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C语言-第九章-加餐：文件位置指示器与二进制读写

news 来源：原创 2024/9/21 11:13:44

传送门：C语言-第九章：文件读写

第一节：文件位置指示器

1-1.fseek 函数

1-2.ftell 函数

1-3.rewind 函数

1-4.案例

第二节：文件的二进制读写

2-1.文件的二进制打开

2-2.fread 二进制读函数

2-3.fwrite 二进制写函数

2-4.图片读写

第三节：printf 与 fprintf、scanf 与 fscanf的联系

3-1.printf 与 fprintf

3-2.scanf 与 fscanf

下期预告：

第一节：文件位置指示器

文件位置指示器是下一次操作要对文件进行操作的位置（读或写），可以理解为光标的位置。

进行读操作和写操作时，指示器的初始位置都在文件开头；

进行追加操作时，指示器的位置在文件结尾。

进行读写操作时，指示器的位置也会随之后移，我们也可以用用一些函数改变文件指示器的位置。

1-1.fseek 函数

fseek 函数根据一个起始位置，将指示器偏移到对应位置，函数原型如下：

stream：要改变指示器位置的文件

offset：相对于 origin 位置的偏移量，设置0就表示指示器指向 origin

origin：起始位置，有三种选项：

①SEEK_CUR ：指示器当前的位置

②SEEK_END：文件结尾

③SEEK_SET ：文件开头

返回值：如果设置成功，它将返回0；否则返回非0值

1-2.ftell 函数

ftell 函数将返回指示器相对于文件开头位置的偏移量，函数原型如下：

stream：返回此文件的指示器偏移量

返回值：成功后。将返回偏移量；否则返回-1

1-3.rewind 函数

让指示器返回到文件开头，函数原型如下：

stream：让stream的指示器指向文件开头

1-4.案例

下面是一个案例：得到一个文件的大小并读取文件中的所有内容。

我们先自定义好一份文件中的内容，随便在网上复制一些内容：

完整代码如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{FILE* pf = fopen(".\\text.txt", "r"); // 以读方式打开文件if (pf == NULL){perror("文件打开失败");return 0;}// 让指示器指向文件结尾fseek(pf,0,SEEK_END);// 得到当前位置（文件结尾）相对于文件开头的偏移量int size = ftell(pf); // 这个偏移量就是文件内容的总字节大小// 将指示器复位（重新指向文件开头），以便之后的读取rewind(pf);// 开辟一块空间，用于存放读取的文件内容，注意'\0'也要计算大小char* content = (char*)malloc(size+1);// 读取文件内容fgets(content,size+1,pf);// 打印contentprintf("%s\n",content);return 0;
}

第二节：文件的二进制读写

为什么要有二进制读写？

文件之所以要有二进制读写方式，主要是基于以下几个原因：

精确控制数据：
二进制读写允许你以字节为单位精确地控制数据的读写。在处理非文本文件（如图片、视频、音频文件等）时，这些文件中的数据是以二进制形式（即0和1的组合）存储的。使用二进制读写可以直接处理这些字节数据，而无需进行任何形式的转换或解释。
性能优化：
对于大文件或需要高速读写的应用场景，二进制读写通常比文本读写更高效。文本读写可能需要将二进制数据转换为特定的字符编码（如UTF-8），并在读写时进行转换，这会增加额外的处理时间。而二进制读写则直接操作字节，避免了这些额外的开销。
兼容性和移植性：
在处理跨平台或跨语言的文件时，二进制读写可以保证数据的精确性和一致性。由于文本文件可能受到不同平台字符编码和换行符差异的影响，使用二进制读写可以避免这些问题，确保数据在不同平台和语言之间的一致性和可移植性。
处理复杂数据结构：
在序列化复杂数据结构（如对象、数组等）到文件时，二进制格式提供了一种更加紧凑和高效的方式来存储这些结构。通过将数据结构转换为二进制表示，并在需要时重新恢复为原始结构，可以实现快速的数据交换和存储。
直接操作底层数据：
在需要直接操作硬件或系统底层数据的场景中（如驱动程序开发、嵌入式系统开发等），二进制读写是必不可少的。这些场景要求直接读写设备的内存地址或寄存器，而这些数据通常是以二进制形式存在的。

以上内容来自文心一言

二进制操作如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{FILE* pf = fopen(".\\text.txt", "w+b"); // 以二进制读写方式打开文件if (pf == NULL){perror("文件打开失败");return 0;}// 以二进制形式存储数据char put[] = "你好，世界，hello,world";fwrite(put, sizeof(put), 1, pf);// 指示器复位rewind(pf);// 读取二进制内容char get[sizeof(put)];fread(get, sizeof(put), 1, pf);// 打印数据printf("%s\n", get);return 0;
}

