程序设计基础

第十二章文件

第12章文件

12.1 素数文件
 12.2 用户信息加密和校验
 12.3 文件综合应用：资金帐户管理

本章要点

什么是文件?C文件是如何存储的?
什么是文件缓冲系统?工作原理如何?
什么是文本文件和二进制文件?
怎样打开、关闭文件?
怎样编写文件读写程序?
怎样编写程序，实现简单的数据处理?

12.1 素数文件

例12-1. 系数文件

从2开始依次找出500个素数，将这些素数存入文本文件prime.txt中 Found

12.1.1 程序解析

                        
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<math.h>
int prime(int n)  /* 见例5-5 */
{
    ......
}
int main()
{
    int n=2, count=0;
    FILE *fp;  /* 定义文件指针 */

    if((fp=fopen("prime.txt", "w"))==NULL){  /* 打开文件 */
        printf("File open error!\n");
        exit(0);
    }
    while(count<500){
        if(prime(n)!=0){  /* 写入文件 */
            count++;
            fprintf(fp, "%d ", n);
        }
        n++;
    }
    if(fclose(fp)){  /* 关闭文件 */
        printf("Can not close file\n");
        exit(0);
    }
    return 0;
}

12.1.2 文件的概念

操作系统中的文件是指驻留在外部介质(如磁盘等)中的一个有序数据集
文件类型主要包含
1. 程序文件，如源文件、目标程序、可执行程序等
2. 数据文件，用于输入输出，如文本文件、图像文件、声音文件等
文件所具有的特点包含以下三点：
1. 数据可永久保存
2. 数据长度不定
3. 数据按顺序存取

12.1.3 文本文件和二进制文件

C语言中的文件是由一个个字节数据组成的数据流
具有两种基本形式
即ASCII码文本文件--字符流和二进制文件--二进制流，其中二进制文件直接将内容数据以二进制形式保存
例如，整数1234以不同形式保存时
以文本文件保存时，保存为49 50 51 52 保存为4个字符
以二进制文件保存时，保存为04D2 为整数1234对应的二进制形式

12.1.4 缓冲文件系统

CPU和内存的速度远高于外部存储的速度，将数据直接从内存写入外部存储效率很低

缓冲文件系统执行过程

向磁盘输出数据时，数据先写入缓冲区，等缓冲区装满后，将缓冲区写入磁盘
从磁盘读入数据时，先一次性从磁盘文件将一批数据读入到缓冲区，再从缓冲区逐个读入数据到变量

缓冲文件与文件类型指针

用文件指针指示文件缓冲区中具体读写的位置
FILE *fp;
同时使用多个文件时，每个文件都有缓冲区，用不同的文件指针分别指示

12.1.5 文件结构与文件类型指针

FILE为结构类型，用typedef定义在stdio.h文件中

                        
typedef struct{
    short level;  /* 缓冲区使用量  */
    unsigned flags;  /* 文件状态标志 */
    char fd;  /* 文件描述符 */
    short bsize;  /* 缓冲区大小 */
    unsigned char *buffer;  /* 文件缓冲区的首地址 */
    unsigned char *curp;  /* 指向文件缓冲区的工作指针 */
    unsigned char hold;  /* 其他信息 */
    unsigned istemp;
    short token;
}FILE;

自定义类型typedef

typedef用于
(1). 将C语言中已有的类型(包括已定义过的自定义类型)重新命名
(2). 新的名称可以代替已有数据类型
(3). 常用于简化对复杂的数据类型定义的描述
typedef <已有类型名> <新类型名>;
typedef int INTEGER
int i, j; ==> INTEGER i, j;
typedef int* POINT
int* pt; ==> POINT pt;

typedef的使用方法

定义变量 int i;
用typedef将变量名命名为新类型名 typedef int INTEGER;
用新类型名定义变量 INTEGER i;
如
typedef int NUM[10];
NUM a <==> int a[10];

