c语言如何实现对文件的读和写

C语言如何实现对文件的读和写

在C语言中，实现对文件的读和写需要使用标准I/O库函数。通过使用fopen()函数打开文件、使用fclose()函数关闭文件、使用fread()和fwrite()函数进行读写操作、使用fprintf()和fscanf()函数进行格式化输入输出。这几个步骤是实现文件读写操作的关键，下面将详细展开介绍其中一项：使用fopen()函数打开文件。

使用fopen()函数打开文件是文件操作的第一步。fopen()函数的原型为：

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

其中，filename是要打开的文件名，mode是打开文件的模式。常用的模式包括：

"r"：以只读方式打开文件，该文件必须存在。
"w"：以写入方式打开文件，若文件存在则清空文件内容，若文件不存在则创建新文件。
"a"：以追加方式打开文件，若文件存在则在文件末尾追加内容，若文件不存在则创建新文件。
"r+"：以读写方式打开文件，该文件必须存在。
"w+"：以读写方式打开文件，若文件存在则清空文件内容，若文件不存在则创建新文件。
"a+"：以读写方式打开文件，若文件存在则在文件末尾追加内容，若文件不存在则创建新文件。

通过fopen()函数成功打开文件后，会返回一个文件指针，该指针用于后续的文件操作。

一、文件的打开与关闭

1. 文件的打开

使用fopen()函数可以打开文件。以下是一个简单的例子：

#include <stdio.h>
int main() {
    FILE *file;
    file = fopen("example.txt", "r"); // 以只读方式打开文件
    if (file == NULL) {
        printf("文件打开失败！n");
        return 1;
    }
    // 文件打开成功，进行其他操作
    fclose(file); // 关闭文件
    return 0;
}

在这个例子中，首先使用fopen()函数以只读模式打开名为“example.txt”的文件。如果文件打开失败，fopen()函数会返回NULL，此时可以进行错误处理。成功打开文件后，可以进行其他的文件操作，最后使用fclose()函数关闭文件。

2. 文件的关闭

文件操作完成后，一定要使用fclose()函数关闭文件。fclose()函数的原型为：

int fclose(FILE *stream);

stream是要关闭的文件指针。关闭文件后，可以释放系统资源，防止文件指针泄漏。

二、文件的写入

1. 使用fwrite()函数进行二进制写入

fwrite()函数用于将数据写入文件，原型为：

size_t fwrite(const void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);

其中，ptr是指向要写入数据的指针，size是每个数据单元的大小，nmemb是要写入的数据单元数，stream是文件指针。以下是一个例子：

#include <stdio.h>
int main() {
    FILE *file;
    file = fopen("example.bin", "wb"); // 以二进制写入方式打开文件
    if (file == NULL) {
        printf("文件打开失败！n");
        return 1;
    }
    int data[] = {1, 2, 3, 4, 5};
    fwrite(data, sizeof(int), 5, file); // 写入数据
    fclose(file); // 关闭文件
    return 0;
}

在这个例子中，使用fwrite()函数将一个整数数组写入文件“example.bin”。

2. 使用fprintf()函数进行格式化写入

fprintf()函数用于将格式化数据写入文件，原型为：

int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...);

其中，stream是文件指针，format是格式字符串，后面是要写入的数据。以下是一个例子：

#include <stdio.h>
int main() {
    FILE *file;
    file = fopen("example.txt", "w"); // 以写入方式打开文件
    if (file == NULL) {
        printf("文件打开失败！n");
        return 1;
    }
    fprintf(file, "Hello, World!n"); // 写入格式化数据
    fclose(file); // 关闭文件
    return 0;
}

在这个例子中，使用fprintf()函数将“Hello, World!”写入文件“example.txt”。

三、文件的读取

1. 使用fread()函数进行二进制读取

fread()函数用于从文件中读取数据，原型为：

size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);

其中，ptr是指向要读取数据的指针，size是每个数据单元的大小，nmemb是要读取的数据单元数，stream是文件指针。以下是一个例子：

#include <stdio.h>
int main() {
    FILE *file;
    file = fopen("example.bin", "rb"); // 以二进制读取方式打开文件
    if (file == NULL) {
        printf("文件打开失败！n");
        return 1;
    }
    int data[5];
    fread(data, sizeof(int), 5, file); // 读取数据
    fclose(file); // 关闭文件
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        printf("%d ", data[i]);
    }
    return 0;
}

在这个例子中，使用fread()函数从文件“example.bin”中读取一个整数数组。

2. 使用fscanf()函数进行格式化读取

fscanf()函数用于从文件中读取格式化数据，原型为：

int fscanf(FILE *stream, const char *format, ...);

