C語言-檔案I/O

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這篇是講關於C語言如何操作檔案

簡介

儲存在變數的資料只是暫時的，想要在程式結束時儲存資料就必須靠檔案

這個章節要介紹的是如何操作檔案

fopen,fclose

如果要處理檔案要用fopen來開啟檔案，fopen函數的原型宣告如下：

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

fopen的第一個參數是檔案名稱(路徑)，第二個參數是打開檔案的方式

以下表格是檔案打開的方式

模式 說明
r 開啟檔案進行唯讀，若檔案不存在，則傳回NULL
w 開啟檔案進行唯寫，若檔案不存在，則建立新檔，若檔案存在則將之刪除，再建立新檔
a 開啟檔案進行附加，若檔案存在，則資料從檔案尾端寫入，若檔案不存在則建立新檔
rb 以二進位模式開啟檔案進行唯讀
wb 以二進位模式開啟檔案進行唯寫
ab 以二進位模式開啟檔案進行附加
r+ 開啟檔案進行讀寫，若檔案不存在，則建立新檔，若檔案存在，資料將從檔案開頭進行覆寫
w+ 開啟檔案進行讀寫，若檔案不存在，則建立新檔，若檔案存在則覆寫原有的資料
a+ 開啟檔案進行附加、讀取，若檔案不存在則建立新檔，若檔案存在，則資料從檔案尾端寫入
r+b 以二進位方式開啟檔案進行讀寫
w+b 以二進位方式開啟檔案進行讀寫
a+b 以二進位方式開啟檔案進行附加、讀取

fopen會使用緩衝區來減少I/O，以提高效率，所以在讀寫的過程中其實是對緩衝區做讀寫

使用檔案的好習慣就是不使用時就要使用fclose關閉，參數為檔案指標，以下為原型宣告

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int fclose(FILE *fp);

如果檔案正常關閉則回傳0，不正常關閉則回傳非0的數字

fgetc,fputc,fgets,fputs

開啟檔案後可以用fgetc讀取檔案的一個字元，用fputc輸出一個字元

函數宣告原型如下

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int fgetc(FILE* fp);
int fputc(int ch, FILE *fp);

fgetc傳檔案指標進去就可以取得該檔案的一個字元，直到檔案結尾EOF(End Of File)

可以像下面這樣判斷檔案結尾

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char ch;
ch = fgetc(file);
while( ch != EOF ) {
    ...
    ...
    ...
    ch = fgetc(file);    
}

fputc傳一個字元跟檔案指標就能寫一個字元進去

而如果想一次處理一行字串就要使用fgets、fputs，函數宣告原型如下

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char* fgets(char *str, int length, FILE *fp);
int fputs(char *str, FILE *fp);

fgets第一個參數是要儲存的字串位址，第二個是要讀幾個字，由於最後一個字要是’\0’

所以真正的長度為length-1，第三個參數是檔案指標

fputs第一個參數是要輸出的字串，第二個參數是要輸出到哪個檔案

以下程式是示範用fgetc,fputc複製檔案

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#include <stdio.h> 
                                                                                
int main() {
                  
    FILE *file1 = fopen("source.txt", "r");                            
    if(!file1) { 
        puts("來源檔案開啟失敗"); 
        return 1; 
    }
    
    FILE *file2 = fopen("target.txt", "w");
    if(!file2) { 
        puts("目的檔案開啟失敗"); 
        return 1; 
    }    

    char ch;
    ch = fgetc(file1);                                      
    while(ch != EOF) {
     
        fputc(ch, file2);
        ch = fgetc(file1); 
        
    } 
          
    fclose(file1);
    fclose(file2);
        
    return 0; 
    
}

以下程式是示範用fgets,fputs複製檔案

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#include <stdio.h> 
                                                                                
int main() {
                  
    FILE *file1 = fopen("source.txt", "r");                            
    if(!file1) { 
        puts("來源檔案開啟失敗"); 
        return 1; 
    }
    
    FILE *file2 = fopen("target.txt", "w");
    if(!file2) { 
        puts("目的檔案開啟失敗"); 
        return 1; 
    }    

    char str[50];
    while(fgets(str, 50, file1) != NULL) { 
        fputs(str, file2);
    }
          
    fclose(file1);
    fclose(file2);
        
    return 0; 
    
}

fscanf,fprintf

檔案操作也可以做格式化，以下是原型宣告

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int fprintf(FILE *fp, char *formatstr, arg1, arg2, ...);
int fscanf(FILE *fp, char *formatstr, arg1, arg2, ...);

除了第一個參數要給檔案指標以外，其餘跟scanf,printf一樣

以下是範例程式

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#include <stdio.h> 
                                                                                
int main() {
    char ch; 

    FILE *file = fopen("test.txt", "w"); 
    if(!file) { 
        puts("無法寫入檔案"); 
        return 1; 
    } 

    fprintf(file, "%s\t%d\r\n", "AAA", 100);
    fprintf(file, "%s\t%d\r\n", "BBB", 90);
    fprintf(file, "%s\t%d\r\n", "CCC", 80);    

    fclose(file);

    file = fopen("test.txt", "r");; 
    if(!file) { 
        puts("無法讀入檔案"); 
        return 1; 
    } 
    
    char name[10]; 
    int score; 
    
    puts("名字\t分數"); 
    while(fscanf(file, "%s\t%d", name, &score) != EOF) { 
        printf("%s\t%d\n", name, score); 
    } 

    fclose(file);

    return 0; 
    
