第13章-磁盤文件操作（IO系統(tǒng)）

第13章磁盤文件操作（I/O系統(tǒng)）

文件概述13.1打開文件和關(guān)閉文件13.2文件的讀和寫13.3小結(jié)13.5文件的定位與文件的隨機(jī)存取13.413.1文件概述

13.1.1C語(yǔ)言文件的概念文件（file）是存儲(chǔ)在外部介質(zhì)（如磁盤，磁帶）上的，以惟一的名字作為標(biāo)記的數(shù)據(jù)集合。操作系統(tǒng)是以文件為單位對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理的。

與主機(jī)相連的輸入輸出設(shè)備，其作用也是從設(shè)備上讀取數(shù)據(jù)和將數(shù)據(jù)寫到設(shè)備上，所以，也把輸入輸出設(shè)備看作是文件。

給每個(gè)文件起一個(gè)名字。完整的磁盤文件名的組成如下：盤符：路徑\（基本）文件名.擴(kuò)展名操作系統(tǒng)支持對(duì)文件的各項(xiàng)管理，文件的命名應(yīng)符合操作系統(tǒng)的規(guī)定。

文件操作的主要有兩個(gè)，一是從文件取出數(shù)據(jù)存入內(nèi)存變量中，這就是文件的讀操作。二是將內(nèi)存變量中存放的數(shù)據(jù)存放到文件中，這就是文件寫操作。統(tǒng)稱為文件的I/O操作。

由于文件是受操作系統(tǒng)管理的，應(yīng)用程序使用某一文件時(shí)，它需要向操作系統(tǒng)提出建立與文件的聯(lián)系；使用結(jié)束時(shí)，通知操作系統(tǒng)切斷與文件的聯(lián)系。這是兩個(gè)過(guò)程，前者稱為打開文件，后者稱為關(guān)閉文件。

在C語(yǔ)言中，文件的打開與關(guān)閉，文件的讀操作與寫操作，都是由C語(yǔ)言提供的系統(tǒng)函數(shù)完成的。

13.1.2二進(jìn)制文件和文本文件文件數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，一般有兩種形式。一種是以ASCII碼的形式按字節(jié)存儲(chǔ)的。這樣的文件叫做文本文件（textfile），又叫ASCII文件。另一種是以在內(nèi)存中的二進(jìn)制數(shù)形式存儲(chǔ)的文件，稱為二進(jìn)制文件。

13.1.3順序文件和隨機(jī)文件按照文件內(nèi)數(shù)據(jù)處理方式的不同，文件又分為順序文件和隨機(jī)文件。

順序文件是按照數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的順序連續(xù)地處理（讀或?qū)懀┟恳粋€(gè)數(shù)據(jù)。為了處理文件中某個(gè)數(shù)據(jù)，必須從文件的第一個(gè)數(shù)據(jù)開始，順序取完指定數(shù)據(jù)前所有的數(shù)據(jù)，才能處理該數(shù)據(jù)。

隨機(jī)文件處理數(shù)據(jù)時(shí)，可以在文件中任意指定的位置讀寫數(shù)據(jù)。

13.1.4緩沖文件系統(tǒng)和非緩沖文件系統(tǒng)按系統(tǒng)對(duì)文件的支持方式的不同，分為緩沖文件系統(tǒng)和非緩沖文件系統(tǒng)。C語(yǔ)言支持這兩種文件系統(tǒng)。

所謂緩沖文件系統(tǒng)（bufferedfilesystem）是指在進(jìn)行I/O操作時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)為每個(gè)打開的文件開辟一個(gè)內(nèi)存緩沖區(qū)。

采用緩沖區(qū)的目的是，匹配快速的CPU和慢速的磁盤操作，提高CPU的工作效率，減少訪問(wèn)磁盤的次數(shù)。圖13-1所示給出緩沖文件系統(tǒng)的示意圖。

圖13-1數(shù)據(jù)通過(guò)緩沖區(qū)讀取示意圖

所謂非緩沖文件系統(tǒng)（unbufferedfilesystem）是指系統(tǒng)不自動(dòng)開辟內(nèi)存緩沖區(qū)，而是由程序自己為每個(gè)文件設(shè)定緩沖區(qū)。