其中，stream是文件指针，format是格式字符串，后面是要读取的数据指针。以下是一个例子：

#include <stdio.h>
int main() {
    FILE *file;
    file = fopen("example.txt", "r"); // 以只读方式打开文件
    if (file == NULL) {
        printf("文件打开失败！n");
        return 1;
    }
    char str[100];
    fscanf(file, "%s", str); // 读取格式化数据
    fclose(file); // 关闭文件
    printf("读取到的内容：%sn", str);
    return 0;
}

在这个例子中，使用fscanf()函数从文件“example.txt”中读取一个字符串。

四、文件的定位

1. 使用fseek()函数定位文件指针

fseek()函数用于在文件中定位文件指针，原型为：

int fseek(FILE *stream, long int offset, int whence);

其中，stream是文件指针，offset是偏移量，whence是定位方式。whence的取值可以是：

SEEK_SET：文件开头
SEEK_CUR：当前位置
SEEK_END：文件末尾

以下是一个例子：

#include <stdio.h>
int main() {
    FILE *file;
    file = fopen("example.txt", "r"); // 以只读方式打开文件
    if (file == NULL) {
        printf("文件打开失败！n");
        return 1;
    }
    fseek(file, 5, SEEK_SET); // 从文件开头偏移5个字节
    char ch = fgetc(file); // 读取一个字符
    fclose(file); // 关闭文件
    printf("读取到的字符：%cn", ch);
    return 0;
}

在这个例子中，使用fseek()函数将文件指针从文件开头偏移5个字节，然后读取一个字符。

2. 使用ftell()函数获取文件指针位置

ftell()函数用于获取文件指针当前位置，原型为：

long int ftell(FILE *stream);

其中，stream是文件指针。以下是一个例子：

#include <stdio.h>
int main() {
    FILE *file;
    file = fopen("example.txt", "r"); // 以只读方式打开文件
    if (file == NULL) {
        printf("文件打开失败！n");
        return 1;
    }
    fseek(file, 0, SEEK_END); // 将文件指针移动到文件末尾
    long int pos = ftell(file); // 获取文件指针位置
    fclose(file); // 关闭文件
    printf("文件大小：%ld 字节n", pos);
    return 0;
}

在这个例子中，使用ftell()函数获取文件“example.txt”的大小。

五、错误处理

1. 使用ferror()函数检查文件错误

ferror()函数用于检查文件操作是否出错，原型为：

int ferror(FILE *stream);

其中，stream是文件指针。如果文件操作出错，ferror()函数会返回非零值。以下是一个例子：

#include <stdio.h>
int main() {
    FILE *file;
    file = fopen("example.txt", "r"); // 以只读方式打开文件
    if (file == NULL) {
        printf("文件打开失败！n");
        return 1;
    }
    char ch = fgetc(file); // 读取一个字符
    if (ferror(file)) {
        printf("文件读取出错！n");
    }
    fclose(file); // 关闭文件
    return 0;
}

在这个例子中，使用ferror()函数检查文件读取是否出错。

2. 使用perror()函数打印错误信息

perror()函数用于打印标准错误信息，原型为：

void perror(const char *str);

其中，str是要打印的错误前缀。以下是一个例子：

#include <stdio.h>
int main() {
    FILE *file;
    file = fopen("nonexistent.txt", "r"); // 尝试打开一个不存在的文件
    if (file == NULL) {
        perror("文件打开失败"); // 打印错误信息
        return 1;
    }
    fclose(file); // 关闭文件
    return 0;
}

在这个例子中，使用perror()函数打印文件打开失败的错误信息。

六、文件的高级操作

1. 使用fgets()和fputs()函数读写字符串

fgets()函数用于从文件中读取字符串，原型为：

char *fgets(char *str, int n, FILE *stream);

其中，str是存储读取字符串的缓冲区，n是读取的最大字符数，stream是文件指针。以下是一个例子：

#include <stdio.h>
int main() {
    FILE *file;
    file = fopen("example.txt", "r"); // 以只读方式打开文件
    if (file == NULL) {
        printf("文件打开失败！n");
        return 1;
    }
    char str[100];
    if (fgets(str, 100, file) != NULL) {
        printf("读取到的字符串：%sn", str);
    }
    fclose(file); // 关闭文件
    return 0;
}

在这个例子中，使用fgets()函数从文件“example.txt”中读取字符串。

fputs()函数用于将字符串写入文件，原型为：

int fputs(const char *str, FILE *stream);

