14 文件操作之文件定位与缓冲

在 C 语言的文件操作中，文件定位和缓冲是两个非常重要的概念。它们直接影响着文件的读写效率和程序的执行效率。本节将深入探讨如何在文件中进行定位，以及缓冲机制的工作原理。

文件定位

文件定位涉及到如何在打开的文件中移动文件指针。C 语言为文件定位提供了一些标准函数，最常用的函数是 fseek()、ftell() 和 rewind()。

1. fseek()

fseek() 函数用于移动文件指针到指定的位置。其函数原型如下：

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

• stream：文件指针。
• offset：要移动的字节数。
• whence：基准位置，可以是：
  • SEEK_SET：从文件头开始。
  • SEEK_CUR：从当前位置开始。
  • SEEK_END：从文件末尾开始。

示例：

#include <stdio.h>

int main() {
    FILE *file = fopen("example.txt", "r");
    if (file == NULL) {
        perror("Unable to open file");
        return 1;
    }

    // 移动到文件开始位置
    fseek(file, 10, SEEK_SET);
    // 获取当前位置
    long pos = ftell(file);
    printf("Current position: %ld\n", pos);

    // 移动到文件末尾
    fseek(file, 0, SEEK_END);
    pos = ftell(file);
    printf("End position: %ld\n", pos);

    fclose(file);
    return 0;
}

在上面的例子中，我们打开一个文件并移动文件指针到第 10 个字节的位置，然后打印当前指针位置，接着我们将指针移动到文件末尾并输出其位置。

2. ftell()

ftell() 函数用于获取当前文件指针的位置，其原型如下：

long ftell(FILE *stream);

它返回当前文件指针的字节偏移量。如果出错，返回 -1。

3. rewind()

rewind() 函数用于将文件指针移动到文件开头，其原型如下：

void rewind(FILE *stream);

与 fseek() 不同，rewind() 不需要偏移参数。

示例：

#include <stdio.h>

int main() {
    FILE *file = fopen("example.txt", "r");
    if (file == NULL) {
        perror("Unable to open file");
        return 1;
    }

    // 读取文件的前10个字节
    char buffer[11];
    fread(buffer, 1, 10, file);
    buffer[10] = '\0'; // 添加字符串结束符
    printf("Read first 10 bytes: %s\n", buffer);

    // 重置文件指针
    rewind(file);

    // 读取文件的前10个字节
    fread(buffer, 1, 10, file);
    printf("Read first 10 bytes again: %s\n", buffer);

    fclose(file);
    return 0;
}

总结文件定位

• 使用 fseek() 可以灵活控制文件指针的位置。
• ftell() 用于获取当前指针位置，而 rewind() 用于返回文件开头。
• 文件定位在处理大文件、随机访问数据时非常有用。

文件缓冲

文件缓冲是一种提高 I/O 性能的机制。C 语言的 stdio.h 提供了缓冲文件的功能，允许 C 语言在内存中临时存储数据，从而减少对磁盘的访问次数。

缓冲类型

C 语言中的文件指针可以是三种缓冲模式之一：

1. 全缓冲（Fully Buffered）：在进行大块数据 I/O 时，数据会先被存储到一个大缓冲区中，直至缓冲区满后再写入到磁盘。
2. 行缓冲（Line Buffered）：输出缓冲会在每次遇到换行符时或者缓冲区满时写入数据。
3. 无缓冲（Unbuffered）：每次 I/O 操作都直接访问磁盘，不使用缓冲区。

函数 setvbuf()

setvbuf() 函数用来设置文件流的缓冲模式，其原型如下：

int setvbuf(FILE *stream, char *buf, int mode, size_t size);

• buf：自定义缓冲区，如果为 NULL，则使用系统默认缓冲区。
• mode：指定缓冲模式，可以是 _IOFBF（全缓冲）、_IOLBF（行缓冲）和 _IONBF（无缓冲）。
• size：缓冲区的大小。

示例：

#include <stdio.h>

int main() {
    FILE *file = fopen("data.txt", "w");
    if (file == NULL) {
        perror("Unable to open file");
        return 1;
    }

    // 设置全缓冲
    char buffer[1024];
    setvbuf(file, buffer, _IOFBF, sizeof(buffer));

    // 写入数据
    fprintf(file, "Hello, World!\n");
    fprintf(file, "This is a test...\n");

    fclose(file);
    return 0;
}

结论

文件定位和缓冲是 C 语言文件操作中不可或缺的部分。合理地利用 fseek()、ftell()、rewind() 可以让我们高效地处理文件。而理解缓冲机制能够极大地提升 I/O 性能，尤其是在处理大量数据时。接下来的内容将会探讨如何处理文本与二进制文件，为你在文件操作的进一步探索打下基础。