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開啟掘金成長之旅！這是我參與「掘金日新計劃 · 2 月更文挑戰」的第 9 天，點選檢視活動詳情

一、為什麼使用檔案？

我們前面學習結構體時，寫了通訊錄的程式，當通訊錄執行起來的時候，可以給通訊錄中增加、刪除資料，此時資料是存放在記憶體中，當程式退出的時候，通訊錄中的資料自然就不存在了，等下次執行通訊錄程式的時候，資料又得重新錄入，如果使用這樣的通訊錄就很難受

所以就想到了通訊錄就應該把資訊記錄下來，只有我們自己選擇刪除資料的時候，資料才不復存在。這就涉及到了資料持久化的問題，我們一般資料持久化的方法有，把資料存放在【磁碟檔案】、存放到【資料庫】等方式

二、什麼是檔案？

==磁碟上的檔案是檔案==

但是在程式設計中，我們一般談的檔案有兩種：程式檔案、資料檔案（從檔案功能的角度來分類的）

1、程式檔案

包括源程式檔案（字尾為.c）,目標檔案（windows環境字尾為.obj）,可執行程式（windows環境字尾為.exe）。 - 【程式檔案】一般指的是我們建立工程時所編寫的程式碼，也就想下面這個【test.c】一樣

2、資料檔案

檔案的內容不一定是程式，而是程式執行時讀寫的資料，比如程式執行需要從中讀取資料的檔案，或者輸出內容的檔案。 - 【資料檔案】一般指通過程式去操縱的那個檔案

- 就想上面的這個【test.txt】就是一個數據檔案，通過【test.exe】執行起來時，記憶體中有有了資料，此時我們可以將資料寫到這個【test.txt】中，自然也可以從這個檔案中讀取資料到記憶體中

3、檔名

一個檔案要有一個唯一的檔案標識，以便使用者識別和引用

• 檔名包含3部分：檔案路徑+檔名主幹+檔案字尾
• [x] 例如：c:\code\test.txt
• 為了方便起見，檔案標識常被稱為檔名。

三、檔案的開啟和關閉

1、檔案指標

緩衝檔案系統中，關鍵的概念是“檔案型別指標”，簡稱“檔案指標”

• 每個被使用的檔案都在記憶體中開闢了一個相應的檔案資訊區，用來存放檔案的相關資訊（如檔案的名字，檔案狀態及檔案當前的位置等）。這些資訊是儲存在一個結構體變數中的。該結構體型別是有系統宣告的，取名【FILE】

例如，VS2019編譯環境提供的 stdio.h 標頭檔案中有以下的檔案型別申明：

c struct _iobuf { char *_ptr; int _cnt; char *_base; int _flag; int _file; int _charbuf; int _bufsiz; char *_tmpfname; }; typedef struct _iobuf FILE; FILE* pf;//檔案指標變數 - 不同的C編譯器的FILE型別包含的內容不完全相同，但是==大同小異==。每當開啟一個檔案的時候，系統會根據檔案的情況自動建立一個FILE結構的變數，並填充其中的資訊，使用者不必關心細節 - 一般都是通過一個FILE的指標來維護這個FILE結構的變數，這樣使用起來更加方便。我們來看看如何建立一個FILE*的指標變數

c FILE* pf;//檔案指標變數 - 定義pf是一個指向FILE型別資料的指標變數。可以使pf指向某個檔案的檔案資訊區（是一個結構體變數）。通過該檔案資訊區中的資訊就能夠訪問該檔案。也就是說，通過檔案指標變數能夠找到與它關聯的檔案

2、檔案的開啟和關閉【⭐】

接下去來講講有關檔案的開啟和關閉，如果說上面都是理論基礎，那麼這一塊的話就要涉及到程式碼了，所以豎起耳朵:ear:哦

首先舉兩個栗子🌰C語言中檔案的開啟、操作、關閉的流程基本就是下面這樣，可做參考 注：檔案在讀寫之前應該先開啟檔案，在使用結束之後應該關閉檔案 - ANSIC 規定使用fopen函式來開啟檔案，fclose來關閉檔案。顯示如何開啟和關閉檔案的個格式

c //開啟檔案 FILE * fopen ( const char * filename, const char * mode ); //關閉檔案 int fclose ( FILE * stream );

