C語言探索之旅 | 第二部分第七課：文件讀寫

做者 謝恩銘，公衆號「程序員聯盟」（微信號：coderhub）。 轉載請註明出處。 原文：www.jianshu.com/p/4adb95073…

《C語言探索之旅》全系列

內容簡介

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1. 前言
2. 文件的打開和關閉
3. 讀寫文件的不一樣方法
4. 在文件中移動
5. 文件的重命名和刪除
6. 第二部分第八課預告

1. 前言

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上一課 C語言探索之旅 | 第二部分第六課：建立你本身的變量類型 以後，咱們來學習很經常使用的文件讀寫。

咱們學過了這麼多變量的知識，已經知道變量實在是很強大的，能夠幫助咱們實現不少事情。

變量當然強大，仍是有缺陷的，最大的缺陷就是：不能永久保存。

由於 C語言的變量儲存在內存中，在你的程序退出時就被清除了，下次程序啓動時就不能找回那個值了。

「驀然回首，那人不在燈火闌珊處...」

「今天的你我， 怎樣重複昨天的故事？ 這一張舊船票， 還可否登上你的破船？」

不可以啊，「濤聲不能依舊」啊...

若是這樣的話，咱們如何在 C語言編寫的遊戲中保存遊戲的最高分呢？怎麼用 C語言寫一個退出時依然保存文本的文本編輯器呢？

幸虧，在 C語言中咱們能夠讀寫文件。這些文件會儲存在咱們電腦的硬盤上，就不會在程序退出或電腦關閉時被清除了。

爲了實現文件讀寫，咱們就要用到迄今爲止咱們所學過的知識：

指針，結構體，字符串，等等。

也算是複習吧。

2. 文件的打開和關閉

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爲了讀寫文件，咱們須要用到定義在 stdio.h 這個標準庫頭文件中的一些函數，結構，等。

是的，就是咱們所熟知的 stdio.h，咱們的「老朋友」 printf 和 scanf 函數也是定義在這個頭文件裏。

下面按順序列出咱們打開一個文件，進行讀或寫操做所必須遵循的一個流程：

1. 調用「文件打開」函數 fopen（f 是 file（表示「文件」）的首字母；open 表示「打開」），返回一個指向該文件的指針。

2. 檢測文件打開是否成功，經過第 1 步中 fopen 的返回值（文件指針）來判斷。若是指針爲 NULL，則表示打開失敗，咱們須要中止操做，而且返回一個錯誤。

3. 若是文件打開成功（指針不爲 NULL），那麼咱們就能夠接着用 stdio.h 中的函數來讀寫文件了。

4. 一旦咱們完成了讀寫操做，咱們就要關閉文件，用 fclose（close 表示「關閉」）函數。

首先咱們來學習如何使用 fopen 和 fclose 函數，以後咱們再學習如何讀寫文件。

fopen：打開文件

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函數 fopen 的原型是這樣的：

FILE* fopen(const char* fileName, const char* openMode);
複製代碼

不難看出，這個函數接收兩個參數：

• fileName：文件名（name 表示「名字」）。是一個字符串類型，並且是 const，意味着不能改變其值。

• openMode：打開方式（open 表示「打開」，mode 表示「方式」）。代表咱們打開文件以後要幹什麼的一個指標。只讀、只寫、讀寫，等等。

這個函數的返回值，是 FILE *，也就是一個 FILE（file 表示「文件」）指針。

FILE 定義在 stdio.h 中。有興趣的讀者能夠本身去找一下 FILE 的定義。

咱們給出 FILE 的通常定義：

typedef struct {
    char *fpos; /* Current position of file pointer (absolute address) */
    void *base; /* Pointer to the base of the file */
    unsigned short handle; /* File handle */
    short flags; /* Flags (see FileFlags) */
    short unget; /* 1-byte buffer for ungetc (b15=1 if non-empty) */
    unsigned long alloc; /* Number of currently allocated bytes for the file */
    unsigned short buffincrement; /* Number of bytes allocated at once */
} FILE;
複製代碼

