C语言程序设计(第8章 输入输出和文件系统)01

8.1 缓冲文件系统
    8.1.1 文件的打开与关闭
    8.1.2 文件的读写

    在前面的程序设计中，我们介绍了输入和输出，即从标准输入设备—键盘输入，由标准输出设备—显示器或打印机输出。不仅如此，我们也常把磁盘作为信息载体，用于保存中间结果或最终数据。在使用一些字处理工具时，会利用打开一个文件来将磁盘的信息输入到内存，通过关闭一个文件来实现将内存数据输出到磁盘。这时的输入和输出是针对文件系统，故文件系统也是输入和输出的对象，谈到输入和输出，自然也离不开文件系统。
    文件可以从不同的角度来分类：
1) 按文件所依附的介质来分：有卡片文件、纸带文件、磁带文件、磁盘文件等。
2) 按文件内容来分：有源文件、目标文件、数据文件等。
3) 按文件中数据组织形式分：有字符文件和二进制文件。
    字符文件通常又称为A S C I I码文件或正文文件，按字符存储，具有可读性；而二进制文件是以二进制存储，不具备可读性，但从存储空间的利用来看，实型数无论位数大小均占4位，字符确需按位数来存放，这样的话，二进制文件相对就节省了空间。
    目前C语言使用的文件系统分为缓冲文件系统（标准I/O）和非缓冲文件系统（系统I/O）。

8.1 缓冲文件系统
缓冲文件系统的特点是：在内存开辟一个“缓冲区”，为程序中的每一个文件使用，当执行读文件的操作时，从磁盘文件将数据先读入内存“缓冲区”，装满后再从内存“缓冲区”依此读入接收的变量。执行写文件的操作时，先将数据写入内存“缓冲区”，待内存“缓冲区”装满后再写入文件。由此可以看出，内存“缓冲区”的大小，影响着实际操作外存的次数，内存“缓冲区”越大，则操作外存的次数就少，执行速度就快、效率高。一般来说，文件“缓冲区”的大小随机器而定。
8.1.1 文件的打开与关闭
    任何关于文件的操作都要先打开文件，再对文件进行读写，操作完毕后，要关闭文件。
1. 文件类型指针
    人们在操作文件时，通常都关心文件的属性，如文件的名字、文件的性质、文件的当前状态等。对缓冲文件系统来说，上述特性都是要仔细考虑的。ANSI C为每个被使用的文件在内存开辟一块用于存放上述信息的小区，利用一个结构体类型的变量存放。该变量的结构体类型由系统取名为FILE，在头文件stdio.h中定义如下：
typedef struct{
    int_fd; /*文件号*/
    int_cleft; /*缓冲区中的剩余字符*/
    int_mode; /*文件的操作模式*/
    char *_next;/*下一个字符的位置*/
    char *_buff; /*文件缓冲区的位置*/
}FILE;
    在操作文件以前，应先定义文件变量指针：
    FILE *fp1,fp2;
    按照上面的定义，f p 1和f p 2均为指向结构体类型的指针变量，分别指向一个可操作的文件，换句话说，一个文件有一个文件变量指针，今后对文件的访问，会转化为针对文件变量指针的操作。

2. 文件的打开
    ANSI C 提供了打开文件的函数：
    FILE *fopen(char *fname,char *mode)
    函数原型在stdio.h文件中，fopen( )打开一个fname指向的外部文件，返回与它相连接的流。fname是字符串，应是一个合法的文件名，还可以指明文件路经。对文件的操作模式由mode决定，mode也是字符串，由表8 - 1给出mode的取值表。
                           表8-1 mode的取值表

    如表8 - 1所示，文件的操作方式有文本文件和二进制文件两种，打开文件的正确方法如下
例所示：
#include<stdio.h>
FILE *fp;
If((fp=fopen("test.txt","w"))==NULL)
{ /*创建一个只写的新文本文件* /
    printf("cannot open file \n");
    exit(0);
}
    这种方法能发现打开文件时的错误。在开始写文件之前检查诸如文件是否有写保护，磁盘是否已写满等，因为函数会返回一个空指针NULL，NULL值在stdio.h中定义为0。事实上打开文件是要向编译系统说明三个信息：①需要访问的外部文件是哪一个。②打开文件后要执行读或写即选择操作方式。③确定哪一个文件指针指向该文件。对打开文件所选择的操作方式来说，一经说明不能改变，除非关闭文件后重新打开。是只读就不能对其写操作，对已存文件如以新文件方式打开，则信息必丢失。