• 下面是檔案的一些開啟方式，有很多的操作，大家挑重點記就行

==注：a即append(追加)；b即binary(二進位制)==

| 檔案使用方式 | 含義 | 如果指定檔案不存在 | |--|--|--| | 【重點】“r”（只讀） | 為了輸入資料，開啟一個已經存在的文字檔案 | 出錯 | | 【重點】“w”（只寫）| 為了輸出資料，開啟一個文字檔案 | 建立一個新的檔案 | | 【重點】“a”（追加） | 向文字檔案尾新增資料 | 建立一個新的檔案 | | rb”（只讀） | 為了輸入資料，開啟一個二進位制檔案 | 出錯 | | “wb”（只寫） | 為了輸出資料，開啟一個二進位制檔案 | 建立一個新的檔案 | |“ab”（追加） | 向一個二進位制檔案尾新增資料 | 出錯 | |“r+”（讀寫） | 為了讀和寫，開啟一個文字檔案 | 出錯 | | “w+”（讀寫） | 為了讀和寫，建議一個新的檔案 | 建立一個新的檔案 | | “a+”（讀寫） | 開啟一個檔案，在檔案尾進行讀寫 | 建立一個新的檔案 | |“rb+”（讀寫） | 為了讀和寫開啟一個二進位制檔案 | 出錯 | | “wb+”（讀寫） | 為了讀和寫，新建一個新的二進位制檔案 | 建立一個新的檔案 | | “a+”（讀寫） | 開啟一個二進位制檔案，在檔案尾進行讀寫 | 建立一個新的檔案 |