文件类型指针

FILE *fp;
文件类型指针指向文件缓冲区，通过移动指针实现对文件的操作

12.1.6 文件控制块FCB

文件控制块描述

文件控制块(File Control Block, FCB)，操作系统中对文件进行操作控制都是通过FCB实现，实际处理的是FCB列表
一个文件对应一个FCB
文件缓冲区由程序中fopen语句动态创建
打开文件时，FCB的内容信息被复制到文件缓冲区保存，用文件指针指向文件缓冲区就可实现对文件数据的操作

12.1.7 文件处理步骤

文件处理有四个步骤:

定义文件指针
打开文件，文件指针指向磁盘文件缓冲区
文件处理，即文件读写操作
关闭文件

12.2 用户信息加密和校验

例12-2. 用户信息加密和校验

为了保障系统安全，通常采取用户帐号和密码登录系统。系统用户信息存放在一个文件中，系统帐号名和密码由若干字母与数字字符构成，因安全需要文件中的密码不能是明文，必须要经过加密处理。请编程实现: 输入5个用户信息(包含帐号名和密码)并写入文件f12-2.dat。要求文件中每个用户信息占一行，帐号名和加密过的密码之间用一个空格分隔。密码加密算法: 对每个字符ASCII码的低四位求反，高四位保持不变（即将其与15进行异或运算）

12.2.1 程序解析

                        
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>
struct sysuser{  /* 定义系统用户账号信息结构 */
    char username[20];
    char password[8];
};
void encrypt(char *pwd)
{
    int i;
    /* 与15异或(00001111)，实现低四位取反，高四位不变 */
    for(i=0; i<strlen(pwd); i++)
        pwd[i]=pwd[i]^15;
}

程序解析(2)

                        
int main()
{
    FILE *fp;  /* 定义文件指针 */
    int i;
    struct sysuser su;
    /* 打开文件，进行写入操作 */
    if((fp=fopen("f12-2.txt", "w"))==NULL){
        printf("File open error!\n");
        exit(0);
    }
    /* 将5位用户账号信息写入文件 */
    for(i=1; i<=5; i++){
        printf("Enter %dth sysuser(name password):", i);
        scanf("%s%s", su.username, su.password);  /* 输入账号和密码 */
        encrypt(su.password);  /* 加密处理 */
        fprintf(fp, "%s %s\n", su.username, su.password);  /* 写入文件 */
    }
    if(fclose(fp)){  /* 关闭文件 */
        printf("Can not close the file\n");
        exit(0);
    }
    return 0;
}

12.2.2 打开文件和关闭文件

                        
if((fp=fopen("f12-2.txt","w")) == NULL){
    printf("File open error!\n");
    exit(0);
}

fopen("文件名", "文件打开方式");
将文件指针与文件实体对应，程序对文件指针进行操作，指针fp代表磁盘文件
执行成功，fopen返回包含文件缓冲区等信息在内的FILE型地址，赋给文件指针fp
如果执行不成功，则返回一个NULL(空值)
如果不成功，执行exit(0)关闭所有打开的文件，终止程序的执行
其中，参数0表示程序正常结束，非0参数通常表示不正常的程序结束

文件打开方式

fp=fopen("f12-2.txt", "w");

文件打开方式参数表
文本文件(ASCII)		二进制文件(Binary)
使用方式	含义	使用方式	含义
"r"	打开只读文件	"rb"	打开只读文件
"w"	建立只写新文件	"wb"	建立只写新文件
"a"	打开添加写文件	"ab"	打开添加写文件
"r+"	打开读/写文件	"rb+"	打开读/写文件
"w+"	建立读/写新文件	"wb+"	建立读/写新文件
"a+"	打开读/写文件	"ab+"	打开读/写文件

文件读写与打开方式

                        
if 读文件
    指定的文件必须存在，否则出错;
if 写文件(指定的文件可以存在，也可以不存在)
    if 以"w"方式写
        if 该文件已经存在
            原文件将被删除并重新建立;
        else
            按指定的名字新建一个文件;
    else if 以"a"方式写
        if 该文件已经存在
            写入的数据将被添加到指定文件原有数据的后面，不会删去原来的内容;
        else
            按指定的名字新建一个文件(与"w"相同);
if 文件同时读和写
    使用"r+", "w+"或"a+"打开文件