能夠看到 FILE 是一個結構體（struct），裏面有 7 個變量。固然咱們沒必要深究 FILE 的定義，只要會使用 FILE 就行了，並且不一樣操做系統對於 FILE 的定義不盡相同。

細心的讀者也許會問：「以前不是說結構體的名稱最好是首字母大寫麼，爲何 FILE 這個結構體每個字母都是大寫呢？怎麼和常量的命名方式同樣呢？」

好問題。其實咱們以前建議的命名方式（對於結構體，首字母大寫，例如：StructName）只是一個「規範」（雖然大多數程序員都喜歡遵循），並非一個強制要求。

這隻能說明編寫 stdio.h 的前輩並不必定遵循這個「規範」而已。固然，這對咱們並沒什麼影響。

如下列出幾種可供使用的 openMode ：

• r ：只讀。r 是 read（表示「讀」）的首字母。這個模式下，咱們只能讀文件，而不能對文件寫入。文件必須已經存在。

• w ：只寫。w 是 write（表示「寫」）的首字母。這個模式下，只能寫入，不能讀出文件的內容。若是文件不存在，將會被建立。

• a ：追加。a 是 append（表示「追加」）的首字母。這個模式下，從文件的末尾開始寫入。若是文件不存在，將會被建立。

• r+ ：讀和寫。這個模式下，能夠讀和寫文件，但文件也必須已經存在。

• w+ ：讀和寫。預先會刪除文件內容。這個模式下，若是文件存在且內容不爲空，則內容首先會被清空。若是文件不存在，將會被建立。

• a+ ：讀寫追加。這個模式下，讀寫文件都是從文件末尾開始。若是文件不存在，將會被建立。

上面所列的模式，其實還能夠組合上 b 這個模式。b 是 binary 的縮寫，表示「二進制」。 對於上面的每個模式，若是你添加 b 後，會變成 rb，wb，ab，rb+，wb+，ab+ ），該文件就會以二進制模式打開。不過二進制的模式通常不是那麼經常使用。

通常來講，r，w 和 r+ 用得比較多。w+ 模式要慎用，由於它會首先清空文件內容。當你須要往文件中添加內容時，a 模式會頗有用。

下面的例子程序就以 r+（讀寫）的模式打開文件：

#include <stdio.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    FILE* file = NULL;

    file = fopen("test.txt", "r+");

    return 0;
}
複製代碼

因而，file 成爲了指向 test.txt 文件的一個指針。

你會問：「咱們的 test.txt 文件位於哪裏呢？」

text.txt 文件和可執行文件位於同一目錄下。

「文件必定要是 .txt 結尾的嗎？」

不是，徹底由你決定文件的後綴名。你大能夠建立一個文件叫作 xxx.level，用於記錄遊戲的關卡信息。

「文件必定要和可執行文件在同一個文件夾下麼？」

也不是。理論上能夠位於當前系統的任意文件夾裏，只要在 fopen 函數的文件名參數裏指定文件的路徑就行了，例如：

file = fopen("folder/test.txt", "w");
複製代碼

這樣，文件 test.txt 就是位於當前目錄的文件夾 folder 裏。這裏的 folder/test.txt 稱爲「相對路徑」。

咱們也能夠這樣：

file = fopen("/home/user/folder/test.txt", "w");
複製代碼

這裏的 /home/user/folder/test.txt 是「絕對路徑」。

測試打開文件

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在調用 fopen 函數嘗試打開文件後，咱們須要檢測 fopen 的返回值，以判斷打開是否成功。