例：

```c int main(void) { //開啟檔案 FILE* pf = fopen("test.txt", "w"); if (NULL == pf) { perror("fail fopen"); return 1; }

//寫檔案

//關閉檔案
fclose(pf);
pf = NULL;      //防止野指標
return 0;

} ```

四、檔案的順序讀寫【重點掌握】

接下去我們來聊聊有關檔案的順序讀寫操作，首先要說的就是一些重要的庫函式

1、8個重要的庫函式

下面的8個庫函式都很重要，大家最好都要記住，而且對於它們的用法也要熟知 | 功能 | 函式名 | 適用於 | |--|--|--| | 字元輸入函式【讀】 | fgetc | 所有輸入流 | | 字元輸出函式【寫】 | fputc | 所有輸出流 | | 文字行輸入函式【讀】 | fgets | 所有輸入流 | | 文字行輸出函式【寫】 | fgets | 所有輸入流 | | 格式化輸入函式【讀】 | fscanf| 所有輸入流 | | 格式化輸出函式【寫】 | fprintf| 所有輸入流 | | 二進位制輸入【讀】 | fread| 檔案 | | 二進位制輸入【寫】 | fwrite | 檔案 |

對於上面的這些函式的使用最關鍵的一點就是：【讀】對應的輸入流，【寫】對應的輸出流 - 在初識C語言時，我們學習了【scanf】和【printf】，只要瞭如何從鍵盤讀取資料，然後將資料顯示在螢幕上

- 現在我們可以從鍵盤、螢幕過渡到檔案，也可以從檔案讀、寫資料

接下去就讓我們來一一認識一下他們吧

1.1 單字元輸入輸出【fputc和fgetc】

這連個比較簡單，我一說你就能懂

• 首先我們去cplusplus裡面找到這兩個函式的描述

好，有了一個基本的瞭解後，我們就到VS2019中去實操一下

• 首先是寫檔案，我們往【test.txt】中寫一個字元a進去 c //寫檔案 fputc('a', pf);
• 既然能寫一個，那我們多寫幾個試試

- 那我們能不能將26個字母都寫進去呢？當然是可以的，不過不是這麼一句一句寫，要用迴圈來寫

c for (int i = 0; i < 26; ++i) { fputc('a' + i, pf); }

• 可以寫資料了，那能不能將我們寫進去的內容再讀出來呢，這就要用到 fgetc() 了，而且在開啟檔案的時候要以【讀】也就是【r】的形式開啟
• 既然是讀取資料，那我們就要去接收讀到的這個資料，剛才看到這個庫函式的返回值是【int】，所以我們就這麼去接收

c int ch = fgetc(pf); printf("讀出來的字元為：%c\n", ch); - 能讀一個，那也能讀多個，我們多讀幾個試試

c int ch = fgetc(pf); printf("讀出來的字元為：%c\n", ch); ch = fgetc(pf); printf("讀出來的字元為：%c\n", ch); ch = fgetc(pf); printf("讀出來的字元為：%c\n", ch);

- 然後我們再把這26個字母都讀出來試試

c for (int i = 0; i < 26; ++i) { printf("%c ", fgetc(pf)); } printf("\n");

- 但是呢，我們平常在讀取檔案中內容的時候，並不知道里面有什麼東西，有多少東西，因此應該寫一個通過的程式，才能適應更多的情況 - 我們再仔細看看fgetc的簡述。可以看到當它讀到檔案末尾的時候便會返回EOF，即End Of File（檔案結束）

- 此時我們就可以將程式碼寫成這樣。將for迴圈改為while迴圈 c int ch = 0; while ((ch = fgetc(pf)) != EOF) { printf("%c ", ch); } printf("\n"); 可以看到，一樣是可以顯示出來的

1.2 文字行輸入輸出【fputs和fgets】

接下來說說有關文字行的輸入輸出 - 首先來了解一下這個兩個函式

• 然後我們像向檔案中寫入一個字串試試

- 接下去多寫幾行試試

• 可以寫東西進去了，接下去一樣，將我們寫的東西讀出來試試
• 可以看到，我這裡初始化一個數組開始讀取，在讀取結束之後DeBug和顯示視窗都可以看到只有四個字元，並沒有5個，這是為什麼呢？似乎是讀到了一個換行符

- 我們再仔細地觀察一個這個函式

- 看了一些官方文件的描述，應該清楚為什麼會只有四個了吧， - [x] 若是最大字元數num < 本行的字元數，那麼就會顯示【num - 1】個，最後一個給到【\0】，也就是對於字串而言的結束符 - [x] 若是最大字元數num > 本行的字元數，那麼除了顯示本行的所有字元之外，還會讀入一個換行符，接著就不會往下讀了。若是需要讀取下一行資料，則需要再次使用這個函式進行讀取

1.3 格式化輸入輸出【fprintf和fscanf】

接下去來看看有關檔案格式化的輸入輸出

• 看到這個【fprintf】和【fscanf】是不是又想起來我們之前學的【printf】和【scanf】呢，我們對其進行一個對比。如下圖所示
• 既然是進行格式化的輸入輸出，那我們就來嘗試寫一些不同格式的內容到檔案裡去，這裡直接定義一個結構體 c typedef struct student { char name[20]; int height; float score; }st;

c st s = { "zhangsan", 175, 95.5 }; //寫檔案 fprintf(pf, "%s %d %f", s.name, s.height, s.score); - 可以看到，就寫進去了

• 然後還是一樣，我們要將其讀出來

1.4 二進位制輸入輸出【fwrite和fread】

最後我們來看看有關二進位制的讀與寫操作

• 首先來完整地瞭解一下它們該如何操作

- 看了這些解釋之後相信你對二進位制檔案的讀寫有了一個基本的概念，接下去我們通過程式碼來鞏固一下

溫馨提示：寫二進位制檔案用【wb】，讀二進位制檔案用【rb】

• 可以看到檔案中是寫入了一些資料，但是呢寫進去的東西是亂碼的樣子，看不太懂

- 不要急，因為我們以二進位制的形式寫入，自然也要使用二進位制的形式讀出

2、拓展：預設開啟的三個流

這裡給大家拓展一個小知識，也就是對於任何一個C語言程式，只要執行起來，就會預設地開啟三個流 - [x] stdin - 標準輸入流 - 鍵盤 - [x] stdout - 標準輸出流 - 螢幕 - [x] stderr - 標準輸錯誤 - 螢幕

通過觀看原始碼可以知曉，他們都是以巨集定義的形式存放在記憶體中的，之前我們說過，對於巨集定義而言是在程式開始之前就定義好的，也就是當程式執行起來之後，那它們就會存在了

然後我們去程式中執行一下試試

c int ch = fgetc(stdin); fputc(ch, stdout); - 然後可以看到，我們確實可以使用【stdin】和【stdout】這兩個流來進行輸入和輸出

c int ch = 0; fscanf(stdin, "%c", &ch); fprintf(stdout, "%c", ch);

3、對比一組函式【💪】

• 上面講到了8個有關檔案順序讀寫的庫函式，接下去給大家對比一下一組函式
• [x] scanf / fscanf / sscanf
• [x] printf / fprintf / sprintf

- 主要還是來看看【sprintf】和【sscanf】這兩個新面貌

• 接下去我們通過程式碼來看看是不是真的可以實現