}

fread,fwrite

使用二進位模式讀寫檔案就需要用fread,fwrite

讀寫二進位檔案都是使用位元組(Byte)為單位的區塊(Block)，以下為函數原型宣告

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int fread(char *buffer, int size, int count, FILE *fp);
int fwrite(char *buffer, int size, int count, FILE *fp);

fread的意思是將count個元素從fp檔案中讀出到buffer，每個元素大小為size位元組

fwrite的意思是從buffer寫入count個元素到fp檔案中，每個元素大小為size位元組

以下為複製檔案的範例程式

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#include <stdio.h> 
                                                                                
int main() { 

    FILE *file1 = fopen("source.txt", "rb"); 
    FILE *file2 = fopen("target.txt", "wb"); 

    if(!file1) { 
        puts("檔案讀入失敗"); 
        return 1; 
    } 

    if(!file2) { 
        puts("檔案輸出失敗"); 
        return 1; 
    } 
    
    char ch; 

    while(!feof(file1)) { 
        fread(&ch, sizeof(char), 1, file1);
        
        if(!feof(file1)) { 
            fwrite(&ch, sizeof(char), 1, file2);
        }
    } 

    fclose(file1); 
    fclose(file2); 
    
    return 0; 
    
}

fseek

開啟檔案的時候，會有一個指標指向檔案開頭，每次讀取幾個字元，就會往後位移

C語言提供fseek來位移這個指標，方便我們要從任一地方讀取檔案

以下為fseek的函數原型宣告

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int fseek(FILE *fp, long offset, int mode);

第一個參數是檔案，第二個參數為偏移量，第三個參數是從哪裡位移

以下是位移模式的說明

位移模式 說明
SEEK_SET 檔案開頭
SEEK_CUR 目前游標所在位置
SEEK_END 檔案結尾

這種檔案操作稱為非循序的檔案存取，一般會使用二進位模式搭配自定的資料結構

以下是範例程式

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#include <stdio.h> 
     
struct Employee{
    char name[30]; // 名字
    int age; //年齡
    char gender; // 性別，'M' or 'F'
    double salary; // 薪水
};
             
void printPrompt();
                                                                         
int main() { 

    // 初始化 
    FILE *file = fopen("data.bin", "wb");
    int count; 
    printf("要建立幾筆資料？ "); 
    scanf("%d", &count);
    
    struct Employee employee = {"",0,'\0',0.0};
     
    int i;
    for(i = 0; i < count; i++) 
        fwrite( &employee, sizeof(employee), 1, file); 
    
    fclose(file);
    
    // 讀取 
    count = 0; 
    
    file = fopen("data.bin", "r+b");
    if(!file) { 
        puts("無法讀取檔案"); 
        return 1; 
    } 
    
    while(1) { 
        fread(&employee, sizeof(employee), 1, file); 
        if(!feof(file)) {
            count++; 
        }
        else {
            break; 
        }
    } 

    rewind(file); // 等同於 fseek(file, 0, SEEK_SET); 
         
    printf("輸入序號(1-%d)\n", count);
    puts("輸入0離開"); 
    
    int id;
    while(1) { 
        printf("\n序號? "); 
        scanf("%d", &id); 
        if(id == 0) {
            break; 
        }
        
        printf("輸入名字 年齡 性別 薪水\n=> ");
        scanf("%s %d %c %lf", employee.name, &(employee.age), &(employee.gender), &(employee.salary)); 

        fseek(file, (id - 1) * sizeof(employee), SEEK_SET); 
        fwrite(&employee, sizeof(employee), 1, file);
        
        printf("輸入序號(1-%d)\n", count);
    	puts("輸入0離開"); 
    } 

    fclose(file); 
    
    return 0; 
    
}

執行結果

要建立幾筆資料？ 5
現在開始輸入資料
輸入序號(1-5)
輸入0離開

序號? 1
輸入名字 年齡 性別 薪水
=> Gundam 20 M 81000
輸入序號(1-5)
輸入0離開

序號? 5
輸入名字 年齡 性別 薪水
=> Box 20 M 22000
輸入序號(1-5)
輸入0離開

序號? 0
現在輸出所有資料
名字    年齡    性別    薪水
Gundam  20      M       81000.00
        0       0       0.00
        0       0       0.00
        0       0       0.00
Box     20      M       22000.00

freopen

freopen跟fopen不一樣的地方是fopen是打開檔案

freopen是重新導向串流(stream)直到程式結束為止，以下是函數原型宣告

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FILE * freopen ( const char * filename, const char * mode, FILE * stream );

第一個參數是檔案名稱，第二個是檔案模式，第三個則是要重新導向的串流

串流分為stdin(標準輸入)、stdout(標準輸出)、stderr(標準錯誤)

以下是範例程式

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#include <stdio.h> 
                                                                                
int main() {
                  
    // 把檔案導向到標準輸入 
    freopen("source.txt","r",stdin);
    // 把標準輸出重新導向到檔案 
    freopen("target.txt","w",stdout); 
    
    char str[50];
    while(gets(str) != NULL) { 
        puts(str);
    }
          
    return 0; 
    
}

參考

  1. C語言
  2. 未格式化檔案 I/O
  3. 格式化檔案 I/O
  4. 二進位檔案 I/O
  5. 資料流游標
  6. 隨機存取檔案