檢測方法也很簡單：若是 fopen 的返回值爲 NULL，那麼打開失敗；若是不爲 NULL，那麼表示打開成功。示例以下：

#include <stdio.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    FILE* file = NULL;

    file = fopen("test.txt", "r+");

    if (file != NULL)
    {
        // 讀寫文件
    }
    else
    {
        // 顯示一個錯誤提示信息
        printf("沒法打開 test.txt 文件\n");
    }

    return 0;
}
複製代碼

記得每次使用 fopen 函數時都要對返回值做判斷，由於若是文件不存在或者正被其餘程序佔用，那可能會使當前程序運行失敗。

fclose：關閉文件

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close 表示「關閉」。

若是咱們成功地打開了一個文件，那麼咱們就能夠對文件進行讀寫了（讀寫的操做咱們下一節再詳述）。

若是咱們對文件的操做已經結束，那麼咱們應該關閉這個文件，這樣作是爲了釋放佔用的文件指針。

咱們須要調用 fclose 函數來實現文件的關閉，這個函數能夠釋放內存，也就是從內存中刪除你的文件（指針）。

函數原型：

int fclose(FILE* pointerOnFile);
複製代碼

這個函數只有一個參數：指向文件的指針。

函數的返回值（int）有兩種狀況：

• 0 ：當關閉操做成功時。
• EOF（是 End Of File 的縮寫，表示「文件結束」。通常等於 -1）：若是關閉失敗。

示例以下：

#include <stdio.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    FILE* file = NULL;

    file = fopen("test.txt", "r+");

    if (file != NULL)
    {
        // 讀寫文件

        // ...

        fclose(file);  // 關閉咱們以前打開的文件
    }

    return 0;
}
複製代碼

3. 讀寫文件的不一樣方法

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如今，咱們既然已經知道怎麼打開和關閉文件了，接下來咱們就學習如何對文件進行讀出和寫入吧。

咱們首先學習如何寫入文件（相比讀出要簡單一些），以後咱們再看如何從文件讀出。

對文件寫入

用於寫入文件的函數有好幾個，咱們能夠根據狀況選擇最適合的函數來使用。

咱們來學習三個用於文件寫入的函數：

• fputc：在文件中寫入一個字符（一次只寫一個）。是 file put character 的縮寫。put 表示「放入」，character 表示「字符」。

• fputs：在文件中寫入一個字符串。是 file put string 的縮寫。string 表示「字符串」。

• fprintf：在文件中寫入一個格式化過的字符串，用法與 printf 是幾乎相同的，只是多了一個文件指針。

fputc

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此函數用於在文件中一次寫入一個字符。

函數原型：

int fputc(int character, FILE* pointerOnFile);
複製代碼

這個函數包含兩個參數：

• character：int 型變量，表示要寫入的字符。咱們也能夠直接寫 'A' 這樣的形式，以前 ASCII 那節的知識點沒有忘吧。

• pointerOnFile：指向文件的指針。

函數返回 int 值。若是寫入失敗，則爲 EOF；不然，會是另外一個值。

示例：

#include <stdio.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    FILE* file = NULL;

    file = fopen("test.txt", "w");

    if (file != NULL)
    {
        fputc('A', file);  // 寫入字符 A
        fclose(file);
    }

    return 0;
}
複製代碼

上面的程序用於向 test.txt 文件寫入字符 'A'。

fputs

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這個函數和 fputc 相似，區別是 fputc 每次是寫入一個字符，而 fputs 每次寫入一個字符串。

函數原型：

int fputs(const char* string, FILE* pointerOnFile);
複製代碼

相似地，這個函數也接受兩個參數：

• string：要寫入的字符串。

• pointerOnFile：指向文件的指針。

若是出錯，函數返回 EOF；不然，返回不一樣於 EOF 的值。

示例：

#include <stdio.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    FILE* file = NULL;

    file = fopen("test.txt", "w");

    if (file != NULL)
    {
        fputs("你好，朋友。\n最近怎麼樣？", file);
        fclose(file);
    }

    return 0;
}
複製代碼

fprintf

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這個函數頗有用，由於它不只能夠向文件寫入字符串，並且這個字符串是能夠由咱們來格式化的。用法其實和 printf 函數相似，就是多了一個文件指針。