```c char buf[100] = { 0 }; st s = { "zhangsan", 170, 95.5f }; st tmp = { 0 };

//能否將這個結構體的成員轉化為字串 sprintf(buf, "%s %d %f", s.name, s.height, s.score); printf("%s\n", buf);

//能否將這個字串中內容還原為一個結構體資料呢 sscanf(buf, "%s %d %f", tmp.name, &(tmp.height), &(tmp.score));

printf("%s %d %f", tmp.name, tmp.height, tmp.score); ``` - 可以看到，我將一個結構體資料以格式化的形式寫到了一個字串中，然後又從這個字串中以格式化的形式讀取資料到一個結構體變數中，這麼轉換來轉換去，完全沒有問題。你也可以自己去試試

• 那可能這麼講還是有點抽象，我們通過一個現實中開發的場景再來描述一下。比如說前端給到使用者一個收集資訊的表單，使用者輸入資料之後呢，==前端==就將這些資訊用“+”號做了一個拼接給到==後端==，後端呢為了要識別這些資訊，一定會建立一個結構體，裡面包含這些資訊的，這個時候就可以使用到我們上面所說的【sscanf】以格式化的方式去讀取這個字串了，然後就可以解析出使用者的這些資料，然後去進行一個處理了
• 當然在現實的軟體開發中，是不會這麼去做的，因為有現成封裝的API可以呼叫，庫裡面會提供一個【序列化/反序列化】的API可以呼叫，開發者無需考慮其底層的實現

五、檔案的隨機讀寫

說完了檔案的順序讀寫，接下去我們來講講有關檔案的隨機讀寫，這裡我會【象徵性】地介紹三個有代表性的函式，其他不常用到的我就不介紹了

1、fseek

根據檔案指標的位置和偏移量來定位檔案指標 - 首先來看看它的相關介紹 - 可以看到，最重要的還是最後的那個引數，因為有三個選項可以使用。我會一一介紹 - 然後通過程式碼我們再來實現一下這個功能。首先看到是使用到了【SEEK_SET】從檔案的起始位置開始偏移，因為檔案的起始是從第一個字元開始，向後偏移三位就到了【d】的位置

- 接下來我們再來看一種。剛才是從前往後偏移，現在則是從後往前偏移，那就要使用到【SEEK_END】

• 最後一個是【SEEK_CUR】，也就是從當前位置向後偏移

==補充一個實際案例== c FILE* pFile; pFile = fopen("example.txt", "wb"); fputs("This is an apple.", pFile); fseek(pFile, 9, SEEK_SET); fputs(" sam", pFile); fclose(pFile); - 可以看到這裡使用了【fseek】，將檔案指標偏移到了一個位置，然後從這個位置開始寫了一個字串，執行之後開啟檔案可以發現裡面的英文句子就發現了變化

2、ftell

返回檔案指標相對於起始位置的偏移量

- 這個很簡單，就是返回當前檔案指標所在流中的位置

==補充一個實際案例== c FILE* pFile; long size; pFile = fopen("myfile.txt", "rb"); if (pFile == NULL) perror("Error opening file"); else { fseek(pFile, 0, SEEK_END); //non-portable size = ftell(pFile); fclose(pFile); printf("Size of myfile.txt: %ld bytes.\n", size); } - 這個案例很巧妙地結合了我們上面所學過的【fseek】和【ftell】，求出了這個檔案的位元組大小

