{ —— 谭浩强《C程序设计》第五版 —— }

第10章
文件输入输出

对文件的输入输出 · File I/O in C

📖 P.299-P.338 🏷️ fopen / fclose / fread / fwrite / fseek 📅 课时：4学时

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10.0 · OVERVIEW

📋 章节知识地图

┌─────────────────────────────────────────────────────┐ │ 第10章 · 文件输入输出 │ ├─────────────────────────────────────────────────────┤ │ │ │ 10.1 文件概述 ──→ ASCII文件 vs 二进制文件 │ │ 10.2 文件类型指针 ──→ FILE *fp │ │ 10.3 打开与关闭 ──→ fopen() / fclose() │ │ 10.4 顺序读写 ──→ fputc/fgetc fgets/fputs │ │ → fprintf/fscanf fread/fwrite │ │ 10.5 随机读写 ──→ fseek() ftell() rewind() │ │ 10.6 出错检测 ──→ ferror() feof() clearerr() │ │ │ │ 🎯 重点：文件指针 · 打开模式 · 顺序vs随机读写 │ │ ⚠️ 难点：二进制读写 · fseek定位 · 缓冲区理解 │ └─────────────────────────────────────────────────────┘

🔑 核心概念

文件是存储在外部介质上数据的集合。
C把文件看作一个字节序列，分为ASCII文件和二进制文件。
所有文件操作都通过 FILE 结构体指针进行。

📊 学习路线

① 理解文件概念 → ② 掌握fopen/fclose → ③ 学会顺序读写 → ④ 随机定位fseek → ⑤ 错误处理 → ⑥ 综合实战

10.1 · C-FILE

📄 文件概述

📝 ASCII文件（文本文件）

每个字节存放一个ASCII码，代表一个字符。
例：整数 12345
占5个字节：31 32 33 34 35
可直接用文本编辑器打开阅读。

💾 二进制文件

把内存中的数据按原样输出到磁盘。
例：int 12345 占2或4字节（取决于系统）
节省空间，但不能直接阅读。

/* === ASCII vs 二进制存储对比 === */ int num = 12345; // 内存中4字节 // ASCII格式写入： // '1''2''3''4''5' → 5 字节 fprintf(fp, "%d", num); // 二进制格式写入： // 0x00003039 → 4 字节 fwrite(&num, sizeof(int), 1, fp); // ★ 二进制文件更紧凑， // 但不可直接阅读

10.2 · FILE POINTER

🔗 文件类型指针 FILE

/* FILE 结构体（stdio.h 中定义） */
typedef struct {
    short       _level;    // 缓冲区满/空
    unsigned    _flags;   // 文件状态标志
    char        _fd;      // 文件描述符
    unsigned char _hold;   // ungc字符
    short       _bsize;   // 缓冲区大小
    unsigned char *_base; // 缓冲区位置
    unsigned char *_curp; // 当前指针
    // ... 更多字段
} FILE;
      

📌 核心理解

FILE *fp; — 定义文件指针变量

fp 不是指向文件本身，而是指向内存中的一个 FILE 结构体。
这个结构体包含了文件的全部信息：
· 缓冲区位置和大小
· 当前读写指针位置
· 文件打开模式
· 错误状态标记

💡 类比理解

FILE *fp 就像一本书的"借书卡"：
你不直接拿着书（磁盘文件），而是通过借书卡（FILE结构体）来记录和管理对书的操作状态。

10.3.1 · FOPEN

🔓 fopen 打开文件

/* 函数原型 */
FILE *fopen(const char *filename, const char *mode);

/* 常见调用 */
FILE *fp;
fp = fopen("data.txt", "r");      // 只读
fp = fopen("output.dat", "wb");  // 只写二进制
fp = fopen("log.txt", "a");     // 追加
if (fp == NULL) {
    printf("文件打开失败!\n");
    exit(1);
}
    

📋 文件打开模式速查表

模式	含义	文件不存在	文件存在	指针位置
"r"	只读	出错	正常打开	文件开头
"w"	只写	新建	覆盖	文件开头
"a"	追加	新建	保留	文件末尾
"r+"	读写	出错	正常打开	文件开头
"w+"	读写	新建	覆盖	文件开头
"a+"	读写	新建	保留	文件末尾
"rb"/"wb"/"ab"	加 b = 二进制模式，功能同上

