這是一個C語言系列文章，如果是初學者的話，建議先行閱讀之前的文章。筆者也會按照章節順序發佈。

在編程的世界中，我們主要打交道的對象是內存，但是很多實用的軟件卻也很難離開對文件的操作。例如，nginx這樣著名的開源web server，它會讀取文件中的配置。

因此，學習編程語言語法後，緊跟的也必然是文件IO——即文件輸入(Input)輸出(Output)。

在類UNIX操作系統環境下，通常都是把終端（初學者暫時理解為命令行界面吧）當作文件(/dev/tty...)來看待，因此標準庫封裝了同一套函數來處理終端的IO與文件的IO。

本文所討論的函數，其聲明都在stdio.h中，因此需要使用 指令include將其引入。

我們所要討論的函數有：

• fopen
• fclose
• fputc
• fputs
• fgetc
• fgets
• fread
• fwrite
• fseek
• feof
• fprintf
• fscanf
• printf
• scanf

流式IO

上面列舉出來的函數是用來操作系統中的文件的，文件內容都是以字節流或者字符流的形式被處理的。

什麼叫做流？

我們對文件的操作就好比從一個水管接水。水管就是我們的文件，而水就是文件的內容。那麼接水有兩種方式：

1. 要多少接多少
2. 先按需求接水，但每次接的都先放在碗裡，攢到一定量再倒出去處理

此時，第二種就是我們所謂的流式處理。即按照要求將文件內容處理好後放入緩衝區，攢到一定量或者達到某種特殊條件時，才進行後續處理。

fopen

既然我們將文件比作水管，那麼要讀取文件內容（水）必然需要先打開水管。

fopen就是用來打開文件的。我們看下函數原型：

<code>FILE *fopen(const char * path, const char * mode);/<code>

path——文件的路徑及文件名

mode——打開方式，打開方式有很多種組合，我們僅介紹如下幾種：

• r——字符只讀模式，打開文件只可讀不可寫，且讀取的內容將作為字符類型（char）
• w——字符只寫模式，打開文件只可寫不可讀，且寫入的內容為字符類型（char），如果文件不存在則會新建一個文件，如果文件已存在則會清空文件（也稱截斷）
• a——字符寫追加模式，打開文件只可寫且寫入位置是從當前文件內容的末尾處開始，寫入的內容為字符類型（char），如果文件不存在則新建文件
• rb——二進制只讀模式，打開文件只可讀不可寫，且讀取的內容將作為無符號字符類型（unsigned char）
• wb——二進制只寫模式，打開文件只可寫不可讀，且寫入的內容為無符號字符類型（unsigned char），如果文件不存在則會新建一個文件，如果文件已存在則會清空文件
• ab——二進制寫追加模式，打開文件只可寫且寫入位置是從當前文件內容的末尾處開始，寫入的內容為無符號字符類型（unsigned char），如果文件不存在則新建文件

如果在上述打開方式後再加個+，例如：r+、a+、rb+，那麼文件則變為即可讀寫模式，其餘特性依賴於+前的前綴。

函數的返回值為FILE指針類型，讀者不必糾結這個類型的具體定義，每個標準庫的實現也有可能不同，因此不必記下。有些文章會管這個返回值叫做文件句柄，也可以簡稱其為fp（file pointer）。

我們看個例子：

<code>#include <stdio.h>

int main(void)
{
  FILE *fp = fopen("a.txt", "r");
  if (fp == NULL) //為NULL時，表明打開失敗，一般失敗原因有：文件不存在，文件及其路徑上的目錄的權限不正確 

    return -1;
  return 0;
}/<stdio.h>/<code>

除卻利用fopen打開的句柄，標準庫都會預定義三個句柄：stdin, stdout, stderr，分別代表終端的：標準輸入、標準輸出、標準出錯。我們常用的printf其實就是對stdout的輸出操作。

fclose

既然水管可以打開，自然也需要關閉。

函數原型如下：

<code>int fclose(FILE *stream);/<code>

參數為fopen打開的文件句柄或者stdin、stdout、stderr。

返回值：如果成功關閉返回0，否則為EOF（是個宏，一般值為-1）。一般工程中，如果沒有特殊需求，通常會忽略返回值。

fputc

這個函數是針對字符流句柄的處理。

函數原型：

<code>int fputc(int c, FILE *stream);/<code>

函數功能：將字符c，注意是字符（char）不是整數（雖然是整型）

返回值：成功返回0，否則返回EOF。

這裡有個當前位置的概念，即文件的讀取和寫入都是依賴於一個位置指示器，這個指示器指示的就是當前操作到的位置。例如，fputc前，這個位置為0，表示文件起始位置。當fputc一個字符後，當前位置就變為了1。