3、rewind

讓檔案指標的位置回到檔案的起始位置

- 可以看到，我們又讀到了a，表明檔案指標pf確實回到到了起始位置

==補充一個實際案例== ```c int n; FILE* pFile; char buffer[27]; pFile = fopen("myfile.txt", "w+"); for (n = 'A'; n <= 'Z'; n++) fputc(n, pFile);

rewind(pFile); //當檔案指標pFile重新回到起始位置 fread(buffer, 1, 26, pFile); //通過檔案指標讀入26個字母到buffer字元陣列中 fclose(pFile); buffer[26] = '\0'; //'\0'表示字串的結束位置 puts(buffer); ``` - 這個案例就是將1~26個大寫英文字母寫入檔案，然後在讓檔案指標回到起始位置，在使用二進位制的讀取方式將檔案中的內容讀取到字元陣列中，最後為字串設定結束標誌，打印出來便是檔案中寫入的內容

六、文字檔案和二進位制檔案

接下去我們來談談文字檔案和二進位制檔案

• 【二進位制檔案】：資料在記憶體中以二進位制的形式儲存。不加轉換的輸出到外存
• 【文字檔案】：以ASCII字元的形式儲存的檔案。在外存上以ASCII碼的形式儲存，則需要在儲存前轉換

字元一律以ASCII形式儲存，數值型資料既可以用ASCII形式儲存，也可以使用二進位制形式儲存 上面就是一個十進位制的數值10相關的兩種儲存形式，我測試了一下，以二進位制的形式存放到檔案裡只佔4個位元組，但是以ASCLL碼的形式存放到檔案裡就需要佔5個位元組

• 接下去我們通過下面這段程式碼來看看二進位制的儲存形式 c int main() { int a = 10000; FILE* pf = fopen("test.txt", "wb"); fwrite(&a, 4, 1, pf);//二進位制的形式寫到檔案中 fclose(pf); pf = NULL; return 0; }

七、檔案讀取結束的判定

牢記：在檔案讀取過程中，不能用feof函式的返回值直接用來判斷檔案的是否結束

1、被錯誤使用的eof

去網上看很多的程式碼可以發現，大家幾乎都錯誤地使用了【feof】這個函式，認為它和==EOF==一樣就是用來判斷檔案是否結束，但是並不是這樣，我們一起來探究一下這個函式

• 從中我們可以知曉【feof】應用於當檔案讀取結束的時候，判斷是讀取失敗結束，還是遇到檔案尾結束

2、fgetc、fgets、fscanf、fread結束判斷解讀

• 對於上面的四個讀取檔案函式，要怎麼去判斷它們是否結束呢？我們通過觀察這些函式的返回值來看看

fgetc - [x] 如果讀取正常，返回讀取到的字元的ASCLL碼值 - [x] 如果讀取失敗，返回EOF

FILE* fp = fopen("test.bin", "wb"); // 必須用二進位制模式
fwrite(a, sizeof * a, SIZE, fp); // 寫 double 的陣列
fclose(fp);

fp = fopen("test.bin", "rb");
size_t ret_code = fread(b, sizeof * b, SIZE, fp); // 讀 double 的陣列

if (ret_code == SIZE) {
    puts("Array read successfully, contents: ");
    for (int n = 0; n < SIZE; ++n) printf("%f ", b[n]);
    putchar('\n');
}
else { // error handling
    if (feof(fp))
        printf("Error reading test.bin: unexpected end of file\n");
    else if (ferror(fp)) {
        perror("Error reading test.bin");
    }
}

fclose(fp);

printf("睡眠10秒-已經寫資料了，開啟test.txt檔案，發現檔案沒有內容\n");
Sleep(10000);
printf("重新整理緩衝區\n");
fflush(pf);//重新整理緩衝區時，才將輸出緩衝區的資料寫到檔案（磁碟）
//注：fflush 在高版本的VS上不能使用了

printf("再睡眠10秒-此時，再次開啟test.txt檔案，檔案有內容了\n");
Sleep(10000);

fclose(pf);
//注：fclose在關閉檔案的時候，也會重新整理緩衝區
pf = NULL;
return 0;