函數原型：

int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...)
複製代碼

示例：

#include <stdio.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    FILE* file = NULL;
    int age = 0;

    file = fopen("test.txt", "w");

    if (file != NULL)
    {
        // 詢問用戶的年齡
        printf("您幾歲了 ? ");
        scanf("%d", &age);

        // 寫入文件
        fprintf(file, "使用者年齡是 %d 歲\n", age);
        fclose(file);
    }

    return 0;
}
複製代碼

從文件中讀出

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咱們能夠用與寫入文件時相似名字的函數，只是略微修改了一些，也有三個：

• fgetc：讀出一個字符。是file get character 的縮寫。get 表示「獲取，取得」。

• fgets：讀出一個字符串。是 file get string 的縮寫。

• fscanf：與 scanf 的用法相似，只是多了一個文件指針。scanf 是從用戶輸入讀取，而 fscanf 是從文件讀取。

此次介紹這三個函數咱們會簡略一些，由於若是你們掌握好了前面那三個寫入的函數，那這三個讀出的函數是相似的。只是操做相反了。

fgetc

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首先給出函數原型：

int fgetc(FILE* pointerOnFile);
複製代碼

函數返回值是讀到的字符。若是不能讀到字符，那會返回 EOF。

可是如何知道咱們從文件的哪一個位置讀取呢？是第三個字符處，仍是第十個字符處呢？

其實，在咱們讀取文件時，有一個「遊標」（cursor），會跟隨移動。

這固然是虛擬的遊標，你不會在屏幕上看到它。你能夠想象這個遊標和你用記事本編輯文件時的閃動的光標相似。這個遊標指示你當前在文件中的位置。

以後的小節，咱們會學習如何移動這個遊標，使其位於文件中特定的位置。能夠是開頭，也能夠是第 7 個字符處。

fgetc 函數每讀入一個字符，這個遊標就移動一個字符長度。咱們就能夠用一個循環來讀出文件全部的字符。例如：

#include <stdio.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    FILE* file = NULL;
    int currentCharacter = 0;

    file = fopen("test.txt", "r");

    if (file != NULL)
    {
        // 循環讀取，每次一個字符
        do
        {
            currentCharacter = fgetc(file);  // 讀取一個字符
            printf("%c", currentCharacter);  // 顯示讀取到的字符
        } while (currentCharacter != EOF);  // 咱們繼續，直到 fgetc 返回 EOF（表示「文件結束」）爲止

        fclose(file);
    }

    return 0;
}
複製代碼

fgets

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此函數每次讀出一個字符串，這樣能夠沒必要每次讀一個字符（有時候效率過低）。

這個函數每次最多讀取一行，由於它遇到第一個 '\n'（換行符）會結束讀取。因此若是咱們想要讀取多行，須要用循環。

插入一點回車符和換行符的知識： 關於「回車」（carriage return）和「換行」（line feed）這兩個概念的來歷和區別。 在計算機尚未出現以前，有一種叫作電傳打字機（Teletype Model 33）的玩意，每秒鐘能夠打 10 個字符。 可是它有一個問題，就是打完一行換行的時候，要用去 0.2 秒，正好能夠打兩個字符。要是在這 0.2 秒裏面，又有新的字符傳過來，那麼這個字符將丟失。 因而，研製人員想了個辦法解決這個問題，就是在每行後面加兩個表示結束的字符。一個叫作「回車」，告訴打字機把打印頭定位在左邊界；另外一個叫作「換行」，告訴打字機把紙向下移一行。這就是「換行」和「回車」的來歷，從它們的英語名字上也能夠看出一二。 後來，計算機被髮明瞭，這兩個概念也就被搬到了計算機上。那時，存儲器很貴，一些科學家認爲在每行結尾加兩個字符太浪費了，加一個就能夠。因而，就出現了分歧。在 Unix/Linux 系統裏，每行結尾只有「<換行>」，即 "\n"；在 Windows 系統裏面，每行結尾是「<換行><回車>」，即 "\n\r"；在 macOS 系統裏，每行結尾是「<回車>」，即 "\r"。 一個直接後果是，Unix/Linux/macOS 系統下的文件在Windows裏打開的話，全部文字會變成一行；而 Windows 裏的文件在 Unix/Linux/macOS 下打開的話，在每行的結尾可能會多出一個 ^M 符號。 Linux 中遇到換行符會進行「回車 + 換行」的操做，回車符反而只會做爲控制字符顯示，不發生回車的操做。 而 Windows 中要「回車符 + 換行符」纔會實現「回車+換行"，缺乏一個控制符或者順序不對都不能正確的另起一行。

