第 10 章文件及其应用

第 10 章文件及其应用10.1 文件的概念10.2 文件的基本操作10.3 文件应用实例10.4 本章小结10.5 实训习题 10

10.1 文件的概念10.1.1 文件的概念及文件类型 1. 文件的概念在前面章节的程序中，数据的输入和输出都是通过键盘和显示器进行。一般来说，键盘和显示器适合处理少量数据和信息的输入和输出，它方便快捷，是常用的输入输出设备。但是如果要进行大量数据的加工处理，键盘和显示器的局限性就很明显了。通常的做法是利用磁盘作为数据的存放中介，程序中先通过键盘或其他输入设备将数据写入磁盘，然后对存放在磁盘中的数据进行加工，加工后的数据仍然存放到磁盘上，其过程如图 10−1 所示。数据在磁盘上是以文件的形式存放的。文件是计算机中一个很重要的概念，所谓文件是指存储在磁盘等外部介质上的一批数据的集合，这里的一批数据可以是一批实验数据或者一篇文章、一幅图片、甚至一段程序等，利用外部介质的存储特性，数据可以长久地保存并可用介质携带。

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10.1 文件的概念 2. 文件的类型从不同角度可以将文件划分成不同的类别。在 C 语言中经常用到的有三种划分：（ 1 ）按文件存储的内容，文件可分为源程序文件和数据文件。源程序文件存放的是程序代码，数据文件是程序中的数据集合。本章所介绍的文件操作很大程度上是针对数据文件而言。（ 2 ）按文件中数据的组织方式，文件可分为文本文件和二进制文件。文本文件（也称为 ASCII 文件）是指文件中的每个字符以其 ASCII 码的形式存储在文件中，文件中的每个字符占 1 B 。例如，整型数据 5 678 在内存中占 2 B ，而如果以文本文件的形式存储则占 4 B 。实型数据 3.141 5 在内存中占 4 B ，而如果以文本文件的形式存储则占 6 B ，其中小数点也占 1B 。所以将文本文件中的数据读入内存处理时，需要将其从文件中数据的存储形式转换为内存中的存储形式。

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10.1 文件的概念二进制文件是指将数据以其在内存中存放的形式存储到文件中。整型数据在内存中占 2B ，如果将整型数据存储到二进制文件中，该数据还占 2 B 。实型数据在内存中占 4 B ，而如果将该数据存储到二进制文件中，该数据还占 4 B ，所以将二进制文件中的数据读入内存处理时，不需要中间转换。由此可见，二进制文件节省存储空间而且存取速度比文本文件的存取速度快。（ 3 ）按文件存取方式，文件可分为顺序文件和随机文件。顺序文件顾名思义总是从文件的开头顺序读或者写，就是按照文件的字节顺序进行，而随机文件可以指定读或者写的位置，并对该位置上的数据直接进行读或写操作。


10.1 文件的概念10.1.2 文件指针在对文件进行打开、读写及关闭操作时，需要借助文件指针来完成。文件指针是指向结构体类型的指针，该结构体类型由系统定义，取名为 FILE ，其中存放着文件的名字、文件的状态、文件的大小以及文件的位置等信息。程序中可以用 FILE 类型定义指针变量，以指向文件，定义的一般形式为： FILE * 指针变量；例如： FILE *fp； fp 是指向 FILE 结构体类型的变量，该变量可以用来存放某个文件的信息，因此称为文件指针。文件的访问必须通过文件指针完成，定义文件指针时必须包含头文件“stdio.h” 。


10.2 文件的基本操作10.2.1 文件的打开与关闭 1. 文件的打开在对文件进行读写操作之前，必须先打开文件并使文件指针指向文件，即建立文件指针与文件之间的关联，以便后面通过文件指针对文件进行操作。文件打开操作使用库函数 fopen()完成，该函数的一般使用形式为：文件指针=fopen（文件名，文件使用方式） ; 例如： FILE *fp; fp=fopen("d： \aa.txt"，"w"); 【函数说明】（ 1 ）文件名指出要打开文件的路径和文件的名称。（ 2 ）文件使用方式指出文件打开后的使用方式，比如读文件或写文件等操作。文件使用方式有多种，见表 10−1。

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10.2 文件的基本操作如果文件打开成功，那么就可以使用文件指针对文件进行操作，而如果文件打开失败，那么文件指针的值为 NULL 。通常用下面的代码打开并判断文件打开是否成功： FILE *fp; fp=fopen("d:\aa.txt"， "w"); if (fp==NULL) { printf("can not open the file.\n"); exit(0); /* 结束程序执行，退出 */ }