FILE* fout2 = fopen(file2, "r");
if (!fout2)
{
    perror("fopen fail");
    exit(-1);
}

FILE* fin = fopen(mfile, "w");
if (!fin)
{
    perror("fopen fail");
    exit(-1);
}

int num1, num2;
//返回值拿到迴圈外來接受
int ret1 = fscanf(fout1, "%d\n", &num1);
int ret2 = fscanf(fout2, "%d\n", &num2);
while (ret1 != EOF && ret2 != EOF)
{
    if (num1 < num2)
    {
        fprintf(fin, "%d\n", num1);
        ret1 = fscanf(fout1, "%d\n", &num1);
    }
    else
    {
        fprintf(fin, "%d\n", num2);
        ret2 = fscanf(fout2, "%d\n", &num2);
    }
}

while (ret1 != EOF)
{
    fprintf(fin, "%d\n", num1);
    ret1 = fscanf(fout1, "%d\n", &num1);
}
while (ret2 != EOF)
{
    fprintf(fin, "%d\n", num2);
    ret2 = fscanf(fout2, "%d\n", &num2);
}

fclose(fout1);
fclose(fout2);
fclose(fin);

//迭代
strcpy(file1, mfile);
sprintf(file2, "%d", i + 1);
sprintf(mfile, "%s%d", mfile, i + 1);

FILE* fout2 = fopen(file2, "r");
if (!fout2)
{
    perror("fopen fail");
    exit(-1);
}

FILE* fin = fopen(mfile, "w");
if (!fin)
{
    perror("fopen fail");
    exit(-1);
}

int num1, num2;
//返回值拿到迴圈外來接受
int ret1 = fscanf(fout1, "%d\n", &num1);
int ret2 = fscanf(fout2, "%d\n", &num2);
while (ret1 != EOF && ret2 != EOF)
{
    if (num1 < num2)
    {
        fprintf(fin, "%d\n", num1);
        ret1 = fscanf(fout1, "%d\n", &num1);
    }
    else
    {
        fprintf(fin, "%d\n", num2);
        ret2 = fscanf(fout2, "%d\n", &num2);
    }
}

while (ret1 != EOF)
{
    fprintf(fin, "%d\n", num1);
    ret1 = fscanf(fout1, "%d\n", &num1);
}
while (ret2 != EOF)
{
    fprintf(fin, "%d\n", num2);
    ret2 = fscanf(fout2, "%d\n", &num2);
}

fclose(fout1);
fclose(fout2);
fclose(fin);

//先寫100個隨機數進檔案
//for (int i = 0; i < 100; ++i)
//{
//  int num = rand() % 100;
//  fprintf(fout, "%d\n", num);
//}

int num = 0;
int n = 10;
int i = 0;
int b[10];
char subfile[20];
int filei = 1;

//1.讀取大檔案，然後將其平均分成N份，載入到記憶體中後對每份進行排序，然後再寫回小檔案
memset(b, 0, sizeof(int) * n);
while (fscanf(fout, "%d\n", &num) != EOF)
{
    if (i < n - 1)
    {
        b[i++] = num;   //首先讀9個數據到陣列中
    }
    else
    {
        b[i] = num;     //再將第十個輸入放入陣列
        QuickSort(b, 0, n - 1);     //對其進行排序

        sprintf(subfile, "%d", filei++);

        FILE* fin = fopen(subfile, "w");
        if (!fin)
        {
            perror("fopen fail");
            exit(-1);
        }
        //再進本輪排好序的10個數以單個小檔案的形式寫到工程檔案下
        for (int j = 0; j < n; ++j)
        {
            fprintf(fin, "%d\n", b[j]);
        }
        fclose(fin);

        i = 0;      //i重新置0，方便下一次的讀取
        memset(b, 0, sizeof(int) * n);
    }
}

//利用互相歸併到檔案，實現整體有序
char file1[100] = "1";
char file2[100] = "2";
char mfile[100] = "12";
for (int i = 2; i <= n; ++i)
{
    _MergeSortFile(file1, file2, mfile);

    //迭代
    strcpy(file1, mfile);
    sprintf(file2, "%d", i + 1);
    sprintf(mfile, "%s%d", mfile, i + 1);

}