C语言--文件操作教案

教学目标

1. 理解文件存储的必要性及基本概念
2. 掌握文件的打开、关闭和基本操作流程
3. 熟练使用顺序读写与随机读写函数
4. 理解文本文件与二进制文件的存储差异
5. 掌握文件结束判定的正确方法
6. 理解缓冲机制对文件操作的影响

教学重点与难点

重点

• 文件打开模式（"r"/"w"/"a"等）的选择与使用
• 顺序读写函数（fgetc/fputc、fgets/fputs、fread/fwrite）
• 随机读写中的定位函数（fseek、ftell、rewind）
• 文件结束判定的正确方法

难点

• feof()的误用（常见错误点）
• 二进制文件与文本文件的存储差异
• 文件缓冲区对数据写入的影响

大纲：

一、为什么使用文件？

讲解

• 内存存储的局限性：程序运行时数据存储在内存中，程序退出后数据丢失。
• 文件存储的优势：数据持久化，支持跨程序、跨设备的数据共享。
• 应用场景：用户信息保存、日志记录、配置文件等。

互动提问

• "如果一个计算器程序需要保存历史计算记录，如何实现？"

二、文件的基本概念

1. 文件分类
   • 程序文件：.c（源代码）、.obj（目标文件）、.exe（可执行文件）
   • 数据文件：.txt（文本）、.bin（二进制）、.log（日志文件）
2. 文件路径
   • 完整路径：如 C:\code\test.txt
   • 相对路径：相对于当前工作目录的路径（如 ../data/data.txt）

示例

// 打开当前目录下的data.txt文件
FILE *fp = fopen("data.txt", "r");

三、二进制文件与文本文件

对比

代码示例

// 写入文本文件
FILE *text_fp = fopen("text.txt", "w");
fprintf(text_fp, "10000"); // 写入5个字符

// 写入二进制文件
FILE *bin_fp = fopen("data.bin", "wb");
int num = 10000;
fwrite(&num, sizeof(int), 1, bin_fp); // 写入4字节

四、文件的打开与关闭

fopen()

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

模式参数：

• "r"：只读； "w"：只写（覆盖）； "a"：追加
• "rb"/"wb"：二进制模式
• 返回值：成功返回文件指针，失败返回NULL。

fclose()

int fclose(FILE *stream);

• 关闭文件并释放资源，返回0表示成功。

代码示例

FILE *fp = fopen("data.txt", "w");
if (fp == NULL) {
    perror("Failed to open file");
    exit(EXIT_FAILURE);
}
fclose(fp);

五、顺序读写操作

文本文件操作

二进制文件操作

练习

• 编写程序将文本文件复制为二进制文件。

六、随机读写操作

fseek()：定位文件指针

int fseek(FILE *stream, long offset, int whence);

• SEEK_SET：从文件开头开始
• SEEK_CUR：从当前位置开始

ftell()：获取当前位置偏移量

long ftell(FILE *stream);  

• 返回从文件开头到当前位置的字节数，可用于计算文件大小或标记位置。

rewind()：重置文件指针到文件开头

void rewind(FILE *stream);  

示例：修改文件中间数据

// 在二进制文件的第10个字节处写入字符'X'  
FILE *fp = fopen("data.bin", "rb+");  // 需要读写权限  
if (fp == NULL) {  
    perror("Failed to open file");  
    exit(EXIT_FAILURE);  
}  
// 移动到第10个字节的位置  
fseek(fp, 10, SEEK_SET);  
fputc('X', fp);  // 写入单个字符  
fclose(fp);  

互动提问

"如何快速获取文件的总大小？"

fseek(fp, 0, SEEK_END);  
long size = ftell(fp);  
rewind(fp);  

七、文件读取结束的判定

常见误区：不要依赖feof()

错误示例：

while (!feof(fp)) {  
    c = fgetc(fp);  
    // 处理字符  
}  

问题：当读取到文件末尾时，feof()会返回true，但此时已经读取了无效的EOF，导致循环多执行一次。

正确方法

文本文件：

fgetc()返回EOF时结束：

while ((c = fgetc(fp)) != EOF) {  
    // 处理字符  
}  

fgets()返回NULL时结束：

while (fgets(buffer, 100, fp) != NULL) {  
    // 处理行  
}  

二进制文件：

fread()返回值小于预期读取的字节数时结束：

size_t elements_read = fread(buffer, sizeof(int), 10, fp);  
while (elements_read == 10) {  
    // 处理数据  
    elements_read = fread(buffer, sizeof(int), 10, fp);  
}  

练习

编写一个程序，统计文本文件中的单词数量。

八、文件缓冲区

缓冲机制的作用

写操作：数据先写入内存缓冲区，减少磁盘IO次数，提高效率。

读操作：数据从磁盘一次性读入缓冲区，减少频繁访问磁盘的开销。

关键函数

fflush()：强制刷新缓冲区

int fflush(FILE *stream);  

• 用例：在程序崩溃前确保关键数据写入文件。

关闭文件时自动刷新缓冲区：

fclose(fp); // 自动调用fflush(fp)  

示例：缓冲区的影响

FILE *fp = fopen("log.txt", "a");  
fprintf(fp, "Start processing...\n");  // 数据暂存在缓冲区  
// 程序突然崩溃，此时数据可能未写入文件！  
fflush(fp); // 显式刷新，确保数据落地  

互动讨论

"为什么在多线程程序中需要谨慎使用fflush()？" （提示：缓冲区竞争可能导致数据不一致）

九、总结

• 核心流程： 打开文件（fopen）→ 读写操作 → 关闭文件（fclose）
• 关键选择：
  • 根据数据类型选择文本或二进制模式
  • 根据需求选择顺序或随机访问
• 注意事项：
  • 始终检查fopen()返回的文件指针是否为NULL
  • 避免依赖feof()，改用读取函数的返回值
  • 重要操作后调用fflush()确保数据持久化

十、练习设计

基础练习

• 文本文件复制：编写程序将input.txt内容复制到output.txt。
• 二进制文件大小统计：编写程序输出文件的字节数。
• 进阶练习
• 日志文件处理：从日志文件中统计特定错误代码出现的次数。
• 二进制数据修改：在二进制文件中查找并替换特定整数值。
• 综合项目
• 学生信息管理系统：
  • 使用文本文件存储学生姓名、成绩。
  • 实现添加、查询、删除学生信息功能。
  • 用二进制文件优化存储效率。

附录：常见错误与调试技巧

• 文件路径错误：确保路径正确（绝对/相对路径）。
• 模式不匹配：如用"r"模式打开不存在的文件会失败。
• 缓冲区溢出：fgets()的第二个参数要足够大。
• 权限问题：检查文件是否可读写（如Windows的只读属性）。