10.2 文件的基本操作 2. 文件的关闭文件的读写操作完成后，必须关闭文件，否则文件中的数据可能会丢失。关闭文件实际上是切断文件指针与文件的联系。文件关闭操作使用库函数 fclose()完成，它的一般调用形式为： fclose（文件指针）；例如： fclose(fp)；关闭 fp 指向的文件。文件正常关闭时，函数 fclose()返回值为 0 ，否则返回值为非 0 值，这时表示有错误发生。


10.2 文件的基本操作10.2.2 文本文件的读写文本文件的读写操作，必须按文件中字符的先后顺序进行，即只能在操作了第 i 个字符之后，才能操作第 i+1 个字符。在对文件操作时，文件的读写指针由系统自动向后移动。 C 语言提供了多种文本文件的读写函数：字符读写函数、字符串读写函数以及格式化读写函数等。 1. 字符读写函数 fputc() 和 fgetc() （ 1 ）字符写函数 fputc()。函数 fputc()的功能是把一个字符写入指定的文件中，该函数常用的调用形式为： fputc(ch, fp); 其中，ch 为需要写入的字符，可以是字符常量或字符变量。 fp 为文件指针并且所指向的文件必须是以写或读写方式打开。例如： fputc('a'， fp)；是把字符 'a'写入 fp 所指向的文件中。


10.2 文件的基本操作（ 2 ）字符读函数 fgetc()。函数 fgetc()的功能是从指定的文件中读取一个字符，该函数常用的调用形式为： ch = fgetc(fp)；从 fp 所指的文件中读取一个字符并存入字符变量 ch 中，读取的文件必须是以读或读写方式打开的。提示：函数字符读写函数只能读写单个字符，如果要读取或写入整个文件内容，需要循环语句配合。【例 − 】把从键盘输入的一行字符写入文本文件，再把该文件内容读出显示在屏幕上。【程序代码】 #include "stdio.h" main()


10.2 文件的基本操作 { FILE *fp; char ch; if ((fp=fopen("str.txt"，"w+"))==NULL) /* 打开文件 */ { printf("文件不能打开 !"); exit(0); } printf("请输入文本文件的内容： \n"); ch=getchar(); while (ch!='\n') /* 该循环把输入的内容写入文件 */ { fputc(ch， fp); ch=getchar();


10.2 文件的基本操作 } printf("文本文件的内容为： \n"); rewind(fp); /*把文件读写位置定位在文件开头 */ ch=fgetc(fp); /* 从文件中读取第一个字符 */ while (ch!=EOF) /* 该循环读取整个文件内容 */ { putchar(ch); ch=fgetc(fp); } printf("\n"); fclose(fp); /* 关闭文件 */ } 执行程序时，输入“This is a text file.” ，程序运行结果为：


10.2 文件的基本操作【程序说明】（ 1 ） EOF 是系统定义的文本文件结束标志，其值为− 1 ，当文件读取遇到 EOF 时，说明文件读取完毕。（ 2 ）本例同时会在磁盘上生成一个名为“str.txt”的文本文件，其内容与屏幕输出的结果一致，该文件可在 Windows 环境下打开查看内容。文件“str.txt”与源程序文件路径相同。 2. 字符串读写函数 fputs() 和 fgets() （ 1 ）字符串写函数 fputs()。 fputs()函数的功能是向指定的文件中写入一个字符串，该函数调用的形式为： fputs（字符串，文件指针）；


10.2 文件的基本操作例如： fputs("abcd"， fp)；把字符串“abcd”写入 fp 所指的文件之中。其中，字符串可以是字符串常量，也可以是字符数组名或指针变量。（ 2 ）字符串读函数 fgets()。 fgets()函数的功能是从指定的文件中读取一个字符串到字符数组中，函数调用的形式为： fgets(字符数组，字符串长度，文件指针 )；例如： fgets(str，n， fp)；从 fp 所指的文件中读出 n−1 个字符送入字符数组 str 中并在读取的最后一个字符后加上字符串结束标志'\0'。函数 fgets()在读出 n−1 个字符之前，如果遇到了换行符“\n”或 EOF ，则结束当前读操作。


10.2 文件的基本操作 3. 格式化读写函数 fscanf() 和 fprinf() fscanf()和 fprinf()两个函数的作用与 scanf()函数和 printf()函数几乎一样，差别只在于它们对文件进行输入 /输出，而 scanf()和 printf()是对终端设备（如键盘、显示器）进行输入 /输出。因此使用 fscanf()和 fprintf()函数时应该带一个文件指针。（ 1 ） fscanf()函数。函数调用的一般形式为： fscanf（文件指针，格式控制字符串，地址表） ; 其中，格式控制字符串和地址表的规定和使用方法与 scanf()函数相同。例如： fscanf(fp, "%d%f", &i, &x); 表示从 fp 所指文件中读取一个整数给变量 i，一个浮点数给变量 x。