13.1.5文件型指針在ANSI文件I/O系統(tǒng)中，每個(gè)被使用的文件，都在內(nèi)存開辟一個(gè)區(qū)，用于存放與文件相關(guān)的信息，如文件號(hào)（文件在操作系統(tǒng)中被管理的代號(hào)），文件的讀寫狀態(tài)，文件緩沖區(qū)的地址，以及當(dāng)前的讀寫緩沖區(qū)數(shù)據(jù)的位置等。

這些信息存放在一個(gè)結(jié)構(gòu)型變量中。這個(gè)結(jié)構(gòu)類型是系統(tǒng)定義的，并通過(guò)typedef將該結(jié)構(gòu)型起名為FILE。FILE結(jié)構(gòu)型定義在stdio.h文件中。

其定義如下：typedef

struct{

int_fd;

int_cleft;

int_mode;char*nextc;char*buff;}FILE;

程序使用文件，首先必須定義一個(gè)FILE型結(jié)構(gòu)的指針變量。這個(gè)指向FILE結(jié)構(gòu)型的指針?lè)Q為文件型指針。通過(guò)這個(gè)指針可以實(shí)現(xiàn)對(duì)文件的操作。

定義文件指針變量的一般形式為：FILE*文件型指針名；可以同時(shí)定義多個(gè)文件型指針。13.2打開文件和關(guān)閉文件打開文件的意思是使定義的文件型指針指向打開的文件，包括為文件型變量分配內(nèi)存空間，在內(nèi)存為文件建立緩沖區(qū)，將文件和緩沖區(qū)的相關(guān)信息寫入文件型變量的各成員中。

文件使用完后，系統(tǒng)將緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)做相應(yīng)的處理（如將數(shù)據(jù)寫入文件等），然后，釋放緩沖區(qū)。這個(gè)過(guò)程叫做關(guān)閉文件。

13.2.1打開文件函數(shù)打開文件函數(shù)fopen()的格式為：FILE*fopen(char*filename,char*mode)

其中參數(shù)filename是字符型指針，它指向的字符串是要打開的文件名。參數(shù)mode也是字符型指針，它指向的字符串是文件的使用方式，稱為打開模式。

文件的使用方式字符串共有12個(gè)，其中6個(gè)是用于文本文件的，6個(gè)用于二進(jìn)制文件的。這些字符串及其功能如表13-1所示。

fopen()函數(shù)的功能是，以mode方式打開filename指定的文件，自動(dòng)為該文件分配一個(gè)內(nèi)存緩沖區(qū)。

如果正確打開文件，函數(shù)返回一個(gè)指向文件型變量的地址。用戶可以用自己定義的文件型指針接受這個(gè)地址。此后，便可利用這個(gè)文件型指針對(duì)文件進(jìn)行讀寫操作。

如果打開文件操作不成功（出錯(cuò)），函數(shù)返回空指針（“NULL”），其值為0。因此，打開文件時(shí)，一般要對(duì)返回值進(jìn)行判斷，以便知道文件是否被成功打開。如果沒(méi)打開，就不能使用這個(gè)文件。

函數(shù)fopen()定義在頭文件stdio.h。

13.2.2關(guān)閉文件函數(shù)關(guān)閉文件函數(shù)fclose()的格式是：

int

fclose(FILE*fp)

這里形式參數(shù)文件型指針變量fp是調(diào)用函數(shù)fopen()打開文件時(shí)返回的文件型指針。函數(shù)的功能是，關(guān)閉fp指向的文件，釋放分配給文件的內(nèi)存緩沖區(qū)。

當(dāng)文件打開用于寫時(shí)，在關(guān)閉時(shí)，把暫時(shí)存在緩沖區(qū)的內(nèi)容寫到文件中去，然后，釋放文件的緩沖區(qū)。當(dāng)正確關(guān)閉指定的文件時(shí)，函數(shù)返回0；否則返回非0。

此函數(shù)也定義在頭文件stdio.h中。

13.2.3標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備文件系統(tǒng)規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)輸入設(shè)備為鍵盤，標(biāo)準(zhǔn)輸出設(shè)備為顯示器。當(dāng)程序運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)打開標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備文件，分配文件號(hào)。當(dāng)程序運(yùn)行結(jié)束時(shí)，系統(tǒng)又自動(dòng)將這些標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備文件關(guān)閉。

