C语言文件操作全指南：文件读写、随机访问与缓冲区机制

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「 每日一句 · Daily Quote 」

“伟大的成就，唯一的方法就是热爱你所做的事。”
— 史蒂夫·乔布斯

前言

程序运行时的数据存储在内存中，一旦退出便会丢失。若想实现数据的持久化保存，就必须借助文件。本文将从文件的基本概念入手，介绍文本文件与二进制文件的区别，讲解文件指针、流的原理，详解fopen、fclose及各类读写函数（fgetc/fputc、fgets/fputs、fscanf/fprintf、fread/fwrite），并探讨fseek等随机读写操作及文件结束判定方法，最后揭示文件缓冲区的作用。掌握这些，你就能在C语言中灵活应对各种数据持久化场景。

一、为什么使用文件？

如果没有文件，我们写的程序的数据是存储在电脑的内存中，如果程序退出，内存回收，数据就丢失了，等再次运行程序，是看不到上次程序的数据的，如果要将数据进行持久化的保存，我们可以使用文件

二、什么是文件？

磁盘（硬盘）上的文件是文件。
但是在程序设计中，我们一般谈的文件有两种：程序文件、数据文件（从文件功能的假度来分类的）。

2.1. 程序文件

程序文件包括源程序文件（后缀为.c）,目标文件（windows环境后缀为.obj）,可执行程序（windows环境后缀为.exe）。

2.2. 数据文件

文件的内容不一定是程序，而是程序运行时读写的数据，比如程序运行需要从中读取数据的文件，或者输出内容的文件。

本章讨论的是数据文件。

在以前各章所处理数据的输入输出都是以终端为对象的，即从终端的键盘输入数据，运行结果显示到显示器上。

其实有时候我们会把信息输出到磁盘上，当需要的时候再从磁盘上把数据读取到内存中使用，这里处理的就是磁盘上文件。

2.3. 文件名

一个文件要有一个唯一的文件标识，以便用户识别和引用。
文件名包含3部分：文件路径+文件名主干+文件后缀
例如:c:\code\test.txt
为了方便起见，文件标识常被称为文件名

三、二进制文件和文本文件

根据数据的组织形式，数据文件被称为文本文件和二进制文件。
数据在内存中以二进制的形式存储，如果不加转换的输出到外存的文件中，就是二进制文件。

一个数据在文件中是怎么存储的呢？
字符一律以ASCII形式存储，数值型数据既可以用ASCII形式存储，也可以使用二进制形式存储。
如有整数10000，如果以ASCII码的形式输出到磁盘，则磁盘中占用5个字节（每个字符一个字节），而二进制形式输出，则在磁盘上只占4个字节。

测试代码：

#include<stdio.h>intmain(){inta=10000;FILE*pf=fopen("test.txt","wb");fwrite(&a,4,1,pf);//二进制的形式写到文件中fclose(pf);pf=NULL;return0;}

在VS上打开二进制文件：

四、文件的打开和关闭

4.1 流和标准流

4.1.1 流

我们程序的数据需要输出到各种外部设备，也需要从外部设备获取数据，不同的外部设备的输入输出操作各不相同，为了方便程序员对各种设备进行方便的操作，我们抽象出了流的概念，我们可以把流想象成流淌着字符的河。
C程序针对文件、画面、键盘等的数据输入输出操作都是通过流操作的。
一般情况下，我们要想向流里写数据，或者从流中读取数据，都是要打开流，然后操作。

4.1.2 标准流

那为什么我们从键盘输入数据,向屏幕上输出数据,并没有打开流呢?
那是因为C语言程序在启动的时候，默认打开了3个流：

• stdin- 标准输入流,在大多数的环境中从键盘输入，scanf函数就是从标准输入流中读取数据。
• stdout- 标准输出流,大多数的环境中输出至显示器界面，printf函数就是将信息输出到标准输出流中。
• stderr- 标准错误流，大多数环境中输出到显示器界面。

这是默认打开了这三个流，我们使用scanf、printf等函数就可以直接进行输入输出操作的。

stdin、stdout、stderr三个流的类型是：FILE *，通常称为文件指针。
C语言中,就是通过FILE *的文件指针来维护各种流操作的.

4.2 文件指针

缓冲文件系统中，关键的概念是“文件类型指针”，简称“文件指针”。
每个被使用的文件都在内存中开辟了一个相应的文件信息区,用来存放文件的相关信息（如文件的名字，文件状态及文件当前的位置等）.这些信息是保存在一个结构体变量中的。该结构体类型是由系统声明的，取名FILE.

