解读文件流

C语言对文件的写入和读取涉及到流的概念，写入为输出流，读取为输入流。如何理解流的概念呢？可以把流看成流动的自来水，打开水龙头，自来水就会通过自来水管从水源流到用户家中，同样的道理，水库中的水也会通过管道流入到水源。从水源流出到用户住家为自来水的输出流，从水库流入到水源为自来水的输入流，只有这样，自来水才能源源不断地输送到用户家中。

如果把水源看成文件，用户住家为读取文件的函数，水库为写入文件的函数，就很容易理解C语言的输入与输出流了。当C语言的写入函数（水库）需要将数据写入到文件（水源）时，需要建立一条从写入函数（水库）到文件（水源）的通道，这个通道就是输入流；当C语言的读取函数（用户住家）需要读取文件（水源）时，也需要建立一条从文件（水源）到读取函数（用户住家）的通道，这个通道就是输出流。

C语言的读写函数在读写文件时，并不会直接把数据写入到文件，或直接读取到程序接收文件数据的变量，它会建立一个文件缓冲区用来存放读写的数据。当进行文件读取时，读取函数先打开数据流，将磁盘上的文件信息拷贝到缓冲区内，然后程序再从缓冲区中读取所需数据。当写入函数将数据写入文件时，并不会马上写入磁盘中，而是先写入缓冲区，只有在缓冲区已满或“关闭文件”时，才会将数据写入磁盘文件。

在C语言中，文件流是通过FILE结构体来表示的。FILE结构体在C标准库中定义，包含了文件操作的所有信息，如文件指针、缓冲区等。程序通过文件指针来访问和操作文件流。

将文本数据写入文件

文本数据写入文本文件的流程：调用fopen()函数打开或创建一个新的文件，调用fputc()函数或fputs()函数进行单字符写入或文本行写入，最后调用fclose()函数关闭文件。

函数声明

int fputc ( int character, FILE * stream );

函数将字符character写入到stream指向的文件缓冲区。若写入成功返回写入的字符，否则返回EOF。

函数声明

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

函数将str字符串写入到stream指向的文件缓冲区，字符串的结束符不会写入到文件缓冲区。若写入成功返回非负值，否则返回EOF。

函数声明

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

函数将格式化字符串 format写入到stream指向的文件缓冲区，如果format包含格式说明符（以%开头的子序列），则格式化format后面的附加参数，并将其插入结果字符串中，替换其各自的说明符。若写入成功，返回写入的字符数，否则返回负值。

下面的示例程序展示了如何将文本数据写入文件。

#include <stdio.h>
int main() {
    // 定义文件名
    const char *filename = "example.txt";
	// 文本数据
    const char *text = "Hello, World! This is an example text.";
    // 打开文件，准备写入。如果文件不存在，则创建它。
    // "w" 模式表示写入模式，会覆盖文件中的任何现有内容。
    FILE *file = fopen(filename, "w");
    if (file == NULL) {
        // 如果文件无法打开或创建，打印错误消息并退出程序
        perror("Error opening file");
        return 1;
    }
    fputs(text, file);
    // 关闭文件
    fclose(file);
    // 打印成功消息
    printf("Text written to file successfully.\n");
    return 0;
}

上述程序使用fputs()函数将指针变量text指向的文本数据写入example.txt文件，程序会在当前目录下创建一个名为 example.txt 的文件（如果该文件已经存在，其内容将被覆盖）。

注意：程序在写入文件时，需要有写入文件的权限，并且文件路径是有效的。如果文件打开或写入失败，fopen 函数将返回 NULL，程序将打印一个错误消息并退出。

读取文本文件内容到缓冲区

C语言提供了多个C函数用于读取文本文件，其中最常用的是fscanf、fgets和fread。

fscanf函数

fscanf函数用于从文件中读取格式化输入。函数原型：

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

stream 通过fopen函数返回的文件指针。

format 控制字符串，指定了读取数据的格式。

... 表示格式字符串中指定的额外参数。

 

例如，如果有一个包含整数的文本文件，可以使用fscanf来读取这些整数：

int number;
FILE *file = fopen("numbers.txt", "r");
if (file != NULL) {
    while (fscanf(file,"%d",&number) != EOF) {
        printf("%d\n", number);
    }
    fclose(file);
}

上述例子打开一个名为 "example.txt" 的文本文件，并使用 fscanf 从文件中读取一个十进制整数，将其存储到 number 变量中。如果读取成功，打印出读取到的整数；如果读取失败，打印一个错误消息。

fgets函数

fgets函数用于从文件中读取一行文本。函数原型：

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

str 是一个字符数组，用于存储读取的文本行。

n 是要读取的最大字符数（包括空字符）。

stream 通过fopen函数返回的文件指针。

例如，可以使用fgets来逐行读取文本文件的内容：

char line[100];
FILE *file = fopen("example.txt", "r");
if (file != NULL) {
    while (fgets(line, sizeof(line), file) != NULL) {
        printf("%s", line);
    }
    fclose(file);
}

上述例子打开一个名为 "example.txt" 的文本文件，并使用 fgets函数 从文件中逐行读取文本内容，将其存储到字符数组line内。如果读取成功，打印出读取到的内容。

文件随机访问

在C语言中，fseek和ftell函数用于文件随机访问，它们可以操作文件指针，实现对文件任意位置的读写操作。rewind函数将文件内部的位置指针重新指向开始。

fseek函数

fseek是C语言中的一个标准库函数，用于移动文件的位置指针到指定的位置，函数定义在 <stdio.h> 头文件中。fseek 允许程序在读取或写入文件时，不按照顺序从头到尾或从尾到头进行，而是可以直接跳转到文件的任意位置进行操作。

