C Teaching 文件输入输出.docx
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CTeaching文件输入输出
CTeaching文件输入输出
文件的基本概念
所谓“文件”是指一组相关数据的有序集合。
这个数据集有一个名称，叫做文件名。
实际上在前面的各章中我们已经多次使用了文件，例如源程序文件、目标文件、可执行文件、库文件（头文件）等。
文件通常是驻留在外部介质（如磁盘等）上的，在使用时才调入内存中来。
从不同的角度可对文件作不同的分类。
从用户的角度看，文件可分为普通文件和设备文件两种。
普通文件是指驻留在磁盘或其它外部介质上的一个有序数据集，可以是源文件、目标文件、可执行程序；也可以是一组待输入处理的原始数据，或者是一组输出的结果。
对于源文件、目标文件、可执行程序可以称作程序文件，对输入输出数据可称作数据文件。
设备文件是指与主机相联的各种外部设备，如显示器、打印机、键盘等。
在操作系统中，把外部设备也看作是一个文件来进行管理，把它们的输入、输出等同于对磁盘文件的读和写。
通常把显示器定义为标准输出文件，一般情况下在屏幕上显示有关信息就是向标准输出文件输出。
如前面经常使用的printf,putchar函数就是这类输出。
键盘通常被指定标准的输入文件，从键盘上输入就意味着从标准输入文件上输入数据。
scanf,getchar函数就属于这类输入。
从文件编码的方式来看，文件可分为ASCII码文件和二进制码文件两种。
ASCII文件也称为文本文件，这种文件在磁盘中存放时每个字符对应一个字节，用于存放对应的ASCII码。
例如，数5678的存储形式为：
ASC码：
00110101001101100011011100111000
↓ ↓ ↓ ↓
十进制码：
5 6 7 8共占用4个字节。
ASCII码文件可在屏幕上按字符显示，例如源程序文件就是ASCII文件，用DOS命令TYPE可显示文件的内容。
由于是按字符显示，因此能读懂文件内容。
二进制文件是按二进制的编码方式来存放文件的。
例如，数5678的存储形式为：
0001011000101110只占二个字节。
二进制文件虽然也可在屏幕上显示，但其内容无法读懂。
C系统在处理这些文件时，并不区分类型，都看成是字符流，按字节进行处理。
输入输出字符流的开始和结束只由程序控制而不受物理符号（如回车符）的控制。
因此也把这种文件称作“流式文件”。
本章讨论流式文件的打开、关闭、读、写、定位等各种操作。
文件指针在Ｃ语言中用一个指针变量指向一个文件，这个指针称为文件指针。
通过文件指针就可对它所指的文件进行各种操作。
定义说明文件指针的一般形式为：
FILE*指针变量标识符；其中FILE应为大写，它实际上是由系统定义的一个结构，该结构中含有文件名、文件状态和文件当前位置等信息。
在编写源程序时不必关心FILE结构的细节。
例如：
FILE*fp；表示fp是指向FILE结构的指针变量，通过fp即可找存放某个文件信息的结构变量，然后按结构变量提供的信息找到该文件，实施对文件的操作。
习惯上也笼统地把fp称为指向一个文件的指针。
文件的打开与关闭文件在进行读写操作之前要先打开，使用完毕要关闭。
所谓打开文件，实际上是建立文件的各种有关信息，并使文件指针指向该文件，以便进行其它操作。
关闭文件则断开指针与文件之间的联系，也就禁止再对该文件进行操作。
在Ｃ语言中，文件操作都是由库函数来完成的。
在本章内将介绍主要的文件操作函数。
文件打开函数ｆｏｐｅｎ
fopen函数用来打开一个文件，其调用的一般形式为：
文件指针名=fopen（文件名，使用文件方式）其中，“文件指针名”必须是被说明为FILE类型的指针变量，“文件名”是被打开文件的文件名。
“使用文件方式”是指文件的类型和操作要求。
“文件名”是字符串常量或字符串数组。
例如：
FILE*fp；
fp=（"filea","r"）;
其意义是在当前目录下打开文件filea，只允许进行“读”操作，并使fp指向该文件。
又如：
FILE*fphzk
fphzk=（"c:
\\hzk16',"rb"）
其意义是打开C驱动器磁盘的根目录下的文件hzk16，这是一个二进制文件，只允许按二进制方式进行读操作。
两个反斜线“\\”中的第一个表示转义字符，第二个表示根目录。
使用文件的方式共有12种，下面给出了它们的符号和意义。
文件使用方式 意义
“rt” 只读打开一个文本文件，只允许读数据
“wt” 只写打开或建立一个文本文件，只允许写数据
“at” 追加打开一个文本文件，并在文件末尾写数据
“rb” 只读打开一个二进制文件，只允许读数据