10.2 文件的基本操作（ 2 ） fprintf()函数。函数调用的一般形式为： fprintf（文件指针，格式控制字符串，输出表列）；其中，格式控制字符串和输出表列的规定和使用方法与 printf()函数相同。例如： fprintf (fp, "%d%c", i, ch)；表示将整型变量 i和字符变量 ch的值按指定格式输出到 fp指向的文件。加入 i=8 ， ch='a'，则输出到磁盘文件上的数据是 8a。 10.2.3 二进制文件的读写二进制文件存储信息的形式与内存中存储信息的形式是一致的，如果需要在内存与磁盘文件之间频繁交换数据，最好采用二进制文件。


10.2 文件的基本操作二进制文件一般是同类型数据集合，数据之间无分隔符，每个数据所占字节数是一个固定值，因此二进制文件除了可以顺序存取外，还可运用定位函数方便地进行随机存取。二进制文件的读写操作可用数据块读写函数 fwrite()和 fread()完成。运用数据块读写函数可建立整型、实型、结构体类型等各种类型的二进制文件。数据块写函数调用的一般形式为： fwrite (buffer, size, count, fp); 数据块读函数调用的一般形式为： fread (buffer, size, count, fp); 两个函数的参数说明：（ 1 ）buffer 是一个指针，在 fread()函数中，它表示存放输入数据的首地址；在 fwrite()函数中，它表示存放输出数据的首地址。


10.2 文件的基本操作（ 2 ） size 表示数据块的字节数。（ 3 ）count 表示要读写的数据块个数。（ 4 ） fp 为文件指针。例如： fwrite (fa, 4, 5, fp)；其作用是将 fa 指向的存储区中 5 个 4 B （即 1 个实型数据）大小的数据项写入 fp 所指向的文件中。例如： fread (fa, 4, 5, fp)；其作用是从 fp 所指的文件中，读取 5 个 4 B 大小的数据，存入 fa 所指的存储区中。【例 − 】从键盘输入两个学生信息（包括姓名、编号、年龄及地址），存入一个二进制文件中，然后再读出这两个学生的信息显示在屏幕上。


10.2 文件的基本操作【程序代码】 #include <stdio.h> struct stu /* 定义结构体类型 */ { char name[10]; int num; int age; char addr[15]; }boya[2],boyb[2],*pp,*qq; /* 定义结构体数组和结构体指针 */ main() { FILE *fp; char ch; int i; pp=boya;


10.2 文件的基本操作 qq=boyb; if((fp=fopen("stu_list","wb+"))==NULL) { printf("文件不能打开 !"); exit(0); } printf("\n请输入两个学生信息： \n"); for(i=0;i<2;i++,pp++) scanf("%s%d%d%s",pp->name,&pp->num,&pp->age,pp->addr); pp=boya; /* 下面语句把2 个学生信息一次性写入文件 */ fwrite(pp,sizeof(struct stu),2,fp);


10.2 文件的基本操作 rewind(fp); /* 下面语句从文件中读取 2 个学生信息 */ fread(qq,sizeof(struct stu),2,fp); /* 以下语句输出 2 个学生信息 */ printf("--------------------------------------\n"); printf("\n\n姓名 \t编号年龄地址\n"); for(i=0;i<2;i++,qq++) printf("%s\t%4d%5d%s\n",qq->name,qq->num,qq->age,qq->addr); fclose(fp); } 执行程序，输入 2 名学生的信息后输出结果为：


10.2 文件的基本操作【程序说明】（ 1 ）本例定义了两个结构数组 boya 和 boyb 用于存放学生的信息，又定义了两个结构指针变量 pp 和 qq，pp 指向数组 boya，qq 指向数组 boyb。指针变量的使用给程序处理提供了方便。（ 2 ）本例在磁盘上生成了二进制文件“stu_list”，与文本文件不同，该文件不能直接在 Windows 下打开查看内容。【例 − 】文件的随机读写。从键盘输入 10 个整数到二进制文件中，然后修改文件中的第 5 个数为原来的 2 倍，并保存到文件中，输出修改后文件的内容。


10.2 文件的基本操作【程序代码】 #include "stdio.h" #define N 10 void mywrite(int *p); void myread(int *p); void mymodify(); main() { int i,num[N]; printf("\n请输入 10 个数据 :"); for(i=0;i<N;i++) scanf("%d",&num[i]); mywrite(num);


