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C语言--文件操作教案

article 2025/3/31 5:14:28

教学目标

教学重点与难点

大纲：

一、为什么使用文件？

二、文件的基本概念

三、二进制文件与文本文件

四、文件的打开与关闭

fopen()

fclose()

五、顺序读写操作

文本文件操作

二进制文件操作

六、随机读写操作

fseek()：定位文件指针

ftell()：获取当前位置偏移量

rewind()：重置文件指针到文件开头

七、文件读取结束的判定

八、文件缓冲区

九、总结

十、练习设计

教学目标

理解文件存储的必要性及基本概念
掌握文件的打开、关闭和基本操作流程
熟练使用顺序读写与随机读写函数
理解文本文件与二进制文件的存储差异
掌握文件结束判定的正确方法
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

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）
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

特性	文本文件	二进制文件
存储方式	ASCII字符序列	原始二进制数据
空间效率	较低（如整数10000占5字节）	更高效（如整数占4字节）
处理速度	较慢（需字符处理）	更快（直接读写内存）
典型用途	文本数据（日志、配置）	图像、音频、结构化数据

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

函数	功能	参数示例
`fgetc()`	读取单个字符	`char ch = fgetc(fp);`
`fputc()`	写入单个字符	`fputc('A', fp);`
`fgets()`	读取一行文本	`fgets(buffer, 100, fp);`
`fputs()`	写入字符串	`fputs("Hello", fp);`

二进制文件操作

函数	功能	参数示例
`fread()`	读取二进制数据	`fread(buffer, size, count, fp);`
`fwrite()`	写入二进制数据	`fwrite(data, sizeof(int), 1, fp);`

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