“wb” 只写打开或建立一个二进制文件，只允许写数据
“ab” 追加打开一个二进制文件，并在文件末尾写数据
“rt+” 读写打开一个文本文件，允许读和写
“wt+” 读写打开或建立一个文本文件，允许读写
“at+” 读写打开一个文本文件，允许读，或在文件末追加数据
“rb+” 读写打开一个二进制文件，允许读和写
“wb+” 读写打开或建立一个二进制文件，允许读和写
“ab+” 读写打开一个二进制文件，允许读，或在文件末追加数据
对于文件使用方式有以下几点说明：
1.文件使用方式由r,w,a,t,b，+六个字符拼成，各字符的含义是：
r（read）:
读
w（write）:
写
a（append）:
追加
t（text）:
文本文件，可省略不写
b（banary）:
二进制文件
+:
读和写
2.凡用“r”打开一个文件时，该文件必须已经存在，且只能从该文件读出。
3.用“w”打开的文件只能向该文件写入。
若打开的文件不存在，则以指定的文件名建立该文件，若打开的文件已经存在，则将该文件删去，重建一个新文件。
4.若要向一个已存在的文件追加新的信息，只能用“a”方式打开文件。
但此时该文件必须是存在的，否则将会出错。
5.在打开一个文件时，如果出错，fopen将返回一个空指针值NULL。
在程序中可以用这一信息来判别是否完成打开文件的工作，并作相应的处理。
因此常用以下程序段打开文件：
if（（fp=fopen（"c:
\\hzk16","rb"）==NULL）
{
printf（"\nerroronopenc:
\\hzk16file!
"）;
getch（）;
exit
（1）;
}
这段程序的意义是，如果返回的指针为空，表示不能打开C盘根目录下的hzk16文件，则给出提示信息“erroronopenc:
\hzk16file!
”，下一行getch（）的功能是从键盘输入一个字符，但不在屏幕上显示。
在这里，该行的作用是等待，只有当用户从键盘敲任一键时，程序才继续执行，因此用户可利用这个等待时间阅读出错提示。
敲键后执行exit
（1）退出程序。
6.把一个文本文件读入内存时，要将ASCII码转换成二进制码，而把文件以文本方式写入磁盘时，也要把二进制码转换成ASCII码，因此文本文件的读写要花费较多的转换时间。
对二进制文件的读写不存在这种转换。
7.标准输入文件（键盘），标准输出文件（显示器），标准出错输出（出错信息）是由系统打开的，可直接使用。
文件关闭函数ｆｃｌｏｓｅ文件一旦使用完毕，应用关闭文件函数把文件关闭，以避免文件的数据丢失等错误。
fclose函数
调用的一般形式是：
fclose（文件指针）；例如：
fclose（fp）;正常完成关闭文件操作时，fclose函数返回值为0。
如返回非零值则表示有错误发生。
文件的读写对文件的读和写是最常用的文件操作。
在Ｃ语言中提供了多种文件读写的函数：
·字符读写函数：
fgetc和fputc
·字符串读写函数：
fgets和fputs
·数据块读写函数：
freed和fwrite
·格式化读写函数：
fscanf和fprinf
下面分别予以介绍。
使用以上函数都要求包含头文件stdio.h。
字符读写函数ｆｇｅｔｃ和ｆｐｕｔｃ字符读写函数是以字符（字节）为单位的读写函数。
每次可从文件读出或向文件写入一个字符。
一、读字符函数fgetc
fgetc函数的功能是从指定的文件中读一个字符，函数调用的形式为：
字符变量=fgetc（文件指针）；例如：
ch=fgetc（fp）;其意义是从打开的文件fp中读取一个字符并送入ch中。
对于fgetc函数的使用有以下几点说明：
1.在fgetc函数调用中，读取的文件必须是以读或读写方式打开的。
2.读取字符的结果也可以不向字符变量赋值，例如：
fgetc（fp）;但是读出的字符不能保存。
3.在文件内部有一个位置指针。
用来指向文件的当前读写字节。
在文件打开时，该指针总是指向文件的第一个字节。
使用fgetc函数后，该位置指针将向后移动一个字节。
因此可连续多次使用fgetc函数，读取多个字符。
应注意文件指针和文件内部的位置指针不是一回事。
文件指针是指向整个文件的，须在程序中定义说明，只要不重新赋值，文件指针的值是不变的。
文件内部的位置指针用以指示文件内部的当前读写位置，每读写一次，该指针均向后移动，它不需在程序中定义说明，而是由系统自动设置的。
[例10.1]读入文件e10-1.c，在屏幕上输出。
#include
main（）
{
FILE*fp;
charch;
if（（fp=fopen（"e10_1.c","rt"））==NULL）
{
printf（"Cannotopenfilestrikeanykeyexit!