示例：

<code>#include <stdio.h>

int main(void)
{
  FILE *fp = fopen("a.txt", "w");
  if (fp == NULL)
    return -1;
  int rc = fputc('c', fp);
  if (rc == EOF)
    return -1;
  fclose(fp);
  return 0;
}/<stdio.h>/<code>

打開a.txt可以看到剛剛寫入的c。

fputs

fputc是用來寫入單個字符的，fputs是用來寫入字符數組的。

函數原型：

<code>int fputs(const char *s, FILE *stream);/<code>

返回值：成功返回非負值，否則返回EOF。

fgetc

有了寫入字符就有讀取字符操作。

函數原型：

<code>int fgetc(FILE *stream);/<code>

功能：從頭stream指代的文件的當前位置讀取一個字符。

返回值：如果成功，則返回字符，否則返回EOF。

示例：

<code>#include <stdio.h>

int main(void)
{
  FILE *fp = fopen("a.txt", "r");
  if (fp == NULL)
    return -1;
  int rc = fgetc(fp);
  if (rc == EOF)
    return -1;
  printf("%c\\n", (char)rc);
  fclose(fp);
  return 0;
}/<stdio.h>/<code>

輸出結果為：c

fgets

同理，可以讀取一個字符，也可以讀取一段字符數組。

函數原型：

<code>char *fgets(char *str, int size, FILE *stream);/<code>

功能：從stream指代的文件的當前位置處讀取最多為size-1個字符到str中，如果讀取時遇到了換行符，則讀取的內容只截止到換行符及其以前。

返回值：成功，則返回字符數組首地址，否則返回NULL。

示例：

加入a.txt中的內容為：

<code>hello
world/<code>

那麼執行如下代碼：

<code>#include <stdio.h>

int main(void)
{
  char s[64] = {0}, *ret;
  FILE *fp = fopen("a.txt", "r");
  if (fp == NULL)
    return -1;
  ret = fgets(s, sizeof(s), fp);
  if (ret == NULL)
    return -1;
  printf("%s\\n", ret);
  fclose(fp);
  return 0;
}/<stdio.h>/<code>

執行結果為：

<code>hello
/<code>

你沒看錯，hello自帶了一個\\n，printf中還有個\\n，因此會是如此輸出結果。

fseek

前面提到過當前位置這個概念，那這個位置可否修改呢？當然可以，正是利用fseek進行修改的。

函數原型：

<code>int fseek(FILE *stream, long offset, int whence);/<code>

功能：將stream指代的文件中的當前位置相對於whence指定的位置移動offset字節。offset可以為負數，即向前移動。

其中，whence的值有：

• SEEK_SET——文件開始處
• SEEK_CUR——當前位置處
• SEEK_END——文件末尾

示例：

<code>#include <stdio.h>

int main(void)
{
  char s[64] = {0}, *ret;
  FILE *fp = fopen("a.txt", "r+");
  if (fp == NULL)
    return -1;
  fseek(fp, 5, SEEK_CUR);
  fputc(' ', fp);
  fclose(fp); 

  return 0;
}/<stdio.h>/<code>

利用fseek定位到hello和world之間的換行符，然後用寫入空格來覆蓋換行符，此時a.txt的內容變為：

<code>hello world/<code>

feof

當讀取文件內容時，雖然讀取函數會返回EOF來表示讀取結束或者讀取出錯，但有時我們不希望改變當前位置，同時獲知當前位置是否達到文件末尾。這時就要使用feof函數。

函數原型：

<code>int feof(FILE *stream);/<code>

返回值：如果未到結尾，則返回0，否則返回非0值。

fprintf

接下來的這個是一種格式輸入，即輸入的字符數組中存在一種約定好的格式符，不同的格式符對應不同的數據類型，函數會利用後續參數的值來替換字符數組中對應的格式符，然後將替換好的內容寫入到文件中。

函數原型：

<code>int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...);/<code>

最後的...不是省略的意思，而是一種特殊的參數，叫做

功能：將format字符數組中特殊的格式符利用後續參數替換後，寫入stream指代的文件的當前位置。

返回值：如果出錯，則返回負值，否則返回輸出到文件中的字符數。

其中，format支持的常用格式符有：

• %d——對應int型數值
• %u——對應unsigned int型數值
• %ld——long型數值
• %lu——unsigned long型數值
• %lld——long long型數值
• %llu——unsigned long long數值
• %f——float和double數值
• %lf——long double數值
• %c——char型字符
• %s——char型字符數組（必須以\\0結尾）