关闭文件

                        
if(fclose(fp)){
    printf("Can not close the file!\n");
    exit(0);
}

fclose(文件指针);
将缓冲区中的数据写入磁盘扇区，确保写文件的正常完成
释放文件缓冲区单元和FILE结构体，使文件指针与具体文件脱钩
函数fclose()的返回值为0，表示正常关闭文件，非0值表示无法正常关闭文件

12.2.3 文件读写

例12-3. 复制用户文件

将例12-2的用户信息文件f12-2.txt文件备份一份，取名为文件f12-3.txt，说明，运算程序前请将文件f12-2.txt与源程序放在同一目录下

文件读写源程序

                        
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
    FILE *fp1, *fp2;
    char ch;
    /* 打开文件， 读出数据 */
    if((fp1=fopen("f12-2.txt", "r"))==NULL){
        printf("File open error!\n");
        exit(0);
    }
    if((fp2=fopen("f12-3.txt", "w"))==NULL){
        printf("File open error!\n");
        exit(0);
    }
    while(!feof(fp1)){  /* 从fp1所指的文件中按字符顺序依次读取 */
        ch=fgetc(fp1);
        if(ch!=EOF)  /* 将字符ch写入fp2所指的文件 */
            fputc(ch, fp2);
    }
    if(fclose(fp1)){  /* 关闭文件 */
        printf("Can not close the file!\n");
        exit(0);
    }
    if(fclose(fp2)){  /* 关闭文件 */
        printf("Can not close the file!\n");
        exit(0);
    }
    return 0;
}

打开多个文件

                        
if((fp1=fopen("f12-2.txt", "r"))==NULL){
    printf("File open error!\n");
    exit(0);
}
if((fp2=fopen("f12-3.txt", "w"))==NULL){
    printf("File open error!\n");
    exit(0);
}

C语言中允许同时打开多个文件
不同的文件对应不同的文件指针
但不允许同一个文件在关闭前再次打开

文件读写函数

函数类型	函数名
字符读写函数	fgetc()/fputc()
字符串读写函数	fputs()/fgets()
格式化读写函数	fscanf()/fprintf()
二进制读写函数	fread()/fwrite()
检测文件结尾函数	feof()
检测文件读写出错函数	ferror()
清除末尾标志和出错标志函数	clearerr()
文件定位函数	fseek(), rewind(), ftell()

字符读写函数fgetc和fputc

                        
while(!eof(fp1)){
    ch=fgetc(fp1);
    if(ch!=EOF) fputc(ch, fp2);
}

函数fgetc()
ch=fgetc(fp);
从fp所指示的磁盘文件上读入一个字符到ch
要区分键盘字符输入函数getchar()

函数fputc()
fputc(ch, fp);
将一个字符ch写到fp所指示的磁盘文件上
返回值为-1(EOF)，表示写文件失败; 若返回ch表示写文件成功

字符串读写函数fgets和fputs

函数fputs()
fputs(s, fp);
用来向指定的文本文件写入一个字符串
s为要写入的字符串，结束符'\0'不写入文件
函数返回值，若执行成功，返回所写的最后一个字符，否则返回EOF

字符串读写函数fgets和fputs

函数fgets()
fgets(s, n, fp);
从文本文件中读取字符串
s可以是字符数组名或字符指针，n为指定读入的字符个数，fp为文件指针
当函数被调用时，最多读取n-1个字符，并将读入的字符串存入s所指向内存地址开始的n-1个连续的内存单元中
当函数读取的字符达到指定的个数，或接收到换行符，或接收到文件结束标志EOF时，将在读取的字符后面自动添加一个'\0'字符；若有换行符，则将换行符保留(换行符在'\0'之前)；若有EOF，则不保留
若函数执行成功，返回读取的字符串
若函数执行失败，则返回空指针，此时，s的内容不确定

文件读写示例

例12-4. 用户信息校验

例12-2的f12-2.txt文件保存着系统用户信息，编写一个函数checkUserValid()用于登录系统时校验用户的合法性
在程序运行时输入用户名和密码，然后在文件中查找该用户信息，如果用户名和密码在文件中找到，则表示用户合法，返回1，否则返回0
程序运行时，输入一个用户名和密码，调用checkUserValid()函数，如果返回1，则提示"Valid User!"，否则输出"Invalid User!"

