第二十八天：文件读写操作——fgetc, fputc, fgets, fputs, fscanf, fprintf, fread, fwrite

文件操作，说白了就是让程序跟硬盘上的数据打交道。我刚开始学C语言那会儿，总觉得文件操作可有可无，直到第一次做嵌入式项目，需要把传感器数据存到SD卡里……嗯，从那以后我再也不敢小看这八个函数了。

今天咱们就把这八个函数掰开揉碎了讲清楚。它们分成三组：字符级、字符串级、格式化级、二进制级。每一组都有各自的适用场景。

C语言文件读写函数体系 文件读写操作 字符级 fgetc / fputc 字符串级 fgets / fputs 格式化级 fscanf / fprintf 二进制级 fread / fwrite 从字符到二进制，逐层深入

1. 字符级读写：fgetc 和 fputc

这两个函数是最基础的。一次只读写一个字符。你想想看，如果文件很大，一个一个字符读确实慢，但有些场景非它们不可。

核心区别：

  • fputc(ch, fp)：把一个字符 ch 写入文件指针 fp 指向的文件
  • fgetc(fp)：从文件指针 fp 指向的文件读一个字符，返回 int 类型

为什么 fgetc 返回 int 而不是 char？这个问题我当年也困惑过。原因很简单：文件结束符 EOF 是 -1，而 char 类型可能是无符号的，没法表示 -1。所以用 int 来接收，才能正确判断是否读到文件尾。

// 用 fgetc 和 fputc 实现文件拷贝
#include <stdio.h>

int main() {
    FILE *src = fopen("source.txt", "r");
    FILE *dst = fopen("dest.txt", "w");
    
    if (src == NULL || dst == NULL) {
        printf("文件打开失败\n");
        return 1;
    }
    
    int ch;  // 注意是 int，不是 char
    while ((ch = fgetc(src)) != EOF) {
        fputc(ch, dst);
    }
    
    fclose(src);
    fclose(dst);
    return 0;
}

我的经验：在嵌入式项目中，我经常用 fgetc 逐字符解析配置文件。因为配置文件通常不大，而且需要逐字符判断注释符号 '#' 或 ';'。用 fgets 读整行反而不好处理。

2. 字符串级读写：fgets 和 fputs

fgets 和 fputs 是处理文本行的利器。我个人习惯用 fgets 来读配置文件，因为它能自动处理缓冲区大小，防止溢出。

函数 原型 说明
fgets char *fgets(char *s, int size, FILE *stream) 最多读 size-1 个字符，遇到换行或 EOF 停止，自动加 '\0'
fputs int fputs(const char *s, FILE *stream) 写入字符串 s，不自动加换行符

注意：fgets 会保留换行符 '\n'，而 fputs 不会自动加换行符。我曾经在项目中因为忘记处理 fgets 读到的换行符，导致字符串比较一直失败，排查了半天才发现问题。

// 用 fgets 和 fputs 逐行读写文件
#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main() {
    FILE *fp = fopen("log.txt", "r");
    if (fp == NULL) {
        perror("打开文件失败");
        return 1;
    }
    
    char line[256];
    while (fgets(line, sizeof(line), fp) != NULL) {
        // 去掉行尾的换行符
        size_t len = strlen(line);
        if (len > 0 && line[len-1] == '\n') {
            line[len-1] = '\0';
        }
        printf("读取到: %s\n", line);
    }
    
    fclose(fp);
    return 0;
}

3. 格式化读写：fscanf 和 fprintf

这两个函数跟 scanf/printf 用法几乎一样，只是多了一个文件指针参数。说白了，就是把键盘输入换成文件输入，把屏幕输出换成文件输出。

我在项目中用 fprintf 写日志文件特别多。比如记录传感器数据时，用格式化输出可以很方便地控制数据对齐和精度。

// 用 fprintf 写结构化数据
#include <stdio.h>

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

int main() {
    FILE *fp = fopen("students.txt", "w");
    if (fp == NULL) return 1;
    
    Student stu = {1001, "张三", 95.5};
    fprintf(fp, "%d,%s,%.1f\n", stu.id, stu.name, stu.score);
    
    fclose(fp);
    