示例：

<code>#include <stdio.h> 


int main(void)
{
  char s[64] = {0};
  FILE *fp = fopen("a.txt", "w");
  if (fp == NULL)
    return -1;
  fprintf(fp, "Hello %s", "World");
  fclose(fp);
  return 0;
}/<stdio.h>/<code>

a.txt的內容變為：

<code>Hello World/<code>

fscanf

與fprintf相反，fscanf用於格式輸出，即給定一個格式字符數組（字符串），其格式剛好匹配文件內容的格式，那麼將字符數組中的特殊格式符處的值，寫入到其後相應的參數變量中。

函數原型：

<code>int fscanf(FILE *stream, const char *format, ...);/<code>

返回值：成功則返回成功匹配格式符並賦值的個數，失敗則返回EOF。

format支持的格式符與fprintf的一致。

這裡要注意的是，format後的參數，都是指針，因為fscanf在其內部要對變量賦值，而函數參數是自動變量，在函數生命週期結束後就會銷燬回收，因此修改的內容無法傳遞給調用方，所以需要傳遞指針。

示例：

<code>#include <stdio.h>

int main(void)
{
  char s[64] = {0};
  FILE *fp = fopen("a.txt", "r");
  if (fp == NULL)
    return -1;
  int n = fscanf(fp, "Hello %s", s);
  fclose(fp);
  printf("n:%d s:%s\\n", n, s);
  return 0;
}/<stdio.h>/<code>

輸出的結果為：

<code>n:1 s:World/<code>

注意：本例中，World的長度遠小於數組s的長度，因此如此使用沒有問題。但是如果s只有2字節長度，那麼調用fscanf就會導致緩衝區溢出。緩衝區溢出是一種bug，輕則程序崩潰，重則會被黑客利用奪取本機遠程操作權限。對於任何一個C開發人員來說，都應慎重對待此類bug。

printf

printf相當於fprintf(stdout, format, ...);

其函數原型為：

<code>int printf(const char *format, ...);/<code>

scanf

scanf相當於fscanf(stdin, format, ...);

其函數原型為：

<code>int scanf(const char *restrict format, ...);/<code>

fwrite

下面要介紹的這兩個函數都是針對二進制流的操作。

二進制流（字節流）與字符流一樣，都需要有輸入操作，即向文件中寫入數據。

函數原型：

<code>size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t nitems, FILE *stream);/<code>

功能：將ptr所指向的數組（nitems個size字節數據）寫入到stream指代的文件的當前位置中。

返回值：成功，返回寫入的size大小的數據個數（理論上應該等於nitems），否則返回0或者一個小於nitems的數。

示例：

<code>#include <stdio.h>

int main(void)
{
  int i = 65536;
  FILE *fp = fopen("a.dat", "wb");
  if (fp == NULL)
    return -1;
  size_t n = fwrite(&i, sizeof(i), 1, fp);
  fclose(fp);
  return 0;
}/<stdio.h>/<code>

此時，a.dat的內容我們用xxd看下文件中的十六進制：

<code>$ xxd a.dat
00000000: 0000 0100 /<code>

可以看到，文件中的十六進制值為0000 0100剛好是十進制的65536。

fread

二進制流（字節流）輸出操作。

函數原型：

<code>size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t nitems, FILE *stream);/<code>

功能：從stream指向的文件的當前位置中，讀取nitems個size字節大小（一共nitems*size字節）的數據到ptr指向的數組中。

返回值：成功，返回讀取的size大小的數據個數（理論上應該等於nitems），否則返回0或者一個小於nitems的數。

示例：

<code>#include <stdio.h>

int main(void)
{
  int i = 0;
  FILE *fp = fopen("a.dat", "rb");
  if (fp == NULL)
    return -1;
  size_t n = fread(&i, sizeof(i), 1, fp);
  fclose(fp);
  printf("%d\\n", i);
  return 0;
}/<stdio.h>/<code>

輸出結果為：65536

到此，零基礎學C語言系列文章完結。讀者如果通讀過這個系列的文章，並且學會其中的各個知識點，那麼恭喜你，你已經站在了C語言大門內了，雖然依舊是貼著門站。

筆者推薦下一步學習《UNIX環境高級編程》以及一些操作系統相關知識，奠定一些實用基礎。

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