C 语言文件操作

若要把计算结果、用户设置或日志等保存下来，供本程序下次运行或其他程序使用，应把数据写入磁盘上的文件，并在需要时再从文件中读回。仅存放在内存（如局部变量、未写盘的缓冲区）中的内容，在程序正常结束或异常退出后通常会丢失。C 语言通过 stdio.h 中的文件流接口完成文本与二进制文件的打开、读写与关闭。打开失败时的处理见错误处理；结构体二进制读写须注意对齐与填充。

使用文件的目的

• 持久化：程序退出后数据仍可保留。
• 批量数据：大量记录可一次读入处理，无需交互输入。
• 可移植性：通过复制文件在不同环境间迁移数据。

文本文件与二进制文件

文本文件

以字符形式存储，可用普通文本编辑器查看；可读性好，体积与解析开销相对较大。

二进制文件

按内存中的字节序列直接存储；不可直接阅读，但适合保存数值数组或结构体块。

操作文件时通常使用指向 FILE 的指针作为句柄：

FILE *fptr;

打开文件：fopen()

FILE * fopen(const char *file_name, const char *access_mode);

应始终检查返回值；NULL 表示打开失败：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(void) {
    FILE *fptr;

    fptr = fopen("filename.txt", "r");
    if (fptr == NULL) {
        printf("The file is not opened.\n");
        exit(1);
    }
    return 0;
}

输出：

The file is not opened.

若当前目录不存在 filename.txt，以 r 模式打开将失败。以 w 模式可在不存在时创建文件：

FILE *fptr = fopen("file.txt", "w");
if (fptr == NULL)
    printf("The file is not opened.\n");
else
    printf("The file is created successfully.\n");

在 Windows 路径字符串中，反斜杠应写成 \\，例如 "E:\\cprogram\\new.txt"。

写文本文件：fprintf() 和 fputs()

fprintf 在格式上与 printf 相同，额外接受文件指针；fputs 写入一行字符串（不含自动换行，需自行写入 \n）。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(void) {
    FILE *fptr;
    char data[50] = "This is a line of text.";

    fptr = fopen("file.txt", "w");
    if (fptr == NULL) {
        printf("The file is not opened.\n");
        exit(1);
    }

    fputs(data, fptr);
    fputs("\n", fptr);
    fprintf(fptr, "The number is %d\n", 42);

    fclose(fptr);
    return 0;
}

从标准输入读入数值再写入文件的示例：

int num;
FILE *fptr = fopen("program.txt", "w");
if (fptr == NULL) { printf("Error!\n"); exit(1); }

printf("Enter num: ");
scanf("%d", &num);
fprintf(fptr, "%d", num);
fclose(fptr);

读文本文件：fscanf() 和 fgets()

fscanf 对应 scanf；fgets 每次读取一行，适合循环读取直至返回 NULL。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(void) {
    FILE *fptr;
    char data[50];

    fptr = fopen("file.txt", "r");
    if (fptr == NULL) {
        printf("file.txt failed to open.\n");
        exit(1);
    }

    while (fgets(data, 50, fptr) != NULL) {
        printf("%s", data);
    }

    fclose(fptr);
    return 0;
}

• 每次读取后，文件位置指针自动前移。
• 到达文件尾时，fgets 返回 NULL，循环应据此结束。

int num;
FILE *fptr = fopen("program.txt", "r");
if (fptr == NULL) { printf("Error! opening file\n"); exit(1); }

fscanf(fptr, "%d", &num);
printf("Value of n = %d\n", num);
fclose(fptr);

关闭文件：fclose()

fclose(fptr);

未关闭的流可能导致缓冲区未刷新或句柄泄漏，长期运行的程序应确保配对关闭。

定位：fseek()、rewind()、ftell()

fseek(fptr, offset, whence);

fputs(data, fptr);
fputs("\n", fptr);
fseek(fptr, -6, SEEK_END);
fputs("new text", fptr);
fclose(fptr);

• rewind(fptr)：将位置设回文件开头。
• ftell(fptr)：返回当前偏移量。

二进制读写：fwrite() 和 fread()

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

• ptr：缓冲区地址
• size：每个元素的字节数
• nmemb：元素个数
• stream：文件指针

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

struct threeNum {
    int n1, n2, n3;
};

int main(void) {
    int n;
    struct threeNum num;
    FILE *fptr;

    fptr = fopen("binaryFile.bin", "wb");
    if (fptr == NULL) { printf("Error! opening file\n"); exit(1); }

    for (n = 1; n < 5; ++n) {
        num.n1 = n;
        num.n2 = 5 * n;
        num.n3 = 5 * n + 1;
        fwrite(&num, sizeof(struct threeNum), 1, fptr);
    }
    fclose(fptr);

    fptr = fopen("binaryFile.bin", "rb");
    if (fptr == NULL) { printf("Error! opening file\n"); exit(1); }

    for (n = 1; n < 5; ++n) {
        fread(&num, sizeof(struct threeNum), 1, fptr);
        printf("n1: %d\tn2: %d\tn3: %d\n", num.n1, num.n2, num.n3);
    }
    fclose(fptr);
    return 0;
}

输出：

n1: 1	n2: 5	n3: 6
n1: 2	n2: 10	n3: 11
n1: 3	n2: 15	n3: 16
n1: 4	n2: 20	n3: 21

结合 fseek 可从文件尾部向前按记录大小逐步读取：

fseek(fptr, -sizeof(struct threeNum), SEEK_END);
for (n = 1; n < 5; ++n) {
    fread(&num, sizeof(struct threeNum), 1, fptr);
    printf("n1: %d\tn2: %d\tn3: %d\n", num.n1, num.n2, num.n3);
    fseek(fptr, -2 * sizeof(struct threeNum), SEEK_CUR);
}

常用函数一览

文件操作的一般步骤为：打开并检查返回值、读写、关闭。本节为持久化数据打下基础；下一节讨论多维数组在内存中的布局与用法。