"）;
getch（）;
exit
（1）;
}
ch=fgetc（fp）;
while（ch!
=EOF）
{
putchar（ch）;
ch=fgetc（fp）;
}
fclose（fp）;
}
本例程序的功能是从文件中逐个读取字符，在屏幕上显示。
程序定义了文件指针fp,以读文本文件方式打开文件“e10_1.c”，并使fp指向该文件。
如打开文件出错，给出提示并退出程序。
程序第12行先读出一个字符，然后进入循环，只要读出的字符不是文件结束标志（每个文件末有一结束标志EOF）就把该字符显示在屏幕上，再读入下一字符。
每读一次，文件内部的位置指针向后移动一个字符，文件结束时，该指针指向EOF。
执行本程序将显示整个文件。
二、写字符函数fputc
fputc函数的功能是把一个字符写入指定的文件中，函数调用的形式为：
fputc（字符量，文件指针）；其中，待写入的字符量可以是字符常量或变量，例如：
fputc（'a',fp）;其意义是把字符a写入fp所指向的文件中。
对于fputc函数的使用也要说明几点：
1.被写入的文件可以用、写、读写，追加方式打开，用写或读写方式打开一个已存在的文件时将清除原有的文件内容，写入字符从文件首开始。
如需保留原有文件内容，希望写入的字符以文件末开始存放，必须以追加方式打开文件。
被写入的文件若不存在，则创建该文件。
2.每写入一个字符，文件内部位置指针向后移动一个字节。
3.fputc函数有一个返回值，如写入成功则返回写入的字符，否则返回一个EOF。
可用此来判断写入是否成功。
[例10.2]从键盘输入一行字符，写入一个文件，再把该文件内容读出显示在屏幕上。
#include
main（）
{
FILE*fp;
charch;
if（（fp=fopen（"string","wt+"））==NULL）
{
printf（"Cannotopenfilestrikeanykeyexit!
"）;
getch（）;
exit
（1）;
}
printf（"inputastring:
\n"）;
ch=getchar（）;
while（ch!
='\n'）
{
fputc（ch,fp）;
ch=getchar（）;
}
rewind（fp）;
ch=fgetc（fp）;
while（ch!
=EOF）
{
putchar（ch）;
ch=fgetc（fp）;
}
printf（"\n"）;
fclose（fp）;
}
程序中第6行以读写文本文件方式打开文件string。
程序第13行从键盘读入一个字符后进入循环，当读入字符不为回车符时，则把该字符写入文件之中，然后继续从键盘读入下一字符。
每输入一个字符，文件内部位置指针向后移动一个字节。
写入完毕，该指针已指向文件末。
如要把文件从头读出，须把指针移向文件头，程序第19行rewind函数用于把fp所指文件的内部位置指针移到文件头。
第20至25行用于读出文件中的一行内容。
[例10.3]把命令行参数中的前一个文件名标识的文件，复制到后一个文件名标识的文件中，如命令行中只有一个文件名则把该文件写到标准输出文件（显示器）中。
#include
main（intargc,char*argv[]）
{
FILE*fp1,*fp2;
charch;
if（argc==1）
{
printf（"havenotenterfilenamestrikeanykeyexit"）;
getch（）;
exit（0）;
}
if（（fp1=fopen（argv[1],"rt"））==NULL）
{
printf（"Cannotopen%s\n",argv[1]）;
getch（）;
exit
（1）;
}
if（argc==2）fp2=stdout;
elseif（（fp2=fopen（argv[2],"wt+"））==NULL）
{
printf（"Cannotopen%s\n",argv[1]）;
getch（）;
exit
（1）;
}
while（（ch=fgetc（fp1））!