其中，str是要写入的字符串，stream是文件指针。以下是一个例子：

#include <stdio.h>
int main() {
    FILE *file;
    file = fopen("example.txt", "w"); // 以写入方式打开文件
    if (file == NULL) {
        printf("文件打开失败！n");
        return 1;
    }
    fputs("Hello, World!n", file); // 写入字符串
    fclose(file); // 关闭文件
    return 0;
}

在这个例子中，使用fputs()函数将字符串写入文件“example.txt”。

2. 使用fseek()和rewind()函数定位文件指针

rewind()函数用于将文件指针重置到文件开头，原型为：

void rewind(FILE *stream);

其中，stream是文件指针。以下是一个例子：

#include <stdio.h>
int main() {
    FILE *file;
    file = fopen("example.txt", "r"); // 以只读方式打开文件
    if (file == NULL) {
        printf("文件打开失败！n");
        return 1;
    }
    fseek(file, 10, SEEK_SET); // 将文件指针移动到文件开头偏移10个字节的位置
    rewind(file); // 重置文件指针到文件开头
    char ch = fgetc(file); // 读取一个字符
    fclose(file); // 关闭文件
    printf("读取到的字符：%cn", ch);
    return 0;
}

在这个例子中，使用rewind()函数将文件指针重置到文件开头。

七、实战示例：读写结构体数据

在实际项目中，经常需要读写复杂的数据结构，比如结构体。以下是一个示例，演示如何将结构体数据写入文件并读取出来。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
typedef struct {
    int id;
    char name[50];
    float salary;
} Employee;
int main() {
    FILE *file;
    Employee emp1 = {1, "John Doe", 50000.0};
    Employee emp2;
    // 写入结构体数据
    file = fopen("employee.dat", "wb");
    if (file == NULL) {
        printf("文件打开失败！n");
        return 1;
    }
    fwrite(&emp1, sizeof(Employee), 1, file);
    fclose(file);
    // 读取结构体数据
    file = fopen("employee.dat", "rb");
    if (file == NULL) {
        printf("文件打开失败！n");
        return 1;
    }
    fread(&emp2, sizeof(Employee), 1, file);
    fclose(file);
    printf("员工ID：%dn", emp2.id);
    printf("员工姓名：%sn", emp2.name);
    printf("员工薪水：%.2fn", emp2.salary);
    return 0;
}

在这个示例中，定义了一个结构体Employee，包含员工ID、姓名和薪水。首先，将一个Employee结构体实例写入文件“employee.dat”，然后从文件中读取该结构体实例并打印出来。

八、文件锁定

在多线程或多进程环境中，可能需要对文件进行锁定，以确保数据的一致性。C语言提供了fcntl()函数用于文件锁定。

以下是一个示例，演示如何使用fcntl()函数对文件进行锁定和解锁：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
int main() {
    int fd;
    struct flock lock;
    // 打开文件
    fd = open("example.txt", O_RDWR);
    if (fd == -1) {
        perror("文件打开失败");
        return 1;
    }
    // 设置文件锁定
    lock.l_type = F_WRLCK; // 写锁定
    lock.l_whence = SEEK_SET;
    lock.l_start = 0;
    lock.l_len = 0; // 锁定整个文件
    if (fcntl(fd, F_SETLK, &lock) == -1) {
        perror("文件锁定失败");
        close(fd);
        return 1;
    }
    printf("文件已锁定。n");
    // 模拟文件操作
    sleep(10);
    // 解锁文件
    lock.l_type = F_UNLCK;
    if (fcntl(fd, F_SETLK, &lock) == -1) {
        perror("文件解锁失败");
        close(fd);
        return 1;
    }
    printf("文件已解锁。n");
    close(fd);
    return 0;
}

在这个示例中，使用fcntl()函数对文件“example.txt”进行写锁定和解锁。通过这种方式，可以确保多个进程或线程在操作同一个文件时不会发生冲突。

九、总结

在C语言中，实现对文件的读和写需要掌握以下几个关键点：使用fopen()函数打开文件、使用fclose()函数关闭文件、使用fread()和fwrite()函数进行二进制读写操作、使用fprintf()和fscanf()函数进行格式化输入输出。此外，还需要了解文件指针的定位、错误处理以及高级操作如文件锁定等。通过这些知识，可以灵活地进行文件操作，满足各种实际需求。

在实际应用中，选择合适的文件操作函数和模式非常重要，这不仅影响程序的性能，还关系到数据的安全性和一致性。通过不断实践和优化，可以在C语言中实现高效、可靠的文件读写操作。