3. 文件的关闭
ANSI C 提供了关闭文件的函数：
int fclose(FILE *stream)
fclose( )函数关闭与stream相连接的文件，并把它的缓冲区内容全部写出。在fclose( )函数调用以后，流stream与此文件无关，同时原自动分配的缓冲区也失去定位。fclose( )函数关闭文件操作成功后，函数返回0；失败则返回非零值。
[例8-1] 打开和关闭一个可读可写的二进制文件：
#include<stdio.h>
main( )
{
    FILE *fp;
    If ((fp=fopen("test.dat","rb"))==NULL)
    {
        printf("cannot open file\n");
        exit(0);
    }
    / *写入对文件执行读写的代码 */
    if (fclose(fp)) printf("file close error!\n");
}

8.1.2 文件的读写
    当文件按指定的工作方式打开以后，就可以执行对文件的读和写。下面按文件的性质分类进行操作。针对文本文件和二进制文件的不同性质，对文本文件来说，可按字符读写或按字符串读写；对二进制文件来说，可进行成块的读写或格式化的读写。
1. 读写字符
    C提供fgetc和fputc函数对文本文件进行字符的读写，其函数的原型存于stdio.h头文件中，格式为：
    int fgetc(FILE *stream)
    fgetc( )函数从输入流的当前位置返回一个字符，并将文件指针指示器移到下一个字符处，假如已到文件尾，函数返回EOF，此时表示本次操作结束，若读写文件完成，则应关闭文件。
int fputc(int ch,FILE *stream)
fputc（）函数完成将字符c h的值写入所指定的流文件的当前位置处，并将文件指针后移一位。fputc()函数的返回值是所写入字符的值，出错时返回EOF。

[例8-2] 将存放于磁盘的指定文本文件按读写字符方式逐个地从文件读出，然后再将其显示到屏幕上。采用带参数的main( )，指定的磁盘文件名由命令行方式通过键盘给定。
#include<stdio.h>
main(argc,argv)
int argc;
char *ar gv[];
{
    char ch;
    FILE *fp;
    int i;
    if((fp=fopen(argv[1],"r"))==NULL) /* 打开一个由argv[1]所指的文件*/
    {
        printf("not open");
        exit(0);
    }
    while ((ch=fgetc(fp))!=EOF) /* 从文件读一字符，显示到屏幕*/
        putchar(ch);
    fclose(fp);
}
    程序是一带参数的main( )函数，要求以命令行方式运行，其参数argc是用于记录输入参数的个数， argv是指针数组，用于存放输入参数的字符串，串的个数由argc描述。假设我们指定读取的文件名为L8-2.c，并且列表文件内容就是源程序。经过编译和连接生成可执行的文件L8-2.exe。运行程序l8-2.exe，输入的命令行方式为：
c:\tc>l8-2 L8-2.c
    上述程序以命令行方式运行，其输入参数字符串有两个，即argv[0]="c:\tc>l8-2"、argv[1]=" L8-2.c "，argc = 2。故打开的文件是L8-2.c 。程序中对fgetc( )函数的返回值不断进行测试，若读到文件尾部或读文件出错，都将返回C的整型常量EOF，其值为非零有效整数。程序的运行输出为源程序本身：
c:\tc>l8-2 L8-2.c
#include <stdio.h>
main( argc,argv)
int argc;
char *argv[];
{
    char ch;
    FILE *fp;
    int i;
    if((fp=fopen(argv[1],"r"))==NULL) /* 打开一个由argv[1] 所指的文件*/
    {
        printf("not open");
        exit(0);
    }
    while ((ch=fgetc(fp))!=EOF) /* 从文件读一字符，显示到屏幕*/
        putchar(ch);
    fclose(fp);
}

[例8-3] 从键盘输入字符，存到磁盘文件test.txt中：
#include <stdio.h>
main( )
{
    FILE fp; / *定义文件变量指针* /
    char ch;
    if((fp=fopen("test.txt","w"))==NULL)  /*以只写方式打开文件*/
    {
        printf("cannot open file!\n");
        exit(0);
    }
    while ((ch=fgetchar())!='\n') /*只要输入字符非回车符* /
        fputc(ch,fp) /*写入文件一个字符*/
    fclose(fp);
}
    程序通过从键盘输入一以回车结束的字符串，写入指定的流文件test.txt，文件以文本只写方式打开，所以流文件具有可读性，能支持各种字符处理工具访问。简单地说，我们可以通过DOS提供的type命令来列表显示文件内容。
运行程序：
I love china!
在DOS操作系统环境下，利用type 命令显示test.txt文件如下：
c:\tc> type test.txt
I love china!