=EOF）
fputc（ch,fp2）;
fclose（fp1）;
fclose（fp2）;
}
本程序为带参的main函数。
程序中定义了两个文件指针fp1和fp2，分别指向命令行参数中给出的文件。
如命令行参数中没有给出文件名，则给出提示信息。
程序第18行表示如果只给出一个文件名，则使fp2指向标准输出文件（即显示器）。
程序第25行至28行用循环语句逐个读出文件1中的字符再送到文件2中。
再次运行时，给出了一个文件名（由例10.2所建立的文件），故输出给标准输出文件stdout，即在显示器上显示文件内容。
第三次运行，给出了二个文件名，因此把string中的内容读出，写入到OK之中。
可用DOS命令type显示OK的内容：
字符串读写函数ｆｇｅｔｓ和ｆｐｕｔｓ
一、读字符串函数fgets函数的功能是从指定的文件中读一个字符串到字符数组中，函数调用的形式为：
fgets（字符数组名，n，文件指针）；其中的n是一个正整数。
表示从文件中读出的字符串不超过n-1个字符。
在读入的最后一个字符后加上串结束标志'\0'。
例如：
fgets（str,n,fp）;的意义是从fp所指的文件中读出n-1个字符送入字符数组str中。
[例10.4]从e10_1.c文件中读入一个含10个字符的字符串。
#include
main（）
{
FILE*fp;
charstr[11];
if（（fp=fopen（"e10_1.c","rt"））==NULL）
{
printf（"Cannotopenfilestrikeanykeyexit!
"）;
getch（）;
exit
（1）;
}
fgets（str,11,fp）;
printf（"%s",str）;
fclose（fp）;
}
本例定义了一个字符数组str共11个字节，在以读文本文件方式打开文件e101.c后，从中读出10个字符送入str数组，在数组最后一个单元内将加上'\0'，然后在屏幕上显示输出str数组。
输出的十个字符正是例10.1程序的前十个字符。
对fgets函数有两点说明：
1.在读出n-1个字符之前，如遇到了换行符或EOF，则读出结束。
2.fgets函数也有返回值，其返回值是字符数组的首地址。
二、写字符串函数fputs
fputs函数的功能是向指定的文件写入一个字符串，其调用形式为：
fputs（字符串，文件指针）其中字符串可以是字符串常量，也可以是字符数组名，或指针变量，例如：
fputs（“abcd“，fp）；
其意义是把字符串“abcd”写入fp所指的文件之中。
[例10.5]在例10.2中建立的文件string中追加一个字符串。
#include
main（）
{
FILE*fp;
charch,st[20];
if（（fp=fopen（"string","at+"））==NULL）
{
printf（"Cannotopenfilestrikeanykeyexit!
"）;
getch（）;
exit
（1）;
}
printf（"inputastring:
\n"）;
scanf（"%s",st）;
fputs（st,fp）;
rewind（fp）;
ch=fgetc（fp）;
while（ch!
