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文件类型

文件是指以字节的形式存储的数据源,使用C语言将文件数据以输出输出的形式处理叫做文件处理。

文件在C语言中以两种形式存在:

  • 文本文件:文本文件是简单的文件类型,这些文件内容以 ASCII 字符格式存储信息。
  • 二进制文件:二进制文件以 0 和 1 的二进制格式存储数据,不是人类可读的文件

文件指针

文件指针 (FILE) 是一种数据类型,是被定义在 stdio.h 中的一种结构体,包含了文件的一些信息

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typedef struct
{
    // fill/empty level of buffer
    int    level;
    // File status flags
    unsigned flags;
    // File descripter
    char fd;
    // ungetc char if no buffer
    unsigned char hold;
    // buffer size
    int bsize;
    // data transfer buffer
    unsigned char *buffer;
    // Current active pointer
    unsigned char *curp;
    //Temporary file indicator
    unsigned istemp;
    //Used for validity checking
    short token;
} FILE; // This is FILE object    

文件指针通常被用于处理正在访问的文件,fopen() 是用于打开文件并返回文件的 FILE 指针,而后通过文件只恨进行I/O操作。fopen() 会发生下列事件:

  • 文件的内容被加载到缓冲区(操作系统层面)
  • 在内存中创建 FILE 的数据结构体,并返回这个结构体指针

文件处理函数

函数 功能
fopen() 打开现有文件或新文件
fprintf() 将数据写入打开的文件
fscanf() 读取文件中数据
fputc() 向文件写入一个字符
fgetc() 从文件中读取一个字符
fclose() 关闭打开的文件
fseek() 设置文件指针的位置
fputw() 将一个整数写入到文件
fgetw() 从文件中读取一个整数
ftell() 文件指针的当前位置
rewind() 设置文件指针位置为初始位置
fread() 读取文件内容(二进制与文本)
fwrite() 向文件写入内容(二进制与文本)
feof() 是否到达文件结尾
非0 True 到达文件结尾
0 False 没有到达文件结尾

fscanf VS fgets

  • fscanf读取的是字符,fgets读取的是字符串
  • fgets读取换行符结束,fscanf读取到空白就结束,不用换行符
  • fgets以行为单位,fscanf以字符为单位(参数2匹配的模式)
  • fscanf每次会判断是否匹配,如不匹配则提前退出读取
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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

void main()
{	
    FILE *fp;
    fp = fopen("./k8s restart.txt", "r");
    if (fp == NULL) {
        printf("Error! opening file");
        exit(1);
    }
    char buf[1024];

    while( feof(fp) == 0 ){
        printf("i=%d\n", i);
        
        // fscanf(fp, "%s", &buf);
        fgets(buf, 1024, fp);
        printf("%s\n", buf);
    }
    fclose(fp);
}

文件的打开模式

模式 含义 当文件不存在时处理方法
r 只读方式打开文件 当文件路径不存在时fopen()返回NULL
rb 以只读方式打开二进制文件 当文件路径不存在时fopen()返回NULL
w 写入方式 如果文件存在则覆盖,如果不存在则创建新文件
wb 写入方式(二进制模式) 如果文件存在则覆盖,如果不存在则创建新文件
a 打开文件并向结尾追加内容 如果文件路径不存在则创建新文件
ab 打开文件并向结尾追加内容(二进制模式) 如果文件路径不存在则创建新文件
r+ 读写方式打开文件 当文件路径不存在时fopen()返回NULL
rb+ 读写方式打开文件(二进制模式) 当文件路径不存在时fopen()返回NULL
w+ 读写方式打开文件 如果文件存在则覆盖,如果不存在则创建新文件
wb+ 读写方式打开文件(二进制模式) 如果文件存在则覆盖,如果不存在则创建新文件
a+ 追加和读取 如果文件路径不存在则创建新文件
ab+ 追加和读取(二进制模式) 如果文件路径不存在则创建新文件

文件操作的步骤

  1. 打开文件 fopen() ( FILE *Pointer)

  2. 读写文件 fputc , fgetc, fputs, fgets, fread, fwrite ….