2. 读写字符串
    C提供读写字符串的函数原型在stdio.h头文件中，其函数形式为：
    Char *fgets(char *str,int num,FILE *stream)
    fgets() 函数从流文件stream中读取至多num-1个字符，并把它们放入str指向的字符数组中。读取字符直到遇见回车符或E O F（文件结束符）为止，或读入了所限定的字符数。
    int fputs(char *str,FILE *stream)
    fputs( )函数将str指向的字符串写入流文件。操作成功时，函数返回0值，失败返回非零值。

[例8-4] 向磁盘写入字符串，并写入文本文件test.txt：
#include<stdio.h>
#include<string.h>
main( )
{
    FILE *fp;
    char str[128];
    if ((fp=fopen("test.txt","w"))==NULL) /*打开只写的文本文件*/
    {
        printf("cannot open file!");
        exit(0);
    }
    while((strlen(gets(str)))!=0)
    { /*若串长度为零，则结束*/
        fputs(str,fp); /*写入串*/
        fputs("\n",fp); /*写入回车符*/
    }
    fclose(fp); /*关文件*/
}
    运行该程序，从键盘输入长度不超过1 2 7个字符的字符串，写入文件。如串长为0，即空串，程序结束。
输入：Hello!
How do you do
Good-bye!

运行结束后，我们利用dos的type命令列表文件：
c:\tc>type test.txt
Hello!
How do you do
Good-bye!
这里所输入的空串，实际为一单独的回车符，其原因是gets函数判定串的结束是以回车作标志的。

[例8-5] 从一个文本文件test1.txt中读出字符串，再写入令一个文件test2.txt。
#include<stdio.h>
#include<string.h>
main( )
{
    FILE *fp1,*fp2;
    char str[128];
    if ((fp1=fopen("test1.txt","r"))==NULL)
    { / * 以只读方式打开文件1 */
        printf("cannot open file\n");
        exit(0);
    }
    if((fp2=fopen("test2.txt","w"))==NULL)
    { /*以只写方式打开文件2 */
        printf("cannot open file\n");
        exit(0);
    }
    while ((strlen(fgets(str,128,fp1)))>0)
    /*从文件中读回的字符串长度大于0 */
    {
        fputs(str,fp2 ); /* 从文件1读字符串并写入文件2 */
        printf("%s",str); /*在屏幕显示*/
    }
    fclose(fp1);
    fclose(fp2);
}
    程序共操作两个文件，需定义两个文件变量指针，因此在操作文件以前，应将两个文件以需要的工作方式同时打开（不分先后），读写完成后，再关闭文件。设计过程是按写入文件的同时显示在屏幕上，故程序运行结束后，应看到增加了与原文件相同的文本文件并显示文件内容在屏幕上。

3. 格式化的读写
    前面的程序设计中，我们介绍过利用scanf( )和printf( )函数从键盘格式化输入及在显示器上进行格式化输出。对文件的格式化读写就是在上述函数的前面加一个字母f成为fscanf( )和fprintf( )。其函数调用方式：
    int fscanf(FILE *stream,char *format,arg_list)
    int fprintf(FILE *stream,char *format,arg_list)
    其中，stream为流文件指针，其余两个参数与scanf( )和printf( )用法完全相同。