10.2 文件的基本操作 printf("\n文件中的原始数据为 :\n"); myread(num); mymodify(); printf("\n修改后的文件数据为 :\n"); myread(num); } void mywrite(int *p) /* 将数组中的数据写入文件 */ { FILE *fp;int *q; fp=fopen("list","wb"); for(q=p;q<p+N;q++) fwrite(q,2,1,fp); fclose(fp);


10.2 文件的基本操作 } void myread(int *p) /* 从文件中读取数据 */ { FILE *fp; int *q; fp=fopen("list","rb"); for(q=p;q<p+N;q++) { fread(q,2,1,fp); printf("%3d",*q); } printf("\n\n"); fclose(fp); } void mymodify() /*修改文件中的数据 */ {


10.2 文件的基本操作 FILE *fp; int a=0; fp=fopen("list","rb+"); fseek(fp,4*2,SEEK_SET); /* 定位到第 5 个数的位置 */ fread(&a,2,1,fp); /* 读操作之后指针自动移至第 6 个数的位置 */ printf("\n 第 5 个数是： %d\n",a); a*=2; fseek(fp,−2,SEEK_CUR); /* 重新定位到第 5 个数的位置 */ fwrite(&a,2,1,fp); /* 将数据写入文件 */ fclose(fp); } 程序执行过程为：


10.2 文件的基本操作【程序说明】（ 1 ）二进制文件可以将文件读写指针直接定位到文件的某个位置，然后进行读写操作，即随机读写。（ 2 ）文件定位函数 fseek()。该函数的功能是把文件定位设置到需要的地方，函数的调用形式为： fseek（文件指针，位移量，起始点） ; 其中，位移量表示移动的字节数，位移量是 long 型数据，可以取正数也可以取负数。位移量为正数时，表示将读写指针从起始点向前移动，位移量为负数时，表示将读写指针从起始点向后移动。起始点的取值规定有三种：文件首、当前位置和文件尾，具体可用表 10−2中的符号或数字表示。

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10.3 文件应用实例【例 − 】建立一个存放学生电话簿的数据文件并读取其中的数据。 #include "stdio.h" #define SIZE 3 struct list { char name[10]; /*姓名 */ long tel; /*电话*/ }stu[SIZE]; void main() { FILE *fp; char filename[10]; int i; printf("enter a file name："); /*提供文件名 */

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10.3 文件应用实例 scanf("%s",filename); if ((fp=fopen(filename,"w"))==NULL) { printf("cannot open this file\n"); return; } for(i=0;i<SIZE;i++) /*把数据写入文件 */ { printf("enter student %d：",i+1); scanf("%s %ld",stu[i].name,&stu[i].tel); fprintf(fp,"%s %ld\n",stu[i].name,stu[i].tel); }


10.3 文件应用实例 fclose(fp); fp=fopen(filename,"r"); for(i=0;i<SIZE;i++) /* 从文件中读取数据并显示 */ { fscanf(fp,"%s %ld",stu[i].name,&stu[i].tel); printf("%10s %10ld\n",stu[i].name,stu[i].tel); } fclose(fp); } 程序执行过程为（以 3 人为例）：


10.3 文件应用实例【例 − 】有 N 个学生，每个学生有 3 门课的成绩，从键盘输入学生数据（包括学号、姓名、 3 门课成绩），计算出平均成绩，并把学生的所有数据存放在磁盘文件 "stud"中。【程序代码】 #include "stdio.h" #define N 2 struct student { char num[6]; char name[8]; int score[3]; float avr; } stu[N],s[N]; main()


10.3 文件应用实例 { int i,j,sum; FILE *fp; /* 以下用于输入数据并计算平均成绩*/ for(i=0;i<N;i++) { printf("\nplease input No.%d score:\n",i+1); printf("stuNo:"); scanf("%s",stu[i].num); printf("name:"); scanf("%s",stu[i].name); sum=0; for(j=0;j<3;j++) {


10.3 文件应用实例 printf("score%d:",j+1); scanf("%d",&stu[i].score[j]); sum+=stu[i].score[j]; } stu[i].avr=sum/3.0; } fp=fopen("stud","wb"); /* 为写打开二进制文件 */ for(i=0;i<N;i++) fwrite(&stu[i],sizeof(struct student),1,fp); fclose(fp); /* 关闭文件 */ fp=fopen("stud","rb"); /* 为读打开二进制文件 */ for(i=0;i<N;i++) fread(&s[i],sizeof(struct student),1,fp);


