第11章

文件輸入/輸出11.1文件的基本概念11.2文件的打開與關閉11.3順序讀/寫數據文件11.4隨機讀/寫數據文件11.5文件讀/寫的出錯檢測實訓任務二十一

熟悉數據文件的建立與讀/寫實訓任務二十二

學習程序與數據文件交互的程序設計方法

11.1文件的基本概念

程序文件與數據文件有何異同？程序文件通過什么方式與數據文件交互？

文件是指存儲在外部介質上數據的集合。文件有不同的類型。在程序設計中，主要用到程序文件和數據文件。

程序文件包括源程序文件(后綴為.c)、目標文件(后綴為.obj)、可執(zhí)行文件(后綴為.exe)等。這種文件的內容都是程序代碼。

數據文件的內容是供程序運行時讀/寫的數據。

每個文件都有一個唯一的文件標識符，便于識別和使用。文件標識包括3個部分，即文件路徑、主文件名和擴展名(也稱為后綴)。例如：

文件路徑表示文件的存儲位置。文件名包括主文件名和文件擴展名。主文件名是文件的主要標識符號，由用戶命名，擴展名(后綴)用來表示文件的性質，一般不超過3個字符，一般采用一些約定的符號。例如dat(數據文件)、txt(文本文件)、c(C語言源程序)、cpp(C++語言源程序)、exe(可執(zhí)行文件)等。

11.1.1數據文件的概念

數據在文件中的存儲形式是：字符以ASCII碼形式存儲，即一個字符占一個字節(jié)；數值型數據可以按數字的ASCII碼形式存儲，即一位數字的ASCII碼占一個字節(jié)，也可以按二進制數存儲。如果一個文件都以字符的ASCII碼形式存儲數據，則稱之為文本文件；如果一個文件都以二進制形式存儲數據，則稱之為二進制文件。文本文件(ASCII碼)中，一個數據的每一位數字的ASCII碼占一個字節(jié)，調入內存時需轉換成二進制數，存入文件時又要轉換成ASCII碼，占用內存空間大，而且有轉換時間，但可直接向外設輸出。二進制文件中數據的存儲形式與內存存儲數據的形式一致，占用空間小，從文件輸入或向文件輸出時不需要轉換，但向外設輸出時需要轉換成ASCII碼。

11.1.2文件緩沖區(qū)

所謂文件緩沖區(qū)，是系統(tǒng)與磁盤文件傳輸數據時在內存中開辟的一個暫存區(qū)域。向磁盤文件輸出數據時，必須先送到緩沖區(qū)，裝滿緩沖區(qū)后，才送到磁盤文件中。從磁盤讀入數據時，則從磁盤文件輸入數據裝滿緩沖區(qū)，然后從緩沖區(qū)將數據逐個地送到程序數據區(qū)(給程序變量)，如圖11.1所示。緩沖區(qū)的大小由各個具體的C編譯系統(tǒng)確定。

圖11.1程序與數據文件傳輸數據示意圖

11.1.3文件類型指針

程序中對文件的各種操作是通過文件指針進行的。每個文件被使用時，系統(tǒng)在內存中開辟一個“文件信息描述區(qū)”，用來存放文件的有關信息(如文件名、文件狀態(tài)、文件使用方式、文件當前位置、文件緩沖區(qū)所剩余的字節(jié)數等)。該信息描述區(qū)是用一個結構體變量來實現的，其類型由系統(tǒng)定義，取名為FILE。例如，一種C編譯系統(tǒng)的stdio.h中有以下的文件類型結構體定義：

不同的C編譯系統(tǒng)的FILE類型包含的內容不盡相同，但都大同小異。用戶可以在程序中使用該類型來定義文件指針變量，通過指針變量來引用文件信息。例如：

FILE*fp1；

定義fp1為一個指向FILE類型的指針變量。fp1指向某一個文件的文件信息區(qū)(一個結構體變量)，通過該文件信息區(qū)中的信息能夠訪問該文件。如果程序中使用n個文件，一般應定義n個指針變量。