程序運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)共打開五個(gè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備文件，表13-2列出來(lái)這些標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備文件的文件名，文件號(hào)和文件指針。用戶程序可以像使用一般文件指針那樣直接使用這些設(shè)備的指針，而不需要打開和關(guān)閉操作。

13.3文件的讀和寫成功地打開文件后，就可以對(duì)文件進(jìn)行讀和寫操作了。對(duì)文件的讀寫是用一系列函數(shù)實(shí)現(xiàn)的。

C語(yǔ)言提供了四組文件讀寫函數(shù)：（1）字符文件讀寫函數(shù)fgetc()和fputc()；（2）數(shù)據(jù)塊文件讀寫函數(shù)fread()和fwrite()；

（3）格式文件讀寫函數(shù)fscanf()和fprintf()；（4）字符串文件讀寫函數(shù)fgets()和fputs()。

除此以外，為配合文件的讀寫操作，還提供有文件測(cè)試函數(shù)和文件隨機(jī)定位函數(shù)等。所有關(guān)于讀寫的系統(tǒng)函數(shù)均定義在頭文件“stdio.h”中。

13.3.1字符文件讀寫函數(shù)

1．寫字符文件函數(shù)fputc()

Fputc()函數(shù)的功能是，將字符ch寫到文件指針fp所指向的文件的當(dāng)前寫指針的位置。

函數(shù)的格式為：int

fputc(int

ch,File*fp)

其中參數(shù)fp為文件指針，它的值是執(zhí)行函數(shù)fopen()打開文件時(shí)獲得的。ch為字符變量，其值即為所要寫進(jìn)文件的字符。

整個(gè)程序由以下幾個(gè)部分構(gòu)成：（1）定義一個(gè)文件指針fp；（2）用寫模式打開（建立）文件test，并檢查是否確實(shí)打開；

（3）將從鍵盤讀入的字符串用fputc()函數(shù)寫入（輸出）到文件tset；（4）關(guān)閉文件。

2．讀字符文件函數(shù)fgetc()

fgetc()函數(shù)的格式為：int

fgetc(FILE*fp)

其中fp為文件指針，它的值是通過(guò)fopen()打開文件時(shí)獲得的。函數(shù)的功能是從fp所指向的文件當(dāng)前讀指針位置讀取一個(gè)字符。正常調(diào)用情況下，函數(shù)返回所寫的字符碼值。出錯(cuò)時(shí)或文件當(dāng)前位置是文件尾時(shí)，返回EOF（?1）。

13.3.2文件尾測(cè)試函數(shù)、錯(cuò)誤測(cè)試函數(shù)和文件頭定位函數(shù)介紹三個(gè)函數(shù)。

1．文件尾測(cè)試函數(shù)feof()

feof()函數(shù)的格式為：

int

feof(FILE*fp)

函數(shù)feof()的功能是，測(cè)試fp所指向文件的最后一次操作時(shí)，是否已到文件尾。如果已到文件尾，函數(shù)返回一個(gè)真值；否則返回0。

2．文件錯(cuò)誤測(cè)試函數(shù)ferror()

文件錯(cuò)誤測(cè)試函數(shù)的格式為：

int

ferror(FILE*fp)

函數(shù)ferror()的功能是測(cè)試文件指針fp所指向文件，在最后一次操作中是否發(fā)生錯(cuò)誤。

【例13-4】應(yīng)用函數(shù)ferror和feof()的例子。程序的功能是復(fù)制任意類型的文件，即讀入一個(gè)文件f1，然后，將其寫入另一個(gè)文件f2。

整個(gè)程序分為以下幾個(gè)部分：（1）打開文件f1（“rb”模式）；（2）打開文件f2（“wb”模式）；

（3）讀文件f1，測(cè)試操作是否有錯(cuò)誤；（4）寫文件f2，測(cè)試操作是否有錯(cuò)誤；（5）關(guān)閉兩個(gè)被打開的文件。程序的流程如圖13-2所示。