函数原型：

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

参数：

stream：指向 FILE结构体的指针标识一个打开的文件流。

offset：表示偏移量的长整数。它表示从 whence 指定的位置开始移动的字节数。

whence：决定了 offset 的起始位置。它有三个可能的值：

SEEK_SET：从文件开始位置计算偏移量。

SEEK_CUR：从当前文件位置计算偏移量。

SEEK_END：从文件末尾计算偏移量。

返回值：

如果函数执行成功，fseek 返回零。如果发生错误，它会返回非零值。

ftell函数

C语言中的ftell函数用于确定文件流中的当前读写位置，函数定义在<stdio.h>头文件中，主要用于处理文件操作。

函数原型:

long ftell(FILE *stream);

ftell函数接受一个指向FILE结构体的指针，函数返回一个long类型的值，表示从文件开头到当前读写指针位置的字节偏移量。如果发生错误，函数将返回-1。

ftell函数配合fseek函数可以获取文件的大小；在读取或写入大文件时，可以通过ftell函数来监控文件的读写进度；fseek函数用于设置文件流中的读写位置，ftell可以用于验证fseek是否设置成功。

rewind函数

C语言中的rewind函数将文件流中的位置指针指向流的开始，函数定义在<stdio.h>头文件中。

函数原型:

void rewind(FILE *stream);

rewind函数作用等同于fseek(stream, 0L, SEEK_SET)。

读写二进制文件

C语言提供了fread函数从文件读取二进制数据，fwrite函数将二进制数据写入到文件。

fread函数

该函数从stream输入流读取count个元素，每个元素的大小为size个字节，并存储到ptr指向的内存中。若读取成功，返回读取的元素总个数，若返回小于count的数值，则表示在读取时发生读取错误或到达文件末尾，在这种情况下，可以使用可以分别用ferror和feof进行检查。

函数原型

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

size_t是标准C库中使用typedef关键字定义的基础数据类型的别名，在64位系统中为long long unsigned int，非64位系统中为long unsigned int。

函数原型

int ferror ( FILE * stream );

函数检查是否发生了与stream关联的错误，如果有关联错误则返回不同于零的错误值，否则返回零值。

函数原型

int feof ( FILE * stream );

函数检查是否发生了与stream关联的文件结束指示符，如果设置了，则返回一个不同于零的值，否则返回零值。

下面的示例程序演示了如何使用fread函数读取一个图片文件（例如，一个PNG文件），并将其内容存储到一个缓冲区中。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
    FILE *file;
    char *filename = "example.png"; // 图片文件名
    long filesize; // 文件大小
    void *buffer; // 用于存储文件内容的缓冲区
    // 打开文件
    file = fopen(filename, "rb");
    if (file == NULL) {
        perror("Error opening file");
        return EXIT_FAILURE;
    }
// 移动到文件末尾以获取文件大小
    fseek(file, 0, SEEK_END);
filesize = ftell(file);
// 重置文件指针到文件开头
    rewind(file); 
    // 分配足够的内存来存储文件内容
    buffer = malloc(filesize);
    if (buffer == NULL) {
        perror("Memory allocation failed");
        fclose(file);
        return EXIT_FAILURE;
    }
    // 使用fread读取文件内容到缓冲区
    if (fread(buffer, 1, filesize, file) != filesize) {
        perror("Error reading file");
        free(buffer);
        fclose(file);
        return EXIT_FAILURE;
    }
    // 读取完成，关闭文件
    fclose(file);
  // 释放buffer占用的内存
    free(buffer);
    return EXIT_SUCCESS;
}

在上述示例中使用fopen函数以二进制模式（"rb"）打开图片文件，然后使用fseek和ftell函数来确定文件的大小，接着分配一个足够大的缓冲区来存储整个文件的内容，并使用fread函数将其读取到缓冲区中，最后关闭文件并释放缓冲区的内存。

fwrite函数

fwrite函数用于向stream指向的文件流，写入size*count字节数据，参数ptr指向待写入的二进制数据。

函数原型

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

参数：

ptr：指向某内存空间的指针，该内存空间中储存有待写入文件的数据块；参数ptr类型为void*型，说明ptr可以指向任何数据类型；

size：指定了每个待写入文件的数据项的字节大小，类型为size_t（unsigned int）；

count：指定了待写入文件的数据项的个数，类型为size_t（unsigned int）型；

stream：指向FILE类型结构的指针。

返回值：

fwrite函数返回一个size_t类型的值，表示实际写入的数据元素数量。如果返回值小于count，则表示发生了错误。

 

下面的示例程序将一个整数数组写入到一个二进制文件中。

#include <stdio.h>
int main() {
    FILE *fp;
    int data[] = {1, 2, 3, 4, 5};
    int count = sizeof(data) / sizeof(data[0]);
    fp = fopen("data.bin", "wb");  // 以二进制写模式打开文件
    if (fp == NULL) {
        perror("Error opening file");
        return 1;
    }
    size_t elements_written = fwrite(data, sizeof(int), count, fp);
    if (elements_written < count) {
        perror("Error writing to file");
        fclose(fp);
        return 1;
    }
    fclose(fp);
    return 0;
}

fwrite函数写入的是二进制数据，不是文本数据。因此，在读取这些数据时，应该使用fread函数，并且注意数据的类型和对齐方式。

如果写入的数据类型与读取时的数据类型不匹配，或者数据的对齐方式不正确，可能会导致读取的数据与原始数据不一致。

fwrite函数不会检查文件流是否已经打开或是否已经到达文件末尾，所以在调用fwrite之前，最好先检查文件流是否有效。