11.2文件的打開與關閉

11.2.1打開文件

使用標準函數fopen來打開一個文件。函數調用的一般形式為

fopen("文件名"，"文件使用方式")；

函數的功能：把指定的文件按使用方式打開，系統(tǒng)自動給該文件建立信息描述區(qū)，把文件信息區(qū)的起始地址作為返回值。通常是將返回地址賦給一個指向文件的指針變量。如果打開文件不成功，則返回值為0

使用文件的方式有多種，見表11.1。

表11.1使用文件的方式11.2.2文件的關閉

使用標準函數fclose來關閉一個已經打開的文件。函數調用的一般形式為

fclose(文件指針)；

函數的功能：解除文件指針與文件的聯(lián)系，釋放緩沖區(qū)。如果文件關閉成功則返回值為0，否則返回EOF(-1)。

11.3順序讀/寫數據文件

11.3.1字符方式讀/寫文件

字符方式讀/寫文件是一次從文件中讀/寫一個字符。使用文件的字符輸入/輸出函數調用來實現字符讀/寫操作。

1．讀入字符函數fgetc

該函數調用的一般形式為

fgetc(fp);

fp是指向要輸入數據文件的指針變量。其功能是從fp所指向的文件中讀取一個字符，返回字符值；如果讀取失敗，則返回文件結束標志EOF(-1)。

2．寫入字符函數fputc

該函數調用的一般形式為

fputc(ch,fp);

其中，包含兩個參數：ch是要寫入文件的字符，可以是字符常量、字符變量或字符表達式等；fp是要寫入文件的指針變量。其功能是將字符寫入fp所指向的文件，寫入成功則返回值是輸出的字符，寫入失敗則返回EOF(-1)。

例11.1

從鍵盤輸入一行字符，寫入file1.dat文件中。

編程思路：用fgetc函數從鍵盤逐個輸入字符，再用fputc函數寫到磁盤文件中。

運行結果：

分析：運行程序后，在當前目錄下可查找到“file1.dat”，打開文件可看到內容是輸入的字符串。if語句中使用“fopen("file1.dat","w")”函數調用，先建立一個新文件，將指針賦給文件指針變量fp。在循環(huán)中將輸入的一個字符寫入fp所指向的文件中。

例11.2

將一個磁盤文件中的內容復制到另一個磁盤文件中。現將例11.1建立的文件file1.dat復制到文件file2.dat中。

編程思路：從file1.dat中逐個字符讀出，再寫入到file2.dat中。

運行結果：

分析：f_in=fopen("file1.dat","r")是打開已存在的文本文件，使f_in指向file1.dat。fopen("file2.dat","w")是打開不存在的文件，則建立新文件，將返回建立的文件地址賦給f_out。在while循環(huán)中的表達式測試文件是否到達結尾，未到結尾，從file1.dat讀取f_in指向的字符，寫入file2.dat中f_out指向的位置，同時輸出當前讀/寫的字符。運行程序后，在當前目錄下可查找到“file1.dat”和“file2.dat”，打開文件可看到兩個文件內容相同。

11.3.2字符串方式讀/寫文件

1．讀取字符串函數fgets

該函數調用的一般形式為

fgets(str,n,fp);

其中，包含三個參數：str是數組名(數組指針)；n是字符串長度(包含結束符)；fp是要讀文件的指針變量。

函數功能：從fp所指向文件中讀取n-1個字符的串，并在最后加一個字符串結束符“\0”，存入字符數組str中。讀取成功，返回數組指針str，失敗則返回NULL。

2．寫入字符串函數fputs

該函數調用的一般形式為

fputs(str,fp);

