C 语言文件操作笔记（File I/O）

适用：C 语言入门、CS50。头文件：#include <stdio.h>。

1. 基本概念

C 使用 文件流（stream） 读写文件，通过 FILE * 操作。FILE * 是指向标准库文件流对象的指针，不是指向磁盘内容的 char *。

标准流程：fopen() 打开 → 读写 → fclose() 关闭。

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    FILE *fp = fopen("hello.txt", "w");
    if (fp == NULL)
    {
        perror("fopen");
        return 1;
    }

    if (fprintf(fp, "Hello, world!\n") < 0)
    {
        perror("fprintf");
        fclose(fp);
        return 1;
    }

    if (fclose(fp) == EOF)
    {
        perror("fclose");
        return 1;
    }
    return 0;
}

相对文件路径相对于程序运行时的当前工作目录，不一定是源代码所在目录。

2. fopen()：打开文件

FILE *fopen(const char *filename, const char *mode);

成功返回 FILE *；失败返回 NULL。

• 后缀 b：二进制模式，例如 "rb"、"wb"；在部分系统上影响换行转换。
• +：允许读写；同一个更新流上交替读写时通常需要适当调用定位或刷新函数，不能直接任意切换。
• "w" / "w+" 打开已有文件时立即截断文件，请谨慎。

FILE *fp = fopen("data.txt", "r");
if (fp == NULL)
{
    perror("Cannot open data.txt");
    return 1;
}

3. 文本文件写入

FILE *fp = fopen("scores.txt", "w");
if (fp == NULL) return 1;

fputc('A', fp);
fputs("lice ", fp);       // 不会自动补换行
fprintf(fp, "%d\n", 95);

if (fclose(fp) == EOF) return 1;

printf(...) 面向标准输出 stdout，而 fprintf(fp, ...) 面向指定流。

4. 文本文件读取

4.1 fgetc()：逐字符读取

FILE *fp = fopen("data.txt", "r");
if (fp == NULL) return 1;

int c;
while ((c = fgetc(fp)) != EOF)
{
    putchar(c);
}
if (ferror(fp))
{
    perror("fgetc");
    fclose(fp);
    return 1;
}
fclose(fp);

为什么用 int c？ fgetc() 要同时表示有效字符和特殊值 EOF，使用 char 可能无法可靠区分。

EOF 不是文件末尾真实存在的字符；它是读取函数用于表示文件结束或出错的返回值。

4.2 fgets()：读取一行（或一部分）

char buffer[100];
while (fgets(buffer, sizeof(buffer), fp) != NULL)
{
    printf("%s", buffer);
}

• 最多读取 sizeof(buffer) - 1 个字符，留下一个位置放 \0。
• 如读到换行符且空间足够，会保留 \n。
• 一行过长时，可能需要多次 fgets() 才能读完。

4.3 fscanf()：格式化读取

假设文件内容：

Alice 90
Bob 85

char name[50];
int score;
while (fscanf(fp, "%49s %d", name, &score) == 2)
{
    printf("%s: %d\n", name, score);
}

fscanf() 返回成功赋值的字段个数；%49s 防止将超过容量的字符串写入 name[50]。%s 遇空白字符即停止，不能读取包含空格的完整姓名。

5. 文件位置：ftell、fseek、rewind

fseek() 的参考位置：

• SEEK_SET：文件开头
• SEEK_CUR：当前位置
• SEEK_END：文件末尾

二进制文件示例：

fseek(fp, 0, SEEK_SET);   // 开头
fseek(fp, 10, SEEK_SET);  // 从开头偏移 10 字节
fseek(fp, -4, SEEK_END);  // 从末尾向前偏移 4 字节（需确保位置合法）

文本流的偏移存在标准限制，不能普遍假定可按任意字节偏移；ftell() 在文本流中得到的值主要用作恢复位置的标记。

6. 二进制读写：fread() 与 fwrite()

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

返回值都是成功处理的完整元素个数，而不是字节数。

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    int numbers[] = {10, 20, 30, 40};
    FILE *fp = fopen("numbers.bin", "wb");
    if (fp == NULL) return 1;

    size_t written = fwrite(numbers, sizeof(numbers[0]), 4, fp);
    if (written != 4)
    {
        perror("fwrite");
        fclose(fp);
        return 1;
    }
    if (fclose(fp) == EOF) return 1;

    int loaded[4];
    fp = fopen("numbers.bin", "rb");
    if (fp == NULL) return 1;

    size_t read_count = fread(loaded, sizeof(loaded[0]), 4, fp);
    if (read_count != 4)
    {
        fprintf(stderr, "Only read %zu elements\n", read_count);
        fclose(fp);
        return 1;
    }
    fclose(fp);
    return 0;
}

提示：直接将 int 的内存表示写进文件，受 int 大小及大小端（Endianness）影响，不保证跨平台通用。稳定的文件格式应明确字节布局。

7. EOF、feof()、ferror()

不要写：

while (!feof(fp))  // 不推荐：在读取尝试到达末尾后才设置 EOF 标志
{
    int c = fgetc(fp);
    // 可能误处理 EOF
}

正确方式：根据读取函数的返回值控制循环，再检查错误。

int c;
while ((c = fgetc(fp)) != EOF)
{
    putchar(c);
}

if (ferror(fp))
{
    perror("Read error");
}
else if (feof(fp))
{
    puts("Reached end of file");
}

8. 综合实例：复制任意二进制文件

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    FILE *src = fopen("input.bin", "rb");
    if (src == NULL)
    {
        perror("input");
        return 1;
    }

    FILE *dst = fopen("output.bin", "wb");
    if (dst == NULL)
    {
        perror("output");
        fclose(src);
        return 1;
    }

    unsigned char buffer[4096];
    size_t n;
    int failed = 0;

    while ((n = fread(buffer, 1, sizeof(buffer), src)) > 0)
    {
        if (fwrite(buffer, 1, n, dst) != n)
        {
            perror("write");
            failed = 1;
            break;
        }
    }

    if (ferror(src))
    {
        perror("read");
        failed = 1;
    }
    if (fclose(src) == EOF)
    {
        perror("close input");
        failed = 1;
    }
    if (fclose(dst) == EOF)
    {
        perror("close output");
        failed = 1;
    }
    return failed;
}

确保源文件与目标文件不是同一个文件，否则 "wb" 打开目标文件时可能清空源数据。

9. 文件流与动态内存对比

不能使用 free(fp) 代替 fclose(fp)；fclose() 之后也不能继续使用该文件流。

10. 速查表

11. 常见错误与练习

常见错误： 忘记判断 fopen 结果；误用 "w" 导致数据被清空；读取 EOF 时使用 char；不检查读取结果；fclose 后继续操作流；忘记检查写入和关闭错误。

建议练习：

1. 读取文本文件，统计字节数、单词数和行数。
2. 将一个文本文件复制到另一个文本文件。
3. 使用 fread / fwrite 复制一张图片并对比源、目标文件。
4. 将学生姓名与分数保存为 CSV 文件，再读取并求平均值。

核心： FILE * 管理的是文件流；读写函数操作流；EOF 是读取返回状态，不是文件中的字符；成功打开的流应该正确关闭。