=EOF）
{
putchar（ch）;
ch=fgetc（fp）;
}
printf（"\n"）;
fclose（fp）;
}
本例要求在string文件末加写字符串，因此，在程序第6行以追加读写文本文件的方式打开文件string。
然后输入字符串，并用fputs函数把该串写入文件string。
在程序15行用rewind函数把文件内部位置指针移到文件首。
再进入循环逐个显示当前文件中的全部内容。
数据块读写函数ｆｒｅａｄ和ｆｗｒｉｔｅ
Ｃ语言还提供了用于整块数据的读写函数。
可用来读写一组数据，如一个数组元素，一个结构变量的值等。
读数据块函数调用的一般形式为：
fread（buffer,size,count,fp）;写数据块函数调用的一般形式为：
fwrite（buffer,size,count,fp）;其中buffer是一个指针，在fread函数中，它表示存放输入数据的首地址。
在fwrite函数中，它表示存放输出数据的首地址。
size表示数据块的字节数。
count表示要读写的数据块块数。
fp表示文件指针。
例如：
fread（fa,4,5,fp）;其意义是从fp所指的文件中，每次读4个字节（一个实数）送入实数组fa中，连续读5次，即读5个实数到fa中。
[例10.6]从键盘输入两个学生数据，写入一个文件中，再读出这两个学生的数据显示在屏幕上。
#include
structstu
{
charname[10];
intnum;
intage;
charaddr[15];
}boya[2],boyb[2],*pp,*qq;
main（）
{
FILE*fp;
charch;
inti;
pp=boya;
qq=boyb;
if（（fp=fopen（"stu_list","wb+"））==NULL）
{
printf（"Cannotopenfilestrikeanykeyexit!
"）;
getch（）;
exit
（1）;
}
printf（"\ninputdata\n"）;
for（i=0;i<2;i++,pp++）
scanf（"%s%d%d%s",pp->name,&pp->num,&pp->age,pp->addr）;
pp=boya;
fwrite（pp,sizeof（structstu）,2,fp）;
rewind（fp）;
fread（qq,sizeof（structstu）,2,fp）;
printf（"\n\nname\tnumberageaddr\n"）;
for（i=0;i<2;i++,qq++）
printf（"%s\t%5d%7d%s\n",qq->name,qq->num,qq->age,qq->addr）;
fclose（fp）;
}
本例程序定义了一个结构stu,说明了两个结构数组boya和boyb以及两个结构指针变量pp和qq。
pp指向boya,qq指向boyb。
程序第16行以读写方式打开二进制文件“stu_list”，输入二个学生数据之后，写入该文件中，然后把文件内部位置指针移到文件首，读出两块学生数据后，在屏幕上显示。
格式化读写函数ｆｓｃａｎｆ和ｆｐｒｉｎｔｆ
fscanf函数，fprintf函数与前面使用的scanf和printf函数的功能相似，都是格式化读写函数。
两者的区别在于fscanf函数和fprintf函数的读写对象不是键盘和显示器，而是磁盘文件。
这两个函数的调用格式为：
fscanf（文件指针，格式字符串，输入表列）；fprintf（文件指针，格式字符串，输出表列）；例如：
fscanf（fp,"%d%s",&i,s）;
fprintf（fp,"%d%c",j,ch）;
用fscanf和fprintf函数也可以完成例10.6的问题。
修改后的程序如例10.7所示。
[例10.7]
#include
structstu
{
charname[10];
intnum;
intage;
charaddr[15];
}boya[2],boyb[2],*pp,*qq;
main（）
{
FILE*fp;
charch;
inti;
pp=boya;
qq=boyb;
if（（fp=fopen（"stu_list","wb+"））==NULL）
{
printf（"Cannotopenfilestrikeanykeyexit!
"）;
getch（）;
exit
（1）;
}
printf（"\ninputdata\n"）;
for（i=0;i<2;i++,pp++）
scanf（"%s%d%d%s",pp->name,&pp->num,&pp->age,pp->addr）;
pp=boya;
for（i=0;i<2;i++,pp++）
fprintf（fp,"%s%d%d%s\n",pp->name,pp->num,pp->age,pp->
addr）;
rewind（fp）;
for（i=0;i<2;i++,qq++）
fscanf（fp,"%s%d%d%s\n",qq->name,&qq->num,&qq->age,qq->addr）;
printf（"\n\nname\tnumberageaddr\n"）;
qq=boyb;
for（i=0;i<2;i++,qq++）
printf（"%s\t%5d%7d%s\n",qq->name,qq->num,qq->age,
qq->addr）;
fclose（fp）;
}
与例10.6相比，本程序中fscanf和fprintf函数每次只能读写一个结构数组元素，因此采用了循环语句来读写全部数组元素。
还要注意指针变量pp,qq由于循环改变了它们的值，因此在程序的25和32行分别对它们重新赋予了数组的首地址。
文件的随机读写
前面介绍的对文件的读写方式都是顺序读写，即读写文件只能从头开始，顺序读写各个数据。
但在实际问题中常要求只读写文件
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