[例8-6] 将一些格式化的数据写入文本文件，再从该文件中以格式化方法读出显示到屏
幕上，其格式化数据是两个学生记录，包括姓名、学号、两科成绩。
#include<stdio.h>
main( )
{
    FILE *fp;
    int i;
    struct stu{ /*定义结构体类型*/
        char name[15];
        char num[6];
        float score[2];
    }student; /*说明结构体变量*/
    if((fp=fopen("test1.txt","w"))==NULL)
    { /*以文本只写方式打开文件*/
        printf("cannot open file");
        exit(0);
    }
    printf("input data:\n");
    for( i=0;i<2;i++)
    {
        scanf("%s %s %f %f",student.name,student.num,&student.score[0],
        &student.score[1]); /*从键盘输入*/
        fprintf(fp,"%s %s %7.2f %7.2f\n",student.name,student.num,
        student.score[0],student.score[1]); /* 写入文件*/
    }
    fclose(fp); /*关闭文件*/
    if((fp=fopen("test.txt","r"))==NULL)
    { /*以文本只读方式重新打开文件*/
        printf("cannot open file");
        exit(0);
    }
    printf("output from file:\n");
    while (fscanf(fp,"%s %s %f %f\n",student.name,student.num,&student.score[0],student.score[1])!=EOF)
    / *从文件读入* /
        printf("%s %s %7.2f %7.2f\n",student.name,student.num,
    student.score[0],student.score[1]); /* 显示到屏幕*/
    fclose(fp); /*关闭文件*/
}
    程序设计一 个文件变量指针，两次以不同方式打开同一文件，写入和读出格式化数据，有一点很重要，那就是用什么格式写入文件，就一定用什么格式从文件读，否则，读出的数据与格式控制符不一致，就造成数据出错。上述程序运行如下：
input data:
xiaowan j001 87.5 98.4
xiaoli j002 99.5 89.6
output from file:
xiaowan j001 87.50 98.40
xiaoli j002 99.50 89.60

列表文件的内容显示为：
c:\>type test.txt
xiaowan j001 87.50 98.40
xiaoli j002 99.50 89.60
    此程序所访问的文件也可以定为二进制文件，若打开文件的方式为：
if ((fp=fopen("test1.txt","wb"))==NULL)
{ / * 以二进制只写方式打开文件* /
    printf("cannot open file");
    exit(0);
}
其效果完全相同。

4. 成块读写
    前面介绍的几种读写文件的方法，对其复杂的数据类型无法以整体形式向文件写入或从文件读出。C语言提供成块的读写方式来操作文件，使其数组或结构体等类型可以进行一次性读写。成块读写文件函数的调用形式为：
    int fread(void *buf,int size,int count,FILE *stream)
    int fwrite(void *buf,int size,int count,FILE *stream)
    fread（）函数从stream 指向的流文件读取count （字段数）个字段，每个字段为size(字段长度)个字符长，并把它们放到b u f（缓冲区）指向的字符数组中。
    fread（）函数返回实际已读取的字段数。若函数调用时要求读取的字段数超过文件存放的字段数，则出错或已到文件尾，实际在操作时应注重检测。
    fwrite( )函数从buf(缓冲区)指向的字符数组中，把count(字段数)个字段写到stream所指向的流中，每个字段为size个字符长，函数操作成功时返回所写字段数。
    关于成块的文件读写，在创建文件时只能以二进制文件格式创建。

[例8-7] 向磁盘写入格式化数据，再从该文件读出显示到屏幕。
#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
main( )
{
    FILE *fp1;
    int i;
    struct stu{ / *定义结构体*/
        char name[15];
        char num[6];
        float score[2];
    }student;
    if((fp1=fopen("test.txt","wb"))==NULL)
    { /*以二进制只写方式打开文件* /
        printf("cannot open file");
        exit(0);
    }
    printf("input data:\n");
    for( i=0;i<2;i++) 
    {
        scanf("%s %s %f %f",student.name,student.num,&student.score[0],&student.score[1]); /* 输入一记录*/
        fwrite(&student,sizeof(student),1,fp1); /* 成块写入文件*/
    }
    fclose(fp1);
    if((fp1=fopen("test.txt","rb"))==NULL)
    { /*重新以二进制只写打开文件*/
        printf("cannot open file");
        exit(0);
    }
    printf("output from file:\n");
    for (i=0;i<2;i++)
    {
    fread(&student,sizeof(student),1,fp1); /* 从文件成块读*/
    printf("%s %s %7.2f %7.2f\n",student.name,student.num,student.score[0],student.score[1]); /* 显示到屏幕*/
    }
    fclose(fp1);
}
运行程序：
input data:
xiaowan j001 87.5 98.4
xiaoli j002 99.5 89.6
output from file:
xiaowan j001 87.50 98.40
xiaoli j002 99.50 89.60
    通常，对于输入数据的格式较为复杂的话，我们可采取将各种格式的数据当做字符串输入，然后将字符串转换为所需的格式。C提供函数:
    int atoi(char *ptr)
    float atof(char *ptr)
    long int atol(char *ptr)
    它们分别将字符串转换为整型、实型和长整型。使用时请将其包含的头文件math.h或stdlib.h写在程序的前面。