C语言中的缓冲文件系统

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）。
      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。

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F I L E，在头文件s t d i o . h中定义如下：
typedef struct{
i n t _ f d ; / *文件号* /
i n t _ c l e f t ; / *缓冲区中的剩余字符* /
i n t _ m o d e ; / *文件的操作模式* /
c h a r * _ n e x t ; / *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s t d i o . h文件中，f o p e n ( )打开一个f n a m e指向的外部文件，返回与它相连接的流。
f n a m e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m o d e
决定，m o d e也是字符串，由表8 - 1给出m o d e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("cannotopenfile\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
ANSIC提供了关闭文件的函数：
intfclose(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("cannotopenfile\n");
exit(0);
}
/*写入对文件执行读写的代码
⋯⋯*/
if(fclose(fp))printf("filecloseerror!\n");
}

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：
intfgetc(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，如果已到文件尾，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。
intfputc(intch,FILE*stream)
fputc（）函数完成将字符ch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)
intargc;
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("notopen");
exit(0);
}
while((ch=fgetc(fp))!=EOF)/*从文件读一字符，显示到屏幕*/
put char(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>l8-2L8-2.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>l8-2L8-2.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*/
put char(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("cannotopenfile!\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。

2. 读写字符串
C提供读写字符串的函数原型在s t d i o . 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s t r e a m中读取至多n u m - 1个字符，并把它们放入s t r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)
f p u t s ( )函数将s t r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t e s t . t x t：
#include <stdio.h>
#include <string.h>
m a i n ( )
{
FILE *fp;
char str[128];
if ((fp=fopen("test.txt","w"))==NUL/*L )打开只写的文本文件*/
{
printf("cannot open file!");
e x i t ( 0 ) ;
}
w h i l e ( ( s t r l e n ( g e t s ( s t r ) ) ) ! = 0 )
{ /*若串长度为零，则结束* /
f p u t s ( s t r , f p ) ; / *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。

这里所输入的空串，实际为一单独的回车符，其原因是g e t s函数判断串的结束是以回车作标志的。
[例8-5] 从一个文本文件t e s t 1 . t x t中读出字符串，再写入令一个文件t e s t 2 . t x t。
#include <stdio.h>
#include <string.h>
m a i n ( )
{
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");
e x i t ( 0 ) ;
}
if ((fp2=fopen("test2.txt","w"))==NULL)
{ /*以只写方式打开文件2 * /
printf("cannot open file\n");
e x i t ( 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 * /
p r i n t f ( " % s " , s t r ) ; / *在屏幕显示* /
}
f c l o s e ( f p 1 ) ;
f c l o s e ( f p 2 ) ;
}
     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s c a n f ( )和p r i n t f ( )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f s c a n f ( )和f p r i n t f ( )。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，s t r e a m为流文件指针，其余两个参数与s c a n f ( )和p r i n t f ( )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>
m a i n ( )
{
FILE *fp;
int i;
struct stu{ / *定义结构体类型* /
char name[15];
char num[6];
float score[2];
} s t u d e n t ; / *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");
e x i t ( 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,
s t u d e n t . s c o r e [ 0 ] , s t u d e n t . s c o r e [ 1 ] ) ; / * 写入文件* /
}
f c l o s e ( f p ) ; / *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");
e x i t ( 0 ) ;
}
printf("output from file:\n");
while (fscanf(fp,"%s %s %f %f\n",student.name,student.num,
& s t u d e n t . s c o r e [ 0 ] , s t u d e n t . s c o r e [ 1 ] ) ! = E O F ）
/ *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：