圖13-2例13-4復(fù)制文件程序流程圖

3．文件頭定位函數(shù)rewind()rewind()函數(shù)格式為：

voidrewind(FILE*fp)rewind()函數(shù)的功能是將文件內(nèi)部指針置于fp所指文件的開頭。

13.3.3字符串文件讀寫函數(shù)

1．寫字符串文件函數(shù)fputs()

fputs()函數(shù)格式為：

charfputs(char*str,FILE*fp)

其中參數(shù)str是字符型指針，可以是字符串常量，或存放字符串的數(shù)組首地址。fp是文件型指針，通過(guò)打開文件函數(shù)fopen()獲得的。

函數(shù)fputs()的功能是，將參數(shù)str指向的字符串（舍掉結(jié)束標(biāo)記‘\0’）寫入fp指向的文件。文件內(nèi)部指針自動(dòng)后移一個(gè)字符串的位置。

fputs()函數(shù)正確執(zhí)行時(shí)，返回最后寫入的字符，錯(cuò)誤時(shí)，返回EOF（?1）。

2．讀字符串文件函數(shù)fgets()

函數(shù)fgets()的格式為：

char*fgets(char*str,intlength,FILE*fp)

其中參數(shù)str為字符串指針，可以是存放字符串的字符型數(shù)組首地址，也可以是指向某個(gè)存放字符串的內(nèi)存區(qū)域的指針；length為字符串長(zhǎng)度，可以是整型常量，變量或表達(dá)式；fp為FILE型文件指針變量。

函數(shù)fgets的功能是，從fp所指文件當(dāng)前位置讀?。╨ength-1）個(gè)字符，在其后加上一個(gè)字符串結(jié)束標(biāo)記‘\0’，組成字符串，存入str指定的內(nèi)存區(qū)。

13.3.4數(shù)據(jù)塊文件讀寫函數(shù)

數(shù)據(jù)塊文件讀寫函數(shù)用于二進(jìn)制文件的讀和寫。

1．?dāng)?shù)據(jù)塊文件寫函數(shù)fwrite()

函數(shù)fwrite()的格式為：

unsignedfwrite(void*buffer,unsignednum_bytes,unsignedcount,FILE*fp)

其中參數(shù)buffer是指向?qū)⒁獙懙轿募械臄?shù)據(jù)塊指針，可以是存放數(shù)據(jù)的變量地址或數(shù)組首地址。num_bytes是無(wú)符號(hào)整型，可以是常量、變量或表達(dá)式。它是寫入文件的每個(gè)數(shù)據(jù)的所占用的字節(jié)數(shù)。

count是無(wú)符號(hào)整型，可以是常量、變量或表達(dá)式。它是寫入文件的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)。fp是指向預(yù)先打開的文件的指針。

fwrite()函數(shù)的功能是，將buffer指向的count個(gè)數(shù)據(jù)（每個(gè)數(shù)據(jù)num_bytes字節(jié)）寫入fp指向的文件。fwrite()函數(shù)一次寫入文件的字節(jié)數(shù)為：

countnum_bytes

當(dāng)正確地寫入count個(gè)數(shù)據(jù)后，內(nèi)部指針自動(dòng)后移countnum_bytes個(gè)字節(jié)。函數(shù)返回count值；如果發(fā)生寫錯(cuò)誤，則返回NULL（0）。

2．?dāng)?shù)據(jù)塊文件讀函數(shù)fread()

函數(shù)fread()的格式為：

unsignedfread(void*buffer,unsignednum_bytes,unsignedcount,FILE*fp)

其中參數(shù)buffer是存放數(shù)據(jù)的變量地址或數(shù)組首地址。num_bytes是無(wú)符號(hào)整型，可以是常量、變量或表達(dá)式，代表寫讀取文件每個(gè)數(shù)據(jù)的所占用的字節(jié)總數(shù)。

count是無(wú)符號(hào)整型，可以是常量、變量或表達(dá)式，代表讀取文件的數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)。fp是指向預(yù)先打開的文件的指針。

fread()函數(shù)的功能是從fp所指向的文件的當(dāng)前位置讀取count個(gè)數(shù)據(jù)，每個(gè)數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)為num_bytes，存入buffer指定的內(nèi)存區(qū)。

fread()函數(shù)正確執(zhí)行后，內(nèi)部指針自動(dòng)后移countnum_bytes個(gè)字節(jié)，返回count值；錯(cuò)誤，則返回NULL（0）。