10.3.2 · FCLOSE

🔒 fclose 关闭文件

⚠️ 为什么必须关闭？

① 将缓冲区数据真正写入磁盘
② 释放 FILE 结构体内存
③ 断开程序与文件的连接
④ 防止数据丢失和资源泄漏

fclose(fp); — 返回0成功，EOF(-1)失败

/* === 文件操作完整生命周期 === */ ① 定义文件指针 FILE *fp; ② 打开文件 fp = fopen("data.txt","r"); if(fp==NULL) { 错误处理 } ③ 读写操作 fscanf(fp,"%d",&n); fprintf(fp,"%s",str); ④ 关闭文件 fclose(fp);

/* 标准文件操作模板 */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
    FILE *fp;
    if ((fp = fopen("file.txt", "r")) == NULL) {
        printf("无法打开文件!\n");
        exit(1);
    }
    // ... 文件操作 ...
    fclose(fp);
    return 0;
}
    

10.4.1-10.4.3 · SEQUENTIAL R/W

📝 字符 & 字符串输入输出

函数	调用格式	功能	返回值
fgetc	ch = fgetc(fp)	从fp读一个字符	成功返回字符，失败返回EOF
fputc	fputc(ch, fp)	写一个字符到fp	成功返回ch，失败返回EOF
fgets	fgets(str, n, fp)	从fp读n-1个字符到str	成功返回str，失败返回NULL
fputs	fputs(str, fp)	把str写到fp	成功返回≥0，失败返回EOF

/* 字符逐字复制 */
char ch;
while ((ch = fgetc(fp_in)) != EOF) {
    fputc(ch, fp_out);
}
      

/* 字符串逐行复制 */
char line[256];
while (fgets(line, 256, fp_in) != NULL) {
    fputs(line, fp_out);
}
      

⚠️ 注意

fgets 读到 n-1 个字符或遇到换行符或 EOF 就停止，并自动加上 '\0' 结束符。如果读到换行符，换行符也会被读入字符串中。

10.4.4 · FORMATTED I/O

📊 fprintf / fscanf 格式化读写

/* fprintf — 写入格式化数据 */
FILE *fp = fopen("score.txt", "w");

int id = 1001;
char name[] = "张三";
float score = 92.5;

fprintf(fp, "%d %s %.1f\n", id, name, score);

// score.txt 内容：
// 1001 张三 92.5
      

/* fscanf — 读取格式化数据 */
FILE *fp = fopen("score.txt", "r");

int id;
char name[20];
float score;

while (fscanf(fp, "%d %s %f",
        &id, name, &score) != EOF) {
    printf("%d: %s - %.1f\n",
           id, name, score);
}
      

💡 对比：printf/scanf vs fprintf/fscanf

printf(...) ≡ fprintf(stdout, ...)
scanf(...) ≡ fscanf(stdin, ...)
— 标准I/O即特殊的文件I/O（stdin/stdout/stderr 是三个自动打开的FILE*）

10.4.5 · BINARY R/W

💾 fread / fwrite 二进制读写

/* fwrite — 二进制写入 */
struct Student {
    int   id;
    char  name[20];
    float score;
} stu = {1001, "张三", 92.5};

fp = fopen("stu.dat", "wb");
fwrite(&stu, sizeof(struct Student), 1, fp);
      

/* fread — 二进制读取 */
struct Student stu;

fp = fopen("stu.dat", "rb");
while (fread(&stu, sizeof(struct Student),
              1, fp) == 1) {
    printf("%d %s %.1f\n",
           stu.id, stu.name, stu.score);
}
      

🛠️ 交互式代码编辑器 — 修改下方代码并运行模拟

// 在此编辑 C 代码示例，模拟文件读写逻辑 struct Student { int id; char name[20]; float score; }; // 写入3个学生 struct Student list[3] = { {1001, "张三", 92.5}, {1002, "李四", 88.0}, {1003, "王五", 76.5} }; FILE *fp = fopen("stu.dat", "wb"); fwrite(list, sizeof(struct Student), 3, fp); fclose(fp); // 读取并打印 fp = fopen("stu.dat", "rb"); struct Student s; while (fread(&s, sizeof(struct Student), 1, fp) == 1) printf("%d %s %.1f\n", s.id, s.name, s.score); fclose(fp);

// 点击"模拟执行"查看输出...