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");
e x i t ( 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 coun
t,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s i z e (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，实际在操作时应注意检测。
f w r i t e ( )函数从b u f (缓冲区)指向的字符数组中，把c o u n t (字段数)个字段写到s t r e a m所指向的流中，每个字段为s i z e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"
m a i n ( )
{
FILE *fp1;
int i;
struct stu{ / *定义结构体* /
char name[15];
char num[6];
float score[2];
} s t u d e n t ;
if ((fp1=fopen("test.txt","wb"))==NULL)
{ /*以二进制只写方式打开文件* /
printf("cannot open file");
e x i t ( 0 ) ;
}
printf("input data:\n");
for( i=0;i<2;i++) {
scanf("%s %s %f %f",student.name,student.num,
& s t u d e n t . s c o r e [ 0 ] , & s t u d e n t . s c o r e [ 1 ] ) ; / * 输入一记录* /
fwrite(&student,sizeof(student),1,fp1);成 /块*写入文件*/
}
f c l o s e ( f p 1 ) ;
if ((fp1=fopen("test.txt","rb"))==NULL)
{ /*重新以二进制只写打开文件* /
printf("cannot open file");
e x i t ( 0 ) ;
}
printf("output from file:\n");
for (i=0;i<2;i++)
{
f r e a d ( & s t u d e n t , s i z e o f ( s t u d e n t ) , 1 , f p 1 ) ; / * 从文件成块读* /
printf("%s %s %7.2f %7.2f\n",student.name,student.num,
s t u d e n t . s c o r e [ 0 ] , s t u d e n t . s c o r e [ 1 ] ) ; / * 显示到屏幕* /
}
f c l o s e ( f p 1 ) ;
}

     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m a t h . h或s t d l i b . h写在程序的前面。
[例8-8] 将输入的不同格式数据以字符串输入，然后将其转换进行文件的成块读写。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
m a i n ( )
{
FILE *fp1;
char *temp;
int i;
struct stu{ / *定义结构体类型* /
char name[15]; / *姓名* /
char num[6]; / * 学号* /
float score[2]; / * 二科成绩* /
} s t u d e n t ;
if ((fp1=fopen("test.txt","wb"))==NULL) / * 打开文件* /
{
printf("cannot open file");
e x i t ( 0 ) ;
}
for( i=0;i<2;i++) {
printf("input name:");
g e t s ( s t u d e n t . n a m e ) ; / *输入姓名* /
printf("input num:");
g e t s ( s t u d e n t . n u m ) ; / * 输入学号* /
printf("input score1:");
g e t s ( t e m p ) ; / *输入成绩* /
s t u d e n t . s c o r e [ 0 ] = a t o f ( t e m p ) ;
printf("input score2:");
g e t s ( t e m p ) ;
s t u d e n t . s c o r e [ 1 ] = a t o f ( t e m p ) ;
f w r i t e ( & s t u d e n t , s i z e o f ( s t u d e n t ) , 1 , f p 1 ) ; / *成块写入到文件* /
}
f c l o s e ( f p 1 ) ;
if ((fp1=fopen("test.txt","rb"))==NULL)
{
printf("cannot open file");
e x i t ( 0 ) ;
}
p r i n t f ( " - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - \ n " ) ;
p r i n t f ( " % - 1 5 s % - 7 s % - 7 s % - 7 s \ n " , " n a m e " , " n u m " , " s c o r e 1 " , " s c o r e 2 " ) ;
p r i n t f ( " - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - \ n " ) ;
for (i=0;i<2;i++)
{
f r e a d ( & s t u d e n t , s i z e o f ( s t u d e n t ) , 1 , f p 1 ) ;
p r i n t f ( " % - 1 5 s % - 7 s % 7 . 2 f % 7 . 2 f \ n " , s t u d e n t . n a m e , s t u d e n t . n u m ,
s t u d e n t . s c o r e [ 0 ] , s t u d e n t . s c o r
e [ 1 ] ) ;
}
f c l o s e ( f p 1 ) ;
}
 