13.3.5格式化讀寫文件函數(shù)

1．格式化寫函數(shù)fprintf()

函數(shù)fprintf()的格式為：

int

fprintf(FILE*fp,char*control_string,e1,e2,…,en)

其中參數(shù)fp是文件型指針；control_string是存放格式字符串的字符常量，或者是存放格式字符串的數(shù)組首地址，或者是指向格式字符串的指針變量；e1,e2,…,en是要寫入文件的各個(gè)數(shù)據(jù)，也可以是表達(dá)式。本函數(shù)使用的格式字符串與printf()中使用的完全一樣。

fprintf()函數(shù)的功能是，計(jì)算表各達(dá)式e1,e2,…,en的值，按照control_string指定的格式，寫入fp指向的文件。如果寫操作正確，則返回寫入文件的表達(dá)式數(shù)目；錯(cuò)誤，則返回EOF（?1）。

當(dāng)寫入數(shù)據(jù)后，內(nèi)部指針自動(dòng)移到下一個(gè)要寫的數(shù)據(jù)的位置。

2．格式化讀函數(shù)fscanf()

函數(shù)fscanf()的格式為：

int

fscanf()(FILE*fp,char*control_string,e1,e2,…,en)

其中參數(shù)fp是文件型指針；control_string是存放格式字符串的字符常量，或者是存放格式字符串的數(shù)組首地址，或者是指向格式字符串的指針變量；e1,e2,…,en是與格式字符串匹配的變量地址或數(shù)組首地址。

本函數(shù)使用的格式字符串與scanf()中使用的完全一樣。

fscanf()函數(shù)的功能是，從fp指向的文件中，按照control_string規(guī)定的格式，讀取n個(gè)數(shù)據(jù)，依次存入e1,e2,…,en地址中。如果讀操作正確，則返回所讀數(shù)據(jù)的數(shù)目；錯(cuò)誤，則返回EOF（?1）。

當(dāng)讀取數(shù)據(jù)后，內(nèi)部指針自動(dòng)移到下一個(gè)未讀數(shù)據(jù)的位置。13.4文件的定位與文件的

隨機(jī)存取

I/O系統(tǒng)在文件中設(shè)置有一個(gè)內(nèi)部位置指針（內(nèi)部指針），用來(lái)指向當(dāng)前的讀寫位置。

對(duì)于順序存取的文件，每次讀寫一個(gè)數(shù)據(jù)，位置指針就自動(dòng)指向下一個(gè)數(shù)據(jù)。如果想要改變這種順序存取模式，就得人為地改變位置指針?biāo)赶虻奈恢?。這個(gè)操作叫做文件的讀寫定位。文件的讀寫定位可通過(guò)調(diào)用文件隨機(jī)定位系統(tǒng)函數(shù)實(shí)現(xiàn)。

13.4.1文件隨機(jī)定位函數(shù)

文件隨機(jī)定位函數(shù)fseek()的格式為：

int

fseek(FILE*fp,longoffset_bytes,intorigin)

其中參數(shù)fp是fopen()打開文件時(shí)返回的文件指針；offset_bytes是一個(gè)長(zhǎng)整型數(shù)，表示從origin為起始位置的偏移字節(jié)數(shù)，簡(jiǎn)稱為偏移量；origin是確定起始位置的參數(shù)，其含義、取值和宏名如表13-3所示。

這些宏名定義在文件sstdio.h

中。在函數(shù)中既可以使用宏名也可以使用宏名的值作為參數(shù)。

函數(shù)的功能是，根據(jù)偏移量（offset_bytes）和起始位置（origin）設(shè)置fp所指文件當(dāng)前的讀寫位置（內(nèi)部位置指針的位置）。

當(dāng)偏移量為正數(shù)時(shí)，將內(nèi)部指針從origin位置向文件尾方向移動(dòng)offset_bytes個(gè)字節(jié)；當(dāng)偏移量為負(fù)時(shí)，將內(nèi)部指針從origin位置向文件頭方向移動(dòng)number_bytes個(gè)字節(jié)。

偏移量（offset_bytes）可用函數(shù)si