其中，包含兩個參數：str是數組名(數組指針)；fp是要寫入文件的指針變量。

函數功能：將str中的字符串寫入fp所指向的文件中。寫入成功返回0，寫入失敗則返回非0。

例11.3

從鍵盤輸入多個字符串，對它們按字母大小的順序排序，然后把排好序的字符串存到文件中。

編程思路：實現問題要求，可采取3個步驟：

(1)從鍵盤輸入多個字符串并存入一個二維數組中；

(2)對字符數組中的n個字符串按字母順序排序，仍存在原字符數組中；

(3)將字符數組中的字符串輸出到文件中。運行結果：

分析：

(1)用單重循環(huán)實現3個字符串的輸入，分別存入二維數組中的3個行一維數組中。

(2)利用雙重循環(huán)實現3個字符串的比較和交換，將排好序的串，按序存入3個行一維數組中。

(3)用fputs函數調用，將排好序的3個行一維數組中的字符串寫入文件。向文件中寫入數據時，只寫入字符串的有效字符，不包括字符串結束標志，所以“fputs(str[i],fp);”存串之后用“fputs("\n",fp);”將串結束標志加存在串后。11.3.3用格式化方式讀/寫文件

C語言系統(tǒng)提供了與終端格式化輸入/輸出函數scanf、printf相仿的文件格式化輸入/輸出函數fscanf、fprintf。這兩個函數調用的一般形式為

fprintf(文件指針，格式字符，輸出列表)；

fscanf(文件指針，格式字符，輸入列表)；

其中，“格式字符”、“輸入列表”、“輸出列表”都同scanf、printf函數。例如：

fprintf(fp，"%d，%6.2f"，i，f)；

該語句把整型i和實型變量f的值按%d、%6.2f的格式輸出到fp指向的文件中。

fscanf(fp，"%d，%f"，&i，&f)；

從fp所指文件中讀取一個整型數據賦給變量i，讀取一個實型數據賦給變量f。

用格式化讀/寫函數fscanf、fprintf對磁盤文件進行讀/寫，比較直觀，容易理解，但因輸入時要將ASCII碼轉換成二進制形式，再保存在變量中，輸出時又要將二進制形式轉換成ASCII碼，所以花費的時間較多。因此，在內存與磁盤交換數據頻繁的情況下，最好不用fscanf、fprintf函數，而用下面介紹的fread、fwrite函數進行二進制的讀/寫。11.3.4用二進制方式向文件讀/寫一組數據

C語言提供的fread和fwrite函數能實現一次輸入/輸出一個數據塊，以二進制形式進行讀/寫。

這兩個函數調用的一般形式為

fread(buffer,size,n,fp);

fwrite(buffer,size,n,fp);

參數說明：

“buffer”表示緩沖區(qū)地址。對fread，表示從文件中讀出數據存放在內存緩沖區(qū)首地址；對fwrite，表示向文件輸出數據的內存緩沖區(qū)首地址。

“size”表示要讀/寫的數據的存儲長度(字節(jié)數)。“n”表示要讀/寫數據的個數。

“fp”表示要讀/寫的文件指針。

fread的功能是從fp所指向的文件中讀取n個數據(每個數據有size個字節(jié))，存到buffer為首地址的存儲區(qū)中。如果讀數據成功，返回輸入數據的個數n。如遇文件結束或出錯則返回值0。

fwrite的功能是把buffer為首地址的n個數據(每個數據有size個字節(jié))寫到fp所指的文件中。如果寫數據成功，返回輸出數據的個數n。

例11.4

從鍵盤輸入3個學生的相關數據，存到一個文件中，再從文件中讀取數據，輸出到屏幕上。

編程思路：定義有3個元素的結構體數組，用來存放3個學生的數據。在主函數中輸入3個學生的數據。用save函數實現向磁盤文件輸出學生數據。在主函數中從磁盤文件讀取學生數據輸出到屏幕上。

運行結果：

分析：

(1)在main(

)函數中輸入3個學生數據，存入結構體數組stud1中。調用save函數將stud1中的數據輸出到“stu.dat”文件中。fwrite將一個結構體數據送到“stu.dat”文件中。結構體長度用“sizeof(structstudent)”測試得到，得到的測試值為36(數據長度=4+10+4+15=33，但按字節(jié)的整數倍存儲)。