  3. 关闭文件 fclose()

打开文件

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FILE * ptr
ptr = fopen("file dir","mode");

例如

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fopen("/etc/hosts","rb");

关闭文件

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fclose(fptr);

读/写文件

向文本文件中写入数据

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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
   int num;
   FILE *fptr; 
   fptr = fopen("~/1.txt","w");

   if(fptr == NULL)
   {
      printf("Error!");   
      exit(1);             
   }

   printf("Enter num: ");
   scanf("%d",&num);
   
   fputc(str[i], fptr); // fputc向文件写入数据
   fputs("fputs向文件写入数据\n", fptr);
   fprintf(fptr, "fprintf向文件写入数据\n");
   fclose(fptr);

   return 0;
}

从文本文件中读取内容

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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
   int num;
   FILE *fptr;

   if ((fptr = fopen("~/1.txt","r")) == NULL){
       printf("Error! opening file");
       exit(1);
   }

   fscanf(fptr,"%d", &num);
   printf("Value of n=%d", num);
   fclose(fptr); 
  
   return 0;
}

写入二进制文件

二进制文件的读取使用,fwrite()/fread()函数,通常情况下二进制文件读取没有意义,只是做类似文件拷贝的操作。

fwrite(addressData, sizeData, numbersData, pointerToFile);

  • addressData:写入磁盘的数据的地址
  • sizeData:要写入磁盘的数据大小
  • numbersData:写出的数据个数
  • pointerToFile:FILE指针
  • return:
    • 成功:参数3的大小
    • 失败:0

Notes:通常参数2为1,参数3为写入的总大小。 参2 * 参3 = 写入的总大小

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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

struct threeNum
{
   int n1, n2, n3;
};

int main()
{
   int n;
   struct threeNum num;
   FILE *fptr;

   if ((fptr = fopen("C:\\program.bin","wb")) == NULL){
       printf("Error! opening file");

       // Program exits if the file pointer returns NULL.
       exit(1);
   }

   for(n = 1; n < 5; ++n)
   {
      num.n1 = n;
      num.n2 = 5*n;
      num.n3 = 5*n + 1;
      fwrite(&num, sizeof(struct threeNum), 1, fptr); 
   }
   fclose(fptr); 
  
   return 0;
}

从二进制文件读取数据

fread(addressData, sizeData, numbersData, pointerToFile);

  • addressData:读取到的数据存储的位置
  • sizeData:一次读取的字节数
  • numbersData:读取次数
  • pointerToFile:文件指针
  • return:
    • 成功:参数3的大小
    • 失败:0
    • 到达文件结尾:feof(fp)为真
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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

struct threeNum
{
   int n1, n2, n3;
};

int main()
{
   int n;
   struct threeNum num;
   FILE *fptr;

   if ((fptr = fopen("C:\\program.bin","rb")) == NULL){
       printf("Error! opening file");

       // Program exits if the file pointer returns NULL.
       exit(1);
   }

   for(n = 1; n < 5; ++n)
   {
      fread(&num, sizeof(struct threeNum), 1, fptr); 
      printf("n1: %d\tn2: %d\tn3: %d\n", num.n1, num.n2, num.n3);
   }
   fclose(fptr); 
  
   return 0;
}

缓冲区

缓冲区是操作系统的内存空间中的一部分。操作系统在内存空间中预留了一定的存储空间,在输入或输出达到一定量后进行I/O操作,这部分空间就叫做缓冲区。

程序在启动时,预定义了三种缓冲区,不需要显式开启:

  • 标准输入 (stdin):
  • 标准输出 (stdout):
  • 标准错误 (stderr):标准错误是一个无缓冲

stdio.h 库中提供了三种缓冲模式 [1]

  • 无缓冲 (unbuffered):写入到无缓冲的数据会立即被写入到文件
  • 行缓冲 (line buffered):当遇到换行符,此类缓冲区内容会被写入到文件
  • 全缓冲 (fully buffered):缓冲区满或以任意大小的块被写入到文件

可以通过库函数setvbuf(), setbuffer(), setbuf() 三者之一设置 stdio 的缓冲模式,例如

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#define BUF_SIZE 4096
static char buf[BUF_SIZE];
FILE *fp;

fp = fopen("test.txt", 'w');
if(setvbuf(fp, buf, _IOFBF, BUF_SIZE) !=0 )
    exit(EXIT_FAILURE);

可以使用库函数 fflush() 手动刷新缓冲区 [2],例如

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fp = fopen("test.txt", 'w');

fputs("fputs向文件写入数据\n", fptr);
fflush(fp);
fputs("fputs向文件写入数据\n", fptr);
fflush(fp);

如果,全缓冲模式下,缓冲区没满也没刷新,那么只有在文件关闭时, 缓冲区会被自动刷新(写入到文件)

Tips:内存的隐式回收:关闭文件、刷新缓冲区、释放malloc

Reference

[1] IO cache

[2] Controlling Buffering

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链接:https://www.oomkill.com/2022/09/ch08-file-handling/

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