例如，VS2013编译环境提供的stdio.h头文件中有以下的文件类型申明：

struct_iobuf{char*_ptr;int_cnt;char*_base;int_flag;int_file;int_charbuf;int_bufsiz;char*_tmpfname;};typedefstruct_iobufFILE;

不同的C编译器的FILE类型包含的内容不完全相同，但是大同小异。
每当打开一个文件的时候，系统会根据文件的情况自动创建一个FILE结构的变量，并填充其中的信息，使用者者不必关心细节。
一般都是通过一个FILE的指针来维护这个FILE结构的变量，这样使用起来更加方便。下面我们可以创建⼀个FILE*的指针变量:

FILE*pf;//⽂件指针变量

定义pf是一个指向FILE类型数据的指针变量。可以使pf指向某个文件的文件信息区（是一个结构体变量）。通过该文件信息区中的信息就能够访问该文件。也就是说，通过文件指针变量能够间接找到与它关联的文件。
比如：

4.3 文件的打开和关闭

文件在读写之前应该先打开文件，在使用结束之后应该关闭文件。
在编写程序的时候，在打开文件的同时，都会返回⼀个FILE*的指针变量指向该文件，也相当于建立了指针和文件的关系。
ANSI C规定使⽤fopen函数来打开文件，fclose来关闭文件。

//打开文件FILE*fopen(constchar*filename,constchar*mode);//关闭文件intfclose(FILE*stream);

mode表示文件的打开模式，下面都是文件的打开模式：

实例代码：

/* fopen fclose example */#include<stdio.h>intmain(){FILE*pFile;//打开文件pFile=fopen("myfile.txt","w");//文件操作if(pFile!=NULL){fputs("fopen example",pFile);//关闭文件fclose(pFile);}return0;}}

1. 打开文件：使用fopen函数以写入模式 ("w") 打开名为myfile.txt的文件，并返回一个指向该文件的文件指针pFile。
2. 校验指针：通过if (pFile!=NULL)判断文件是否成功打开。如果打开失败，fopen会返回NULL，此时应避免进行后续操作。
3. 写入数据：使用fputs函数向文件中写入字符串"fopen example"。
4. 关闭文件：使用fclose函数关闭文件指针，释放系统资源。这是文件操作中非常重要的一步，以确保数据完整写入并防止内存泄漏。

五、文件的顺序读写

5.1 顺序读写函数介绍

上面说的适用于所有输入流一般指适用于标准输入流和其他输入流（如文件输入流）；所有输出流一般指适用于标准输出流和其他输出流（如文件输出流）。

5.2 对比两组函数

这两组函数的核心区别在于数据源（输入）与目的地（输出）的介质不同。

• scanf/fscanf/sscanf
  scanf: 标准输入(stdin),从键盘或终端读取用户输入
  fscanf: 文件流(FILE*), 从磁盘文件中读取结构化数据.
  sscanf: 字符缓冲区(char),从已有字符串中提取,解析特定字符数据

核心差异点
1.scanf隐式固定的源为stdin。
2.fscanf需要显式传入文件指针stream，读取时文件指针会向后移动。
3.sscanf从内存中的只读字符串str开始解析，多次调用若str不变，解析结果完全相同（除非手动移动指针）。

• printf/fprintf/sprintf
  printf: 标准输出(stdout), 将格式化数据打印到电脑屏幕
  fprintf: 文件流(FILE*),将结构化数据写入磁盘文件
  sprintf: 字符缓冲区(char*),将多种类型的组合,拼接成一个字符串.

核心差异点
1.printf: 隐式固定的目的地为标准输出（stdout）。
2.fprintf: 需显式指定文件流（FILE*），常用于向文件或标准错误（stderr）输出结构化数据。
3.sprintf: 目的地为字符串缓冲区（char*），用于将格式化数据组合拼接至内存空间。

六、 文件的随机读写

6.1 fseek

根据文件指针的位置和偏移量来定位文件指针（文件内容的光标）

intfseek(FILE*stream,longintoffset,intorigin);

stream: 指向已打开文件的文件指针。
offset: 相对基准位置的偏移量（字节数）。正数表示向后移动，负数表示向前移动。
origin: 基准位置（起始参考点），必须为以下三个宏之一：

• SEEK_SET：文件开头（偏移量以文件起始处计，offset 通常大于等于 0）。
• SEEK_CUR：文件当前位置（以当前光标所在位置计）。
• SEEK_END：文件末尾（以文件结尾处计，offset 通常小于等于 0）。

返回值

• 0：定位成功。
• 非零值（通常为 -1）：定位失败。

例子：

/* fseek example */#include<stdio.h>intmain(){FILE*pFile;pFile=fopen("example.txt","wb");fputs("This is an apple.",pFile);fseek(pFile,9,SEEK_SET);fputs(" sam",pFile);fclose(pFile);return0;}

最终内容

This is a sample.