用户信息校验源程序(1)

                        
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
struct sysuser{
    char username[20];
    char password[8];
};
int checkUserValid(struct sysuser *psu);

void encrypt(char *pwd)
{
    int i;
    /* 与15异或(00001111)，实现低四位取反，高四位不变 */
    for(i=0; i<strlen(pwd); i++)
        pwd[i]=pwd[i]^15;
}
int main()
{
    struct sysuser su;
    printf("Enter username: ");
    scanf("%s", su.username);
    printf("Enter password: ");
    scanf("%s", su.password);
    if(checkUserValid(&su)==1)  /* 调用函数进行校验 */
        printf("Valid user!\n");
    else
        printf("Invalide user!\n");
    return 0;
}

用户信息校验源程序(2)

                        
/* 校验用户信息的合法性，成功返回1，否则返回0 */
int checkUserValid(struct sysuser *psu)
{
    FILE *fp;
    char usr[30], usr1[30], pwd[10];
    int check=0;  /* 检查结果变量，初始化为0 */
    /* 连接生成待校验字符串 */
    strcpy(usr,psu->username);  /* 复制psu->username到usr1 */
    strcpy(pwd,psu->password);  /* 复制psu->password到pwd */
    encrypt(pwd);  /* 调用例12-2的encrypt对密码进行加密 */
    /* 连接usr、空格、pwd和\n构成新字符串usr，用于在文件中逐行检查 */
    strcat(usr, " "); strcat(usr,pwd); strcat(usr,"\n");
    /* 打开文件"f12-2.txt"读入 */
    if((fp=fopen("f12-2.txt","r"))==NULL){
        printf("File open error!\n");
        exit(0);
    }
    /* 从文件读入用户信息数据，遍历判断是否存在 */
    while(!feof(fp)){
        fgets(usr1,30,fp);  /* 读入一行用户信息作为一个字符串到usr1 */
        if(strcmp(usr,usr1)==0){  /* 比较判断usr与usr1是否相同 */
            check=1;
            break;
        }
    }
    if(fclose(fp)){
        printf("Can not close the file!\n"); exit(0);
    }  /* 关闭文件 */
    return check;
}

格式化文件读写fscanf和fprintf

fscanf(文件指针, 格式字符串, 输入表);
fprintf(文件指针, 格式字符串, 输出表);
实现指定格式的输出输出函数

                        
FILE *fp;
int n;
float x;
fp=fopen("a.txt", "r");
fscanf(fp, "%d%f", &n, &x);  /* 表示从文件a.txt分别读入整型数到变量a，浮点数到变量x */
fp=fopen("b.txt", "w");
fprintf(fp, "%d%f", n, x);  /* 表示将变量n和变量x的值写入文件b.txt */

数据块读写函数fread()和fwrite()

fread(buffer, size, count, fp);
从二进制文件中读入一个数据块到变量
fwrite(bufffer, size, count, fp);
向二进制文件中写入一个数据块
其中，buffer为指针，表示存放数据的首地址
size表示数据块的字节数，count表示要读写的数据块块数，fp为文件指针