10.5.1 · FSEEK

🎯 fseek 文件定位

/* 函数原型 */
int fseek(FILE *fp, long offset, int whence);

/* whence 起始点 */
SEEK_SET  0  // 文件开头
SEEK_CUR  1  // 当前位置
SEEK_END  2  // 文件末尾

/* 示例 */
fseek(fp, 100L, SEEK_SET);  // → 从开头移100字节
fseek(fp, 50L, SEEK_CUR);   // → 从当前位置后移50
fseek(fp, -10L, SEEK_END);  // → 从末尾向前10字节
      

/* === fseek 定位示意 === */ 文件开头(SEEK_SET=0) │ │ fseek(fp, 100L, SEEK_SET) ▼ ├── 0 字节 ├── ... ├── 100 ◄── 读写指针移到这里 ├── ... ├── 当前位置(SEEK_CUR=1) │ │ │ │ fseek(fp, 50L, SEEK_CUR) │ ▼ ├── +50 ◄── 后移50字节 ├── ... ├── 末尾(SEEK_END=2) │ │ │ │ fseek(fp, -10L, SEEK_END) │ ▼ └── 倒数第10字节 ◄──

10.5.2-10.5.3 · FTELL & REWIND

📍 ftell / rewind 位置查询与重置

/* ftell — 获取当前读写位置 */
long ftell(FILE *fp);

/* 常用于获取文件大小 */
fseek(fp, 0L, SEEK_END);  // 移到末尾
long size = ftell(fp);       // 获取字节数

/* rewind — 重置到开头 */
void rewind(FILE *fp);
// 等价于：
// fseek(fp, 0L, SEEK_SET);
      

/* === 获取文件大小模板 === */ long getFileSize(const char *filename) { FILE *fp = fopen(filename, "rb"); if (!fp) return -1; fseek(fp, 0L, SEEK_END); // 跳到末尾 long size = ftell(fp); // 记录位置 fclose(fp); return size; }

10.6 · ERROR DETECTION

🔍 ferror / feof 出错检测

函数	功能	返回值	清除
ferror(fp)	检查文件操作是否出错	出错返回非0，正常返回0	clearerr(fp)
feof(fp)	检查是否读到文件末尾	到末尾返回非0，未到返回0	clearerr(fp)

/* 读写错误检测模式 */
while (!feof(fp)) {
    ch = fgetc(fp);
    if (ferror(fp)) {
        printf("读取出错!\n");
        clearerr(fp);
        break;
    }
    putchar(ch);
}
      

⚠️ 常见误区

不要用 feof(fp) 作为循环终止条件去读文件！

正确做法：用读函数的返回值判断
while(fgets(buf, n, fp) != NULL)

原因：feof在读取失败后才返回真，会多读一次。

10.7 · PROJECT

🏗️ 综合实战：学生成绩管理系统

/* ① 将键盘输入的学生数据写入文件 */
#define N 5
struct Student { int id; char name[20]; float s[3]; } stu[N];
FILE *fp;
int i;

if ((fp = fopen("stu.dat", "wb")) == NULL) { exit(1); }

for (i = 0; i < N; i++) {
    printf("学号 姓名 成绩1 成绩2 成绩3: ");
    scanf("%d %s %f %f %f", &stu[i].id, stu[i].name,
          &stu[i].s[0], &stu[i].s[1], &stu[i].s[2]);
}
fwrite(stu, sizeof(struct Student), N, fp);
fclose(fp);
        

/* ② 从文件读取学生数据，计算平均分 */
struct Student s;
float avg;
fp = fopen("stu.dat", "rb");

printf("学号\t姓名\t均分\n");
while (fread(&s, sizeof(struct Student), 1, fp) == 1) {
    avg = (s.s[0] + s.s[1] + s.s[2]) / 3.0;
    printf("%d\t%s\t%.1f\n", s.id, s.name, avg);
}
fclose(fp);
        

/* ③ 修改第k个学生的数据 */
struct Student s_new = {1005, "赵六", {88, 92, 85}};
int k = 2;  // 修改第2个（从0计数）

fp = fopen("stu.dat", "rb+");
fseek(fp, k * sizeof(struct Student), SEEK_SET);
fwrite(&s_new, sizeof(struct Student), 1, fp);
fclose(fp);
        

📝 QUIZ

🧠 随堂测验（10题）

1. 要以"只读"方式打开文本文件，应使用哪个模式？

2. fclose(fp) 返回什么值表示成功？

3. fread(buffer, size, count, fp) 返回什么？

4. 使用 fseek(fp, 0L, SEEK_END) 之后，ftell(fp) 返回什么？

5. 以 "a" 模式打开文件时，文件读写指针在什么位置？

6. fflush(fp) 的作用是什么？

7. fprintf(fp, "%d", 123) 写入文件的是？

8. rewind(fp) 等价于？

9. 二进制文件比ASCII文件更小的原因？

10. 获取文件大小，正确步骤是？

得分：0/10

第10章文件输入输出

第10章
文件输入输出