6.2 ftell

功能: 返回文件指针相对于起始位置的偏移量

longintftell(FILE*stream);

例子:

1/* ftell example : getting size of a file */2#include<stdio.h>34intmain()5{6FILE*pFile;7longsize;8pFile=fopen("myfile.txt","rb");9if(pFile==NULL)10perror("Error opening file");11else12{13fseek(pFile,0,SEEK_END);// non-portable14size=ftell(pFile);15fclose(pFile);16printf("Size of myfile.txt: %ld bytes.\n",size);17}18return0;19}

6.3 rewind

功能：将文件指针移动到文件开头，同时还会清除该文件流的错误标志和 EOF（文件结尾）标志。

voidrewind(FILE*stream);

例子:

1/* rewind example */2#include<stdio.h>34intmain()5{6intn;7FILE*pFile;8charbuffer[27];910pFile=fopen("myfile.txt","w+");11for(n='A';n<='Z';n++)12fputc(n,pFile);13rewind(pFile);1415fread(buffer,1,26,pFile);16fclose(pFile);1718buffer[26]='\0';19printf(buffer);20return0;21}

七、文件读取结束的判定

7.1 被错误使用的feof

牢记：在文件读取过程中，不能用feof函数的返回值直接来判断文件的是否结束。
feof的作用是：当文件读取结束的时候，判断读取结束的原因是否是：遇到文件尾结束。

1. 文本文件读取是否结束，判断返回值是否为EOF（fgetc），或者NULL（fgets）
   例如:

• fgetc判断是否为EOF.
• fgets判断返回值是否为NULL.
  2.二进制文件的读取结束判断，判断返回值是否小于实际要读的个数。
  例如:
• fread判断返回值是否小于实际要读的个数。

文本文件的例子：

1#include<stdio.h>2#include<stdlib.h>34intmain(void)5{6intc;// 用于接收 fgetc 的返回值（必须为 int 类型）7FILE*fp=fopen("test.txt","r");// 以只读模式打开文本文件8if(!fp){9perror("File opening failed");// 打开失败输出错误原因10returnEXIT_FAILURE;// 返回异常退出状态码11}1213// 标准 C 语言逐字符读取文本文件循环14while((c=fgetc(fp))!=EOF)15{16putchar(c);// 将字符打印到控制台17}1819// 循环结束后，判断导致退出循环的具体原因20if(ferror(fp))21puts("I/O error when reading");// 发生了 I/O 错误22elseif(feof(fp))23puts("End of file reached successfully");// 正常到达文件末尾2425fclose(fp);// 关闭文件句柄26}

二进制文件的例子：

1#include<stdio.h>2#include<stdlib.h>34intmain(void)5{6intc;// 用于接收 fgetc 的返回值（必须为 int 类型）7FILE*fp=fopen("test.txt","r");// 以只读模式打开文本文件8if(!fp){9perror("File opening failed");// 打开失败输出错误原因10returnEXIT_FAILURE;// 返回异常退出状态码11}1213// 标准 C 语言逐字符读取文本文件循环14while((c=fgetc(fp))!=EOF)15{16putchar(c);// 将字符打印到控制台17}1819// 循环结束后，判断导致退出循环的具体原因20if(ferror(fp))21puts("I/O error when reading");// 发生了 I/O 错误22elseif(feof(fp))23puts("End of file reached successfully");// 正常到达文件末尾2425fclose(fp);// 关闭文件句柄26}

八、文件缓冲区

ANSI C 标准采用“缓冲文件系统”处理数据文件的，所谓缓冲文件系统是指系统自动地在内存中为程序中每一个正在使用的文件开辟一块“文件缓冲区”。从内存向磁盘输出数据会先送到内存中的缓冲区，装满缓冲区后才一起送到磁盘上。如果从磁盘向计算机读入数据，则从磁盘文件中读取数据输入到内存缓冲区（充满缓冲区），然后再从缓冲区逐个地将数据送到程序数据区（程序变量等）。缓冲区的大小根据C编译系统决定的。
![[Pasted image 20260724002511.png]]

#include<stdio.h>#include<windows.h>//VS2022 WIN11环境测试intmain(){FILE*pf=fopen("test.txt","w");fputs("abcdef",pf);//先将代码放在输出缓冲区printf("睡眠10秒-已经写数据了，打开test.txt文件，发现文件没有内容\n");Sleep(10000);printf("刷新缓冲区\n");fflush(pf);//刷新缓冲区时，才将输出缓冲区的数据写到文件（磁盘）//注：fflush 在高版本的VS上不能使用了printf("再睡眠10秒-此时，再次打开test.txt文件，文件有内容了\n");Sleep(10000);fclose(pf);//注：fclose在关闭文件的时候，也会刷新缓冲区pf=NULL;return0;}

这里可以得出一个结论：
因为有缓冲区的存在，C语言在操作文件的时候，需要做刷新缓冲区或者在文件操作结束的时候关闭文件。
如果不做，可能导致读写文件的问题。

总结

以上就是本篇博客的核心内容。我们学习了文件的概念与分类（程序文件/数据文件、文本文件/二进制文件），理解了流与标准流（stdin/stdout/stderr）及文件指针FILE*的用法。通过fopen打开文件、fclose关闭文件，并借助fgetc、fputs、fprintf、fread等函数实现顺序读写，通过fseek、ftell、rewind实现随机定位。特别强调了正确使用feof与ferror判断文件结束，最后剖析了缓冲文件系统对读写效率的影响。文件操作是C语言与外部存储交互的桥梁，掌握它对系统编程至关重要。