随机读写文件
随机对文件的读写是指在文件内部任意对文件内容进行访问，这也就需要对文件进行详
细的定位，只有定位准确，才有可能对文件随机访问。
C语言提供了用于文件定位的函数，它的作用是使文件指针移动到所需要的位置。
int fseek(FILE *fp,long d,int pos)
f p是文件指针，d是位移量，p o s是起始点。
P o s的取值为：
0 ：文件开始处
1 ：文件的当前位置
2 ：文件的尾部
位移量d是l o n g型的数据，可以为正或负值。表示从起始点向下或向上的指针移动。函数
的返回值若操作成功为0，操作失败为非零。
例如：f s e e k ( f p , 5 L , 0 )；将文件指针从文件头向下移动5个字节。
f s e e k ( f p , - 1 0 L , 2 )；将文件指针从当前位置向上移动1 0个字节。
rewind() 将文件指针移动到文件头。
ftell(FILE *fp) 返回文件指针的当前位置。
[例8-9] 写入5个学生记录，记录内容为学生姓名、学号、两科成绩。写入成功后，随机
读取第三条记录，并用第二条记录替换。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define n 5
m a i n ( )
{
FILE *fp1; / *定义文件指针* /
char *temp;
int i,j;
struct stu{ / * 定义学生记录结构* /
char name[15];
char num[6];
float score[2];
} s t u d e n t [ n ] ;
if ((fp1=fopen("test.txt","wb"))==NULL) / *以二进制只写方式打开文件* /
{
printf("cannot open file");
e x i t ( 0 ) ;
}
for( i=0;i<n;i++)
{
printf("input name:"); / *输入姓名* /
g e t s ( s t u d e n t [ i ] . n a m e ) ;
printf("input num:");
g e t s ( s t u d e n t [ i ] . n u m ) ; / *输入学号* /
printf("input score1:");
g e t s ( t e m p ) ; / *输入一科成绩* /
s t u d e n t [ i ] . s c o r e [ 0 ] = a t o f ( t e m p ) ;
printf("input score2:");
g e t s ( t e m p ) ; / * 输入第二科成绩* /
s t u d e n t [ i ] . s c o r e [ 1 ] = a t o f ( t e m p ) ;
fwrite(&student[i],sizeof(struct stu),1,fp1);成 块/*写入*/
}
fclose(fp1); /*关闭* /
if ((fp1=fopen("test.txt","rb+"))==NULL)
{ /*以可读写方式打开文件* /
printf("cannot open file");
e x i t ( 0 ) ;
}
p r i n t f ( " - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - \ n " ) ;
p r i n t f ( " % - 1 5 s % - 7 s % - 7 s % - 7 s \ n " , " n a m e " , " n u m " , " s c o r e 1 " , " s c o r e 2 " ) ;
p r i n t f ( " - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - \ n " ) ;
for (i=0;i<n;i++)
{ /*显示全部文件内容* /
fread(&student[i],sizeof(struct stu),1,fp1);
p r i n t f ( " % - 1 5 s % - 7 s % 7 . 2 f % 7 . 2 f \ n " , s t u d e n t [ i ] . n a m e , s t u d e n t [ i ] . n u m ,
s t u d e n t [ i ] . s c o r e [ 0 ] , s t u d e n t [ i ] . s c o r e [ 1 ] ) ;
}
/ *以下进行文件的随机读写* /
fseek(fp1,3*sizeof(struct stu),0)/;* 定位文件指针指向第三条记录*/
fwrite(&student[1],sizeof(struct stu),1,fp1);
/ * 在第三条记录处写入第二条记录* /
rewind(fp1); /*移动文件指针到文件头* /
p r i n t f ( " - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - \ n " ) ;
p r i n t f ( " % - 1 5 s % - 7 s % - 7 s % - 7 s \ n " , " n a m e " , " n u m " , " s c o r e 1 " , " s c o r e 2 " ) ;
p r i n t f ( " - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - \ n " ) ;
for (i=0;i<n;i++)
{ /*重新输出文件内容* /
fread(&student[i],sizeof(struct stu),1,fp1);
p r i n t f ( " % - 1 5 s % - 7 s % 7 . 2 f % 7 . 2 f \ n " , s t u d e n t [ i ] . n a m e , s t u d e n t [ i ] . n u m ,
s t u d e n t [ i ] . s c o r e [ 0 ] , s t u d e n t [ i ] . s c o r e [ 1 ] ) ;
}
f c l o s e ( f p 1 ) ; / *关闭文件* /
}


程序的第二次输出，即随机访问后，文件中会有两条相同的记录。