C 语言文件 I/O 完全指南

引言

文件操作是 C 语言系统编程的基础技能。无论是配置文件读写、数据持久化还是日志记录，都离不开文件 I/O。本文详细介绍 fopen、fclose、fread、fwrite、fprintf、fscanf 等函数的用法，并对比文本与二进制文件的操作差异。

一、文件打开与关闭

fopen 用于打开文件，fclose 用于关闭文件：

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

// 打开模式
FILE *fp = fopen("data.txt", "r");   // 读文本
FILE *fp = fopen("data.txt", "w");   // 写文本（覆盖）
FILE *fp = fopen("data.txt", "a");   // 追加写
FILE *fp = fopen("data.bin", "rb");  // 读二进制
FILE *fp = fopen("data.bin", "wb");  // 写二进制

if (fp == NULL) {
    perror("fopen failed");
    return -1;
}

// 使用完毕后必须关闭
fclose(fp);

二、文本文件读写

2.1 fprintf 与 fscanf

类似于 printf/scanf，但多了文件指针参数：

// 写入文本
FILE *fp = fopen("test.txt", "w");
if (fp) {
    fprintf(fp, "Name: %s, Age: %d, Score: %.2f\n", "Tom", 25, 92.5);
    fprintf(fp, "Value: %d, Hex: 0x%X\n", 255, 255);
    fclose(fp);
}

// 读取文本
fp = fopen("test.txt", "r");
char name[32];
int age;
float score;
int value, hex;
while (fscanf(fp, "Name: %s, Age: %d, Score: %f\n", name, &age, &score) == 3) {
    printf("%s, %d, %.2f\n", name, age, score);
}
fscanf(fp, "Value: %d, Hex: 0x%x\n", &value, &hex);
printf("Value: %d, Hex: %d\n", value, hex);
fclose(fp);

2.2 fgets 与 fputs

按行读取，更安全可靠：

// fgets：读取一行，保留换行符（如果有）
char line[256];
FILE *fp = fopen("test.txt", "r");
while (fgets(line, sizeof(line), fp) != NULL) {
    printf("%s", line);  // 本身已包含换行符
}
fclose(fp);

// fputs：写入一行，不自动加换行符
fp = fopen("output.txt", "w");
fputs("第一行\n", fp);
fputs("第二行\n", fp);
fclose(fp);

2.3 fgetc 与 fputc

读写单个字符：

// 读取整个文件（字符流方式）
int ch;
int line_count = 0;
FILE *fp = fopen("test.txt", "r");
while ((ch = fgetc(fp)) != EOF) {
    putchar(ch);
    if (ch == '\n') line_count++;
}
printf("Total lines: %d\n", line_count);
fclose(fp);

// 复制文件
int copy_file(const char *src, const char *dst) {
    FILE *in = fopen(src, "rb");
    FILE *out = fopen(dst, "wb");
    int ch;
    while ((ch = fgetc(in)) != EOF) {
        fputc(ch, out);
    }
    fclose(in);
    fclose(out);
    return 0;
}

三、二进制文件读写

二进制文件以原始字节形式存储数据，无格式转换，效率更高。

typedef struct {
    int id;
    char name[32];
    double salary;
} Employee;

// 写入二进制
void write_employees(const char *filename) {
    Employee emps[3] = {
        {1, "Alice", 8000.0},
        {2, "Bob", 9500.0},
        {3, "Carol", 7200.0}
    };

    FILE *fp = fopen(filename, "wb");
    fwrite(emps, sizeof(Employee), 3, fp);
    fclose(fp);
}

// 读取二进制
void read_employees(const char *filename) {
    Employee emp;
    FILE *fp = fopen(filename, "rb");
    while (fread(&emp, sizeof(Employee), 1, fp) == 1) {
        printf("ID: %d, Name: %s, Salary: %.2f\n",
               emp.id, emp.name, emp.salary);
    }
    fclose(fp);
}

四、文件定位

使用 ftell、fseek、rewind 控制读写位置：

// 获取当前文件位置（相对于文件开头的字节偏移）
long pos = ftell(fp);
printf("Current position: %ld\n", pos);

// fseek：移动文件位置
fseek(fp, 0, SEEK_SET);   // 回到文件开头
fseek(fp, 0, SEEK_END);   // 跳到文件末尾
fseek(fp, 10, SEEK_CUR);  // 从当前位置前进 10 字节
fseek(fp, -5, SEEK_END); // 从末尾后退 5 字节

// rewind：等价于 fseek(fp, 0, SEEK_SET)
rewind(fp);

// 获取文件大小
fseek(fp, 0, SEEK_END);
long file_size = ftell(fp);
rewind(fp);

五、文件状态与缓冲区

// feof：检查是否到达文件末尾
while (!feof(fp)) {
    // 读取数据...
}

// ferror：检查文件操作是否出错
if (ferror(fp)) {
    perror("File error");
}

// fflush：强制刷新缓冲区（确保数据写入磁盘）
fflush(fp);  // 刷新输出缓冲区

// 设置缓冲区（可选）
char buf[8192];
setvbuf(fp, buf, _IOFBF, sizeof(buf));  // 全缓冲
setvbuf(fp, NULL, _IONBF, 0);           // 无缓冲
setvbuf(fp, NULL, _IOLBF, 0);           // 行缓冲（用于终端）

六、完整示例：学生信息管理系统

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

typedef struct {
    int id;
    char name[32];
    int score;
} Student;

void add_student(const char *filename) {
    Student s;
    printf("ID: "); scanf("%d", &s.id);
    printf("Name: "); scanf("%s", s.name);
    printf("Score: "); scanf("%d", &s.score);

    FILE *fp = fopen(filename, "ab");
    fwrite(&s, sizeof(Student), 1, fp);
    fclose(fp);
}

void list_students(const char *filename) {
    Student s;
    FILE *fp = fopen(filename, "rb");
    if (!fp) { printf("No records yet.\n"); return; }

    printf("%-6s %-10s %-6s\n", "ID", "Name", "Score");
    printf("------------------------\n");
    while (fread(&s, sizeof(Student), 1, fp) == 1) {
        printf("%-6d %-10s %-6d\n", s.id, s.name, s.score);
    }
    fclose(fp);
}

int main(void) {
    const char *file = "students.dat";
    int choice;

    while (1) {
        printf("\n1.Add 2.List 0.Exit: ");
        scanf("%d", &choice);
        if (choice == 1) add_student(file);
        else if (choice == 2) list_students(file);
        else break;
    }
    return 0;
}

七、总结

• fopen/fclose：打开和关闭文件，始终检查返回值
• 文本模式：使用 fprintf、fscanf、fgets、fgetc 等
• 二进制模式：使用 fread、fwrite，无格式转换
• 文件定位：fseek 控制位置，ftell 获取偏移，rewind 回开头
• 安全检查：feof、ferror 检查状态，fflush 强制刷新
• 跨平台注意：Windows 下换行符不同，二进制文件要加 "b"