函數原型：

char* fgets(char* string, int characterNumberToRead, FILE* pointerOnFile);
複製代碼

示例：

#include <stdio.h>

#define MAX_SIZE 1000 // 數組的最大尺寸 1000

int main(int argc, char *argv[])
{
    FILE* file = NULL;
    char string[MAX_SIZE] = "";  // 尺寸爲 MAX_SIZE 的數組，初始爲空

    file = fopen("test.txt", "r");

    if (file != NULL)
    {
        fgets(string, MAX_SIZE, file);  // 咱們讀取最多 MAX_SIZE 個字符的字符串，將其存儲在 string 中
        printf("%s\n", string);  // 顯示字符串

        fclose(file);
    }

    return 0;
}
複製代碼

這裏，咱們的 MAX_SIZE 足夠大（1000），保證能夠容納下一行的字符數。因此遇到 '\n' 咱們就中止讀取，所以以上代碼的做用就是讀取文件中的一行字符，並將其輸出。

那咱們如何可以讀取整個文件的內容呢？很簡單，加一個循環。

以下：

#include <stdio.h>

#define MAX_SIZE 1000 // 數組的最大尺寸 1000

int main(int argc, char *argv[])
{
    FILE* file = NULL;
    char string[MAX_SIZE] = "";  // 尺寸爲 MAX_SIZE 的數組，初始爲空

    file = fopen("test.txt", "r");

    if (file != NULL)
    {
        while (fgets(string, MAX_SIZE, file) != NULL)  // 咱們一行一行地讀取文件內容，只要不遇到文件結尾
        printf("%s\n", string);  // 顯示字符串

        fclose(file);
    }

    return 0;
}
複製代碼

fscanf

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此函數的原理和 scanf 是同樣的。負責從文件中讀取規定樣式的內容。

函數原型：

int fscanf(FILE *stream, const char *format, ...)
複製代碼

示例：

例如咱們建立一個 test.txt 文件，在裏面輸入三個數：23, 45, 67。

輸入的形式能夠是相似下面這樣：

• 每一個數之間有空格

• 每一個數之間換一行

#include <stdio.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    FILE* file = NULL;
    int score[3] = {0};  // 包含 3 個最佳得分的數組

    file = fopen("test.txt", "r");

    if (file != NULL)
    {
        fscanf(file, "%d %d %d", &score[0], &score[1], &score[2]);
        printf("最佳得分是 : %d, %d 和 %d\n", score[0], score[1], score[2]);

        fclose(file);
    }

    return 0;
}
複製代碼

運行輸出：

最佳得分是：23, 45, 67
複製代碼

4. 在文件中移動

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前面咱們提到了虛擬的「遊標」，如今咱們仔細地來學習一下。

每當咱們打開一個文件的時候，實際上都存在一個「遊標」，標識你當前在文件中所處的位置。

你能夠類比咱們的文本編輯器，每次你在文本編輯器（例如記事本）裏面輸入文字的時候，不是有一個遊標（光標）能夠處處移動麼？它指示了你在文件中的位置，也就是你下一次輸入會從哪裏開始。