12.2.4 其他相关函数

feof(fp);
判断fp指针是否已经到文件末尾，若已经到文件结束位置，返回1，否则返回0

rewind(FILE *fp)
定位文件指针，使文件指针指向读写文件的首地址，即打开文件时文件指针所指向的位置

fseek(fp, offset, from);
将文件指针fp从from位置移动offset，其中，offset为偏移量，类型为long，from表示起始位置，文件首部、当前位置、文件尾部分别对应0, 1, 2，或者常量SEEK_SET, SEEK_CUR, SEEK_END
如fseek(fp, 20L, 0); /* 将文件位置指针移动到离文件首20字节处 */
fseek(fp, -20L, SEEK_END); /* 将文件位置指针移动到离文件尾部前20字节处 */

其他相关函数(2)

ftell(fp);
获取当前文件指针的位置，即相对于文件开头的位移量(字节数)，若函数出错，返回-1L

ferror(fp)
用来检查文件在用各种输入输出函数进行读写时是否出错，若返回值为0，表示未出错，否则表示有错，其中文件指针必须为已经定义过的

clearerr(fp)
用来清除出错标志和文件结束标志，使其值为0

文件综合应用:个人资金账户管理

例12-6. 个人资金账户管理

资金账户信息统一放在随机文件中，该随机文件的数据项包括：记录ID，发生日期，发生事件，发生金额(正表示收，负表示支出)和余额。每发生一笔收支，文件要增加一条记录，并计算一次余额
程序要实现三个功能:
(1). 创建资金账户文件并添加收入或支出记录
(2). 输出所有记录，显示资金账户的明细收支流水信息
(3). 查询最后一条记录，获账户余额

12.3.1 顺序文件和随机文件

按照C程序对文件访问的特点来分，文件可分为顺序访问文件和随机访问文件，简称为顺序文件和随机文件。前面介绍的所有例子都进行的是顺序访问，通过使用fprintf()或fputs()函数创建的数据记录长度并不是完全一致的，这种记录长度不确定的文件访问称为顺序访问。而随机访问文件要求文件中单个记录的长度固定，可直接访问，这样速度快，并且无需通过其他记录查找特定记录。因此随机文件适合银行系统、航空售票系统、销售点系统和其他需要快速访问特定数据的事务处理系统。

12.3.2 个人资金账户管理

                        
#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
#include "process.h"
long size;					/* 用来保存sizeof(struct LogData) */
struct LogData{				/* 记录的结构 */
    long logid;				/* 记录ID */
    char logdate[11];		/* 记录发生日期 */
    char lognote[15];		/* 记录事件说明 */
    double charge;			/* 发生费用：正表示收入，负表示支出 */
    double balance;			/* 余额 */
};

int inputchoice()			/* 选择操作参数 */
{
   	int mychoice;

   	printf("\nEnter your choice:\n");
   	printf("1 - Add a new cash LOG.\n2 - List All Cash LOG.\n");
   	printf("3 - Query Last Cash LOG.\n0 - End program.\n");
   	scanf("%d", &mychoice);

   	return mychoice;
}

long getLogcount(FILE *cfptr) 		/* 获取文件记录总数 */
{
	long begin, end, logcount;

	fseek(cfptr, 0L, SEEK_SET);
	begin = ftell(cfptr);
	fseek(cfptr, 0L, SEEK_END);
	end = ftell(cfptr);
	logcount = (end-begin)/size;

	return logcount;
}

12.3.2 个人资金账户管理(2)

                        
void ListAllLog(FILE *cfptr) 		/* 列出所有收支流水记录 */
{
   	struct LogData log;

   	fseek(cfptr,0L,SEEK_SET);			/* 定位指针到文件开始位置 */
   	fread(&log,size,1,cfptr);
    printf("logid  logdate lognote charge balance\n");
   	while(!feof(cfptr)){
		printf("%6ld %-11s %-15s %10.2lf %10.2lf\n", log.logid, log.logdate, log.lognote, log.charge, log.balance);
    	fread(&log, size, 1, cfptr);
  	}
}

void QueryLastLog(FILE *cfptr) 		/* 查询显示最后一条记录 */
{
	struct LogData log;
	long logcount;

	logcount = getLogcount(cfptr);
	if(logcount > 0){				/* 表示有记录存在 */
	    fseek(cfptr, size*(logcount-1), SEEK_SET);	/* 定位最后记录 */
	    fread(&log, size, 1, cfptr);				/* 读取最后记录 */
	    printf("The last log is:\n");
	    printf("logid:%-6ld\nlogdate:%-11s\nlognote:%-15s\n", log.logid, log.logdate, log.lognote);
		printf("charge:%-10.2lf\nbalance:%-10.2lf\n", log.charge, log.balance);   /* 显示最后记录内容 */
	}else{
		printf("no logs in file!\n");
	}
}