文件中的中文变成了一些看不懂的符号，但是读取回来的内容与之前相同。说明vs编译器和txt文件对英文字符的编码格式相同，对中文的编码格式不同。

接下来我们简单介绍一下二进制的读写操作：

2-1.文件的二进制打开

①rb：二进制读

②wb：二进制写

③ab：二进制追加

④r+b：二进制读写，不清空文件内容

⑤w+b：二进制读写，要清空文件内容

⑥a+b：二进制追加+读

2-2.fread 二进制读函数

函数原型如下：

ptr：存放读取到的内容的空间

size：一次读取的字节数（一个元素的大小）

count：读取次数（元素个数）

stream：被读取的文件

返回值：返回成功读取的元素的个数；读取失败返回值小于count，如果因为文件内容少，读到文件结尾返回值也会小于count，需要用 feof 函数判断文件是不是正常结束的。

feof 函数的用法如下：

int feof(FILE* stream); // 正常结束返回真，否则返回假

2-3.fwrite 二进制写函数

函数原型如下：

ptr：存放将写入的内容的空间

size：一次写入的字节数（一个元素的大小）

count：写入次数（元素个数）

stream：被写入的文件

返回值：返回成功写入的元素的个数；写入时如果发生错误则返回值小于count。

2-4.图片读写

图片在文件中是以二进制的形式存储的，我们可以用二进制读写来操作图片文件，比如将一份图片进行复制，具体做法如下：

首先在网上随便找一张图片放在代码文件夹下，然后自己创建一个副本，后缀要一致：

此时这个副本里是没有内容的，完整代码如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{FILE* pf1 = fopen(".\\山水风景.png", "r+b"); // 以二进制读方式打开原图片FILE* pf2 = fopen(".\\山水风景副本.png", "w+b"); // 以二进制写方式打开副本图片if (pf1 == NULL || pf2 == NULL){perror("文件打开失败");return 0;}// 让指示器指向文件结尾fseek(pf1, 0, SEEK_END);// 得到当前位置（文件结尾）相对于文件开头的偏移量(文件大小)int size = ftell(pf1);// 开辟一块空间，用于存放读取的文件内容char* content = (char*)malloc(size);// 返回文件开头rewind(pf1);// 读取内容fread(content, size, 1, pf1);// 写入内容fwrite(content, size, 1, pf2);return 0;
}

执行上述代码，就得到一个副本图片了：

第三节：printf 与 fprintf、scanf 与 fscanf的联系

3-1.printf 与 fprintf

printf 函数实际上是 fprintf 函数的一种特殊情况：printf 函数的本质是向屏幕文件写入数据，而 fprintf 函数是向任意文件（包括屏幕文件）写入数据。

我们知道，一个文件在被操作时先要要用 fopen 打开这个文件，但是 printf 函数似乎不需要打开屏幕文件，就可以向屏幕输出数据。真实情况是屏幕文件在程序执行时是被默认打开的，不需要我们打开。

既然屏幕文件默认是打开的，那么它有没有文件指针指向它呢？答案是肯定的，这个文件指针是一个来自C语言标准库的外部变量 stdout，它包含在<stdio.h>文件中。

我们可以使用 stdout + fprintf 向屏幕打印数据：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{char arr[] = "Hello,world";fprintf(stdout,"%s\n",arr); // 与下面条语句等价printf("%s\n", arr);return 0;
}

屏幕文件的本质：

屏幕文件本质是一块缓冲区，当缓冲区的内容满足一定条件时，缓冲区的内容才会输出到屏幕上，有以下3种条件：

（1）屏幕文件关闭：当程序结束和调用 fclose(stdout) 时，屏幕文件都会关闭，缓冲区的内容都会输出到屏幕上；

（2）缓冲区满：当缓冲区被占满时，里面的内容会被输出到屏幕上，以腾出空间；

（3）出现'\n'：当缓冲区的内容中有换行符时，会把换行符之前（包括换行符）的所有数据输出到屏幕。

3-2.scanf 与 fscanf

与上面类似，scanf 是 fscanf 的一种特殊情况：scanf 是从键盘文件获取数据写到任意变量中；fscanf 是从任意文件（包括键盘文件）获取数据写到任意变量中。而指向键盘文件的文件指针是 stdin。

我们也就可以使用 stdin + fscanf 从键盘获取数据写到变量中：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{int a = 0;fscanf(stdin,"%d",&a); // 等价于 scanf("%d", &a);printf("a=%d\n", a);return 0;
}