    // 用 fscanf 读回来
    fp = fopen("students.txt", "r");
    if (fp == NULL) return 1;
    
    Student read_stu;
    fscanf(fp, "%d,%[^,],%f", &read_stu.id, read_stu.name, &read_stu.score);
    printf("读回: %d %s %.1f\n", read_stu.id, read_stu.name, read_stu.score);
    
    fclose(fp);
    return 0;
}

避坑指南：fscanf 遇到空格或换行就会停止读取。如果字段里包含空格，用 %[^,] 这种格式来指定分隔符。我曾经用 fscanf 读 CSV 文件时，因为没处理好逗号分隔，数据全乱了。

4. 二进制读写：fread 和 fwrite

fread 和 fwrite 是真正的大杀器。它们直接读写内存块，不关心数据格式。在嵌入式开发中，我经常用它们来读写结构体、数组、甚至整个配置块。

函数 原型 说明
fwrite size_t fwrite(const void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream) 从 ptr 写入 nmemb 个大小为 size 的数据块
fread size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream) 从文件读 nmemb 个大小为 size 的数据块到 ptr

你想想看，用 fprintf 写一个结构体，每个字段都要格式化，读回来还要解析。用 fwrite 直接写内存映像，一个函数调用就搞定了。效率高得多。

// 用 fwrite 和 fread 读写结构体数组
#include <stdio.h>

#define MAX_STUDENTS 100

typedef struct {
    int id;
    char name[32];
    float scores[3];
} Student;

int main() {
    Student students[MAX_STUDENTS];
    // 假设已经填充了数据...
    
    FILE *fp = fopen("students.dat", "wb");
    if (fp == NULL) return 1;
    
    // 一次性写入整个数组
    size_t written = fwrite(students, sizeof(Student), MAX_STUDENTS, fp);
    printf("成功写入 %zu 个学生\n", written);
    
    fclose(fp);
    
    // 读回来
    Student read_back[MAX_STUDENTS];
    fp = fopen("students.dat", "rb");
    if (fp == NULL) return 1;
    
    size_t read = fread(read_back, sizeof(Student), MAX_STUDENTS, fp);
    printf("成功读取 %zu 个学生\n", read);
    
    fclose(fp);
    return 0;
}

重要提醒：二进制文件在不同平台间移植时要注意字节序（大小端）和结构体对齐问题。我在做跨平台项目时，就遇到过 ARM 和 x86 之间结构体对齐不一致导致数据错乱的情况。解决办法是手动序列化，或者用 __attribute__((packed)) 强制紧凑对齐。

5. 如何选择？一张表说清楚

场景 推荐函数 原因
逐字符解析（如解析注释） fgetc / fputc 灵活控制，逐字符判断
逐行读取配置文件 fgets 安全，自动处理缓冲区
写日志、格式化输出 fprintf 方便控制格式和对齐
读写结构化数据（结构体、数组） fread / fwrite 效率高，直接操作内存
解析 CSV 等分隔符文件 fscanf 格式化解析，配合 %[^,] 使用

6. 文件打开模式的小结

不管用哪个读写函数，第一步都是 fopen。打开模式选错了，后面全白搭。我整理了一份速查表：

模式 含义 文件不存在 文件存在
"r" 只读文本 返回 NULL 正常打开
"w" 只写文本 创建新文件 清空内容
"a" 追加文本 创建新文件 追加到末尾
"rb" 只读二进制 返回 NULL 正常打开
"wb" 只写二进制 创建新文件 清空内容
"ab" 追加二进制 创建新文件 追加到末尾

我的习惯：在嵌入式开发中，我几乎只用二进制模式 "rb" 和 "wb"。因为文本模式在 Windows 下会把 '\n' 转成 '\r\n'，导致读写不一致。用二进制模式可以避免这种平台差异。

7. 别忘了 fclose

最后说一句：打开的文件一定要关闭。fclose 不仅释放资源，还会刷新缓冲区。我见过太多人写代码只 fopen 不 fclose，结果程序跑着跑着文件句柄耗尽，系统崩溃。

嗯，文件读写就讲到这里。这八个函数你掌握了，日常开发中 90% 的文件操作场景都能应付。剩下的 10%，无非是加一些错误处理和性能优化，那些咱们后面再聊。

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