中的內容
Helloone

能夠看到，它會覆蓋咱們前面的數據。

有的同窗可能會說了，你這不仍是沒解決問題嗎？

好的，那就來解決下問題吧。C語言給咱們提供了一個函數fseek，這個函數能夠直接把光標跳轉到咱們想要的位置。

#include <stdio.h>
...
int fseek(FILE* stream, long int offset, int whence);

第一個參數是指的咱們要讀取的文件流，第二個是偏移量（日後走是正數，往前走是負數），第三個是指的開始偏移的位置。

值	描述
SEEK_SET	文件開頭
SEEK_CUR	當前位置
SEEK_END	文件末尾

若是我要定位到第一百個字符的位置，那麼：

fseek(fp, 100, SEEK_SET)

倒數第 10 個就要這樣：

fseek(fp, -10, SEEK_END)

標準流

標準輸入，標準輸出和標準錯誤輸出

通常C語言程序在執行的時候，都會有 3 個面向終端的文件流，分別是「標準輸入」，「標準輸出」和「標準錯誤輸出」。咱們以前用printf的時候，其實就是在往標準輸出流中寫入字符串；用scanf的時候，其實就是函數在從標準輸入流中讀取字符串。固然，咱們寫的程序也不可能一直都是正確的，警告和報錯的狀況時有發生，這個時候其實就是對標準錯誤輸出中寫入數據。

這三個流，咱們就將它們稱爲：「標準流」

C語言分別爲這三個標準流提供了對應的文件指針：stdin，stdout，stderr

好比打開文件失敗的時候，就能夠這樣顯示：

...
    fputs("打開文件失敗！\n", stderr);
 exit(EXIT_FAILURE);
...

這樣就不用printf這種「不專業」的錯誤指示方法了。

打開文件失敗！

錯誤處理

每一個流的內部都有兩個指示器。一個是「文件結束指示器feof」，當遇到文件末尾時被設置；另外一個是「錯誤指示器ferror」，當讀寫文件出錯時被設置。

...
if (ferror(fp))
{
    fputs("出錯了！\n", stderr);
}
...

而使用clearerr能夠人爲地清除兩個指示器的狀態：

...
    clearerr(fp);
...

錯誤指示器只能判斷是否出了錯誤，但具體是什麼錯誤，那就要看errno和perror了。

首先看errno。這個函數包含在errno.h這個頭文件中。它會返回一個錯誤碼。

#include <errno.h>
...
printf("打開文件失敗：%d\n", errno);
...

舉個例子：

打開文件失敗：2

可是這個錯誤代碼不是全部人都知道它的含義。因此C語言又提供了一個函數perror，它能夠直接用文字來提示咱們錯誤的地方。

#include <stdio.h>
...
perror("打開文件失敗，緣由是");
...

結果是這樣的：

打開文件失敗，緣由是：No such file or directory

中間的冒號是自動加上的。

C語言基礎內容大致到這裏就結束了。咱們也終於算是入門了C語言。或許之後在你的開發生涯中，用的最多的不是C語言，但這門語言對你帶來的提高，那是不可忽視的。C語言的文章自此就告一段落，之後還會寫一些進階的內容，但不會連續發佈了。若是你有什麼好的題材或者是問題，均可以私信提供給我，我會考慮把它們寫進文章的。最後，祝各位學有所成！

來自公衆號：TechZone