總結來講，遊標系統使得咱們能夠在文件中指定位置進行讀寫操做。

咱們介紹三個與文件中游標移動有關的函數：

• ftell：告知目前在文件中哪一個位置。tell 表示「告訴」。

• fseek：移動文件中的遊標到指定位置。seek 表示「探尋」。

• rewind：將遊標重置到文件的開始位置（這和用 fseek 函數來使遊標回到文件開始位置是一個效果）。rewind 表示「轉回」。

ftell：指示目前在文件中的遊標位置

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這個函數使用起來很是簡單，它返回一個 long 型的整數值，標明目前遊標所在位置。函數原型是：

long ftell(FILE* pointerOnFile);
複製代碼

其中，pointerOnFile 這個指針就是文件指針，指向當前文件。

相信沒必要用例子就知道如何使用了吧。

fseek：使遊標移動到指定位置

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函數原型爲：

int fseek(FILE* pointerOnFile, long move, int origin);
複製代碼

此函數能使遊標在文件（pointerOnFile 指針所指）中從位置（origin 所指。origin 表示「初始」）開始移動必定距離（move 所指。move 表示「移動」）。

• move 參數：能夠是一個正整數，代表向前移動；0，代表不移動；或者負整數，代表回退。

• origin 參數：它的取值能夠是如下三個值（#define 所定義的常量）中的任意：

  • SEEK_SET ：文件開始處。SET 表示「設置」。
  • SEEK_CUR ：遊標當前所在位置。CUR 是 current（表示「當前」）的縮寫。
  • SEEK_END ：文件末尾。END 表示「結尾」。

來看幾個具體使用實例吧：

// 這行代碼將遊標放置到距離文件開始處 5 個位置的地方
fseek(file, 5, SEEK_SET);

// 這行代碼將遊標放置到距離當前位置日後 3 個位置的地方
fseek(file, -3, SEEK_CUR);

// 這行代碼將遊標放置到文件末尾
fseek(file, 0, SEEK_END);
複製代碼

rewind：使遊標回到文件開始位置

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這個函數的做用就至關於使用 fseek 來使遊標回到 0 的位置

void rewind(FILE* pointerOnFile);
複製代碼

相信使用難不倒你們吧，看函數原型就一目瞭然了。和 fseek(file, 0, SEEK_SET); 是一個效果。

5. 文件的重命名和刪除

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咱們來學習兩個簡單的函數，以結束此次的課程：

• rename 函數：重命名一個文件（rename 表示「重命名」）。

• remove 函數：刪除一個文件（remove 表示「移除」）。

這兩個函數的特殊之處就在於，不一樣於以前的一些文件操做函數，它們不須要文件指針做爲參數，只須要把文件的名字傳給這兩個函數就夠了。

rename：重命名文件

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函數原型：

int rename(const char* oldName, const char* newName);
複製代碼

oldName 就是文件的「舊名字」，而 newName 是文件的「新名字」。

若是函數執行成功，則返回 0；不然，返回非零的 int 型值。

如下是一個使用的例子：

int main(int argc, char *argv[])
{
      rename("test.txt", "renamed_test.txt");

      return 0;
}
複製代碼

很簡單吧。

remove：刪除一個文件

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函數原型：

int remove(const char* fileToRemove);
複製代碼

fileToRemove 就是要刪除的文件名。

注意：remove 函數要慎用，由於它不會提示你是否確認刪除文件。 文件是直接從硬盤被永久刪除了，也不會先移動至垃圾箱。 想要再找回被刪除的文件就只能藉助一些特殊的軟件了，可是恢復過程可能沒那麼容易，也不必定可以成功。

實例：

int main(int argc, char *argv[])
{
    remove("test.txt");

    return 0;
}
複製代碼

6. 第二部分第八課預告

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今天的課就到這裏，一塊兒加油吧！

下一課：C語言探索之旅 | 第二部分第八課：動態分配

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我是 謝恩銘，公衆號「程序員聯盟」（微信號：coderhub）運營者，慕課網精英講師 Oscar 老師，終生學習者。 熱愛生活，喜歡游泳，略懂烹飪。 人生格言：「向着標杆直跑」