(2)在save函數中的“fopen("stu.dat","wb")”是按二進制寫方式打開文件，此時文件不存在，建立一個新文件。在main函數中的“fopen("stu.dat","rb")”是為了讀而打開二進制文件。fread函數從“stu.dat”文件中讀取一個結構體數據(一個學生數據)存入結構體數組stud2中，采用數組元素和結構體成員的輸出方式輸出到屏幕上。

(3)只要修改宏定義中常數3，可實現任意多學生數據的輸入、存儲和輸出。

11.4隨機讀/寫數據文件

怎樣按用戶需要讀/寫數據文件中任一數據？

順序讀/寫數據文件是按數據在文件中的存儲順序進行讀/寫。隨機讀/寫數據文件，是讀/寫文件中任一位置的數據。

為了實現數據文件的讀/寫控制，系統(tǒng)給文件內部設置了一個位置指針。位置指針總是指向當前要讀/寫數據的位置。順序讀寫方式中，位置指針是由系統(tǒng)控制的。讀/寫總是從文件開頭進行，每讀/寫一個數據，指針就后移一個數據位置，指向下一個數據位置，一直到文件尾部，指針又重返文件開頭。隨機讀/寫就是把位置指針控制在需要的位置上進行讀/寫的方式。隨機讀/寫文件的關鍵是控制文件位置指針，也就是指針定位。C語言提供了文件位置指針定位的函數，利用這些函數，就可方便地實現隨機讀/寫文件。

11.4.1位置指針定位函數

C語言提供了文件定位、測試和移動函數。

1．設置文件位置指針到文件開頭函數rewind

該函數調用的一般形式為

rewind(fp);

其中，參數fp是文件類型指針。

函數功能：將fp所指向文件中的位置指針置于文件的開頭位置，并清除文件結束標志和出錯標志。函數無返回值。

2．檢測文件是否結束函數feof

該函數調用的一般形式為

feof(fp);

函數功能：檢測是否到fp所指向文件的結束位置，檢測到文件結束，返回非0值，否則返回0。

3．檢測文件位置指針的當前位置ftell

該函數調用的一般形式為

ftell(fp);

函數功能：檢測fp所指向文件的當前讀/寫位置，返回一長整型數，表示當前讀/寫位置距文件開頭的偏移量。偏移量是指當前讀/寫位置距離文件開頭的字節(jié)數。

4．設置文件位置指針函數fseek

該函數調用的一般形式為

fseek(fp,offset,base);

其中，“offset”表示偏移量；“base”表示改變位置指針的相對基準位置，參數的取值見表11.2。

函數功能：fp所指向文件的位置指針移到以“base”所給出的位置為基準、以“offset”為偏移量的位置。移動成功返回當前位置，否則返回－1。

表11.2fseek中的基準位置參數取值11.4.2隨機讀/寫文件

例11.5

在磁盤文件中存有10個學生的數據，要求讀取第1、3、5、7、9個學生數據并在屏幕上顯示。

編程思路：實現問題要求，需經過以下步驟。

(1)利用例11.4程序建立10個學生數據文件；

(2)按“二進制只讀”方式打開學生數據文件，準備從文件中讀取數據；

(3)將文件位置指針指向文件開頭，讀取第一個學生數據，輸出到屏幕上；

(4)分別使文件位置指針指向第3、5、7、9個學生數據區(qū)的開始位置，讀取一個學生數據，并輸出到屏幕上。運行結果：

分析：本例是在例11.4程序建立的學生數據文件的基礎上，用“fopen("stu.dat","rb")”打開文件，即以“二進制只讀”方式打開文件；采用步長為2的循環(huán)和“i*sizeof(structstudent)”確定讀/寫位置偏移量，使位置指針指向第1、3、5、7、9個學生數據；把學生數據讀入到結構體數組中，然后再按結構體數組元素輸出。

11.5文件讀/寫的出錯檢測

1．錯誤檢測函數ferror