12.3.2 个人资金账户管理(3)

                        
void AddNewLog(FILE *cfptr) 	/* 添加新记录 */
{
	struct LogData log, lastlog;
    long logcount;

	printf("Input logdate(format:2006-01-01):");
	scanf("%s", log.logdate);
	printf("Input lognote:");
	scanf("%s", log.lognote);
	printf("Input Charge:Income+ and expend-:");
	scanf("%lf", &log.charge);
	logcount = getLogcount(cfptr);	/* 获取记录数 */

	if(logcount>0){
		fseek(cfptr,size*(logcount-1),SEEK_SET);
		fread(&lastlog, size, 1, cfptr);  /* 读入最后记录 */
		log.logid = lastlog.logid + 1;	 /* 记录号按顺序是上次的号+1 */
		log.balance = log.charge + lastlog.balance;
	}else{								/* 如果文件是初始，记录数为0 */
		log.logid = 1;
		log.balance = log.charge;
	}
	rewind(cfptr);
	printf("logid= %ld\n", log.logid);
	fwrite(&log, sizeof(struct LogData), 1, cfptr);	 /* 写入记录 */
}

12.3.2 个人资金账户管理(4)

                        
int main()
{
	FILE *fp;
	int choice;

	if((fp = fopen("cashbox.txt", "ab+")) == NULL){
      	printf("can not open file cashbox.txt!\n");
      	exit(0);
 	}
	size = sizeof(struct LogData);
	while((choice = inputchoice()) != 0){
      	switch(choice){
	      	case 1:                 /*添加新记录*/
		     	AddNewLog(fp);
				 break;
	      	case 2:                 /*列出所有收支流水记录*/
		    	ListAllLog(fp);
				break;
		  	case 3:                 /*查询最后的余额*/
		     	QueryLastLog(fp);
				break;
		  	default:
		     	printf("Input Error.");break;
      	}
   	}
    if(fclose(fp) != 0){
        printf( "Can not close the file!\n" );
        exit(0);
    }
   	return 0;
}

程序设计基础

第十二章 文件

第12章 文件

本章要点

12.1 素数文件

12.1.1 程序解析

12.1.2 文件的概念

12.1.3 文本文件和二进制文件

12.1.4 缓冲文件系统

缓冲文件系统执行过程

缓冲文件与文件类型指针

12.1.5 文件结构与文件类型指针

自定义类型typedef

typedef的使用方法

文件类型指针

12.1.6 文件控制块FCB

文件控制块描述

12.1.7 文件处理步骤

12.2 用户信息加密和校验

12.2.1 程序解析

程序解析(2)

12.2.2 打开文件和关闭文件

文件打开方式

文件读写与打开方式

关闭文件

12.2.3 文件读写

文件读写源程序

打开多个文件

文件读写函数

字符读写函数fgetc和fputc

字符串读写函数fgets和fputs

字符串读写函数fgets和fputs

文件读写示例

用户信息校验源程序(1)

用户信息校验源程序(2)

格式化文件读写fscanf和fprintf

数据块读写函数fread()和fwrite()

12.2.4 其他相关函数

其他相关函数(2)

文件综合应用:个人资金账户管理

12.3.1 顺序文件和随机文件

12.3.2 个人资金账户管理

12.3.2 个人资金账户管理(2)

12.3.2 个人资金账户管理(3)

12.3.2 个人资金账户管理(4)

第十二章文件

第12章文件