10.3 文件应用实例 /* 以下用于输出学生的各项数据 */ printf("-----------------------------------\n"); printf("No.\tName\tScore1\tScore2\tScore3\taverage\n"); for(i=0;i<N;i++) {printf("%s\t%s\t",s[i].num,s[i].name); for(j=0;j<3;j++) printf("%d\t",s[i].score[j]); printf("%.2f\n\n",s[i].avr); } printf("\n"); } 程序执行过程为：

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10.4 本章小结通过本章学习，读者应掌握以下内容：（ 1 ）文件的用途，文件可以长期存储程序中需要的数据。（ 2 ）文件的概念，文件的分类，各类文件的特点。（ 3 ）文件指针的概念和使用。（ 4 ）文件操作的步骤。文件操作一般是按以下步骤进行的： ① 用 fopen()函数打开文件。文件打开时一定要选择正确的文件读写方式。 ② 对文件进行读 /写操作。 ③ 用 fclose()函数关闭文件。对已打开文件的操作是通过文件指针进行的，实际上都是由系统提供的标准读 /写函数完成的。（ 5 ）文件读写函数。本章介绍了 fputc()和 fgetc()、 fputs()和 fgets()、 fprintf()和 fscanf()以及 fwrite()和 fread()函数等多种文件读写，应该了解它们的使用及使用场合。（ 6 ）文本文件只能顺序读写，而二进制文件可以顺序读写也可以随机读写。函数 fseek()一般用于随机读写时的读写指针定位。

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10.5 实训实训 1 【实训内容】文本文件的读写。【实训目的】掌握文本文件的打开、关闭及读写操作。【实训题目】（ 1 ）下面源程序文件名为 test.c，程序执行后将在屏幕上显示自身的内容。阅读程序并上机调试。 #include "stdio.h" main() { FILE *fp; char ch; if ((fp=fopen("test.c"，"r"))==NULL)

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10.5 实训 { puts("can not open file ： dd.c"); exit(0); } while ((ch=getc(fp))!=EOF) putchar(ch); fclose(fp); printf("\n"); } （ 2 ）以下程序的功能是将源程序文件 file1.c 的内容输出到屏幕上并复制到文件 file2.c 中。请把程序补充完整，并上机调试。


10.5 实训 #include "stdio.h" main() { FILE ; /* 定义文件指针 */ fp1=fopen("file1.c"，"r"); fp2=fopen("file2.c"，"w"); while (!feof(fp1)) putchar(getc(fp1)); ; /* 文件指针定位到文件开头 */ while(!feof(fp1)) putc( ); /* 文件复制 */ fclose(fp1); fclose(fp2); }


10.5 实训实训 2 【实训内容】文件顺序读写。【实训目的】掌握格式化读写函数 fscanf()和 fprinf()的使用。【实训题目】分析下面程序输出结果并上机进行验证。 #include "stdio.h" main() { FILE *fp; int i, k=0, n=0; fp=fopen("d1", "w"); for(i=1;i<4;i++) fprintf(fp, "%d", i); fclose(fp); fp=fopen("d1.txt", "r"); for(i=1;i<=2;i++)


10.5 实训 { fscanf(fp, "%d%d", &k, &n); printf("%d %d\n", k, n); } fclose(fp); }

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习题 10 10−1 下面程序用变量 count 统计文件中字符的个数。请在画线处填入适当内容。 #include "stdio.h" main() { FILE *fp; long count=0; if (( fp=fopen("letter.dat", ))==NULL) { printf("cannot open file\n"); exit(0);

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习题 10 } while(!feof(fp)) { ; ; } printf("count=%ld\n", count); fclose(fp); } 10−2 编写程序完成从键盘输入一行字符，将其中的小写字母全部转换为大写字母，然后输出到磁盘文件“test1.txt”中保存。 10−3 设文件 number.dat 中存放了一组整数，请编程统计并输出文件中正整数、零和负整数的个数。


习题 10 10−4 设有以下结构体类型，并且结构体数组 student 中的元素都已有值，若要将这些元素写到硬盘文件 fp 中，请将以下 fwrite 语句补充完整。 struct st { char name[8]; int num; float s[4]; } student[50]; fwrite(student，， 1 ， fp); 10−5 已知学生的数据库包含下列信息：学号（ 3 位整数）、姓名（ 8 个字符）、电话号码（ 8 位整数），编写程序完成：（ 1 ）由键盘输入 N 个学生的数据，将其存入文件“test2.txt”; （ 2 ）通过学生姓名查询学生的电话号码。

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图 10-1

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表 10-1

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表 10-2

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第 10 章 文件及其应用

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