【C语言标准库函数】标准输入输出函数详解[4]：二进制文件读写函数

一、fread() 函数

1.1. 函数简介

1.2. fread 使用场景

1.3. 注意事项

1.4. 示例

二、fwrite() 函数

2.1. 函数简介

2.2. fwrite 使用场景

2.3. 注意事项

2.4. 示例

三、总结

在 C 语言中，二进制文件读写函数允许以二进制形式对文件进行读写操作，这种方式可以高效地处理非文本数据，如图片、音频、视频等。

一、`fread()` 函数

1.1. 函数简介

函数原型：

size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);

功能：从文件流中读取数据。
参数：
- ptr：指向存储读取数据的缓冲区的指针。
- size：每个数据项的大小（以字节为单位）。
- nmemb：要读取的数据项的数量。
- stream：文件指针。
返回值：实际读取的数据项的数量，可能会小于请求的数量。

1.2. fread 使用场景

fread 函数是 C 语言中用于从文件中读取数据到缓冲区的一个非常强大的工具。它特别适用于处理二进制文件，但也同样适用于文本文件。fread 的使用场景包括但不限于。

读取二进制文件：如读取图像文件、音频文件或其他任何类型的二进制数据。fread 能够按字节精确控制数据的读取，非常适合处理这类文件。
读取大型数据文件：当需要处理的数据量非常大时，fread 可以通过控制读取的块大小（size 和 count 参数）来优化内存使用和读取速度。
结构体的序列化与反序列化：在需要将结构体数据保存到文件，或从文件中恢复结构体数据时，fread 可以用来读取或写入结构体的字节表示。

1.3. 注意事项

文件打开模式：在使用 fread 之前，需要确保文件以正确的模式（如 "rb" 用于二进制读取）打开。
缓冲区分配：需要为 fread 提供一个足够大的缓冲区来存放读取的数据。如果缓冲区太小，可能会导致数据丢失或读取失败。
返回值检查：fread 的返回值是实际读取的数据项个数，可能与请求读取的项数不同（如到达文件末尾或发生错误）。因此，需要检查返回值以确保读取成功。
文件关闭：完成文件读取后，应使用 fclose 函数关闭文件，以释放资源并避免潜在的文件损坏。
错误处理：应准备好处理 fread 可能遇到的错误，如文件不存在、读取权限不足等。

1.4. 示例

以下是一个使用 fread 读取二进制文件的简单示例：

#include <stdio.h>  
#include <stdlib.h>  int main() {  FILE *fp;  int data[10]; // 假设我们要读取10个整数  size_t numRead;  // 以二进制读取模式打开文件  fp = fopen("data.bin", "rb");  if (fp == NULL) {  printf("Failed to open file\n");  return 1;  }  // 读取数据  numRead = fread(data, sizeof(int), 10, fp);  // 检查是否成功读取了所有数据  if (numRead < 10) {  if (feof(fp)) {  printf("End of file reached before reading 10 integers\n");  } else if (ferror(fp)) {  perror("Error reading file");  }  }  // 关闭文件  fclose(fp);  // 假设这里对读取到的数据进行处理...  return 0;  
}

尝试从名为 "data.bin" 的二进制文件中读取 10 个整数，并将它们存储在 data 数组中。检查 fread 的返回值以确保所有数据都被成功读取，并在读取完毕后关闭文件。如果读取过程中遇到错误或到达文件末尾，我们会相应地打印错误信息或提示。

`二、fwrite()` 函数

2.1. 函数简介

函数原型：

size_t fwrite(const void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);

功能：向文件流中写入数据。
参数：
- ptr：指向要写入数据的缓冲区的指针。
- size：每个数据项的大小（以字节为单位）。
- nmemb：要写入的数据项的数量。
- stream：文件指针。
返回值：实际写入的数据项的数量，可能会小于请求的数量。

2.2. fwrite 使用场景

fwrite 函数是一个广泛使用的文件写入函数，尤其在C/C++等编程语言中。它的主要使用场景包括：

写入二进制文件：fwrite 非常适合将二进制数据写入文件，比如图片、音频文件或任何需要以字节为单位存储的数据。
写入结构体数据：当需要将结构体数据持久化到文件中时，fwrite 可以将结构体的内存表示直接写入文件，方便后续的读取和恢复。
写入文本文件：尽管通常推荐使用更适合文本处理的函数（如fprintf）写入文本文件，但fwrite 同样可以用于写入文本数据，尤其是在处理非ASCII字符或需要精确控制字节写入时。
日志记录：在某些情况下，fwrite 可以用于将程序的日志信息写入文件，尽管这通常不是其首选用途，因为它不提供格式化输出的功能。
配置文件写入：在需要将配置信息保存到文件中时，fwrite 可以将配置数据以二进制或文本形式写入，取决于数据的性质和文件的使用方式。
网络数据保存：在处理网络数据时，fwrite 可以用于将接收到的网络数据保存到本地文件中，以便后续分析或处理。

2.3. 注意事项

文件打开模式：在使用 fwrite 之前，需要确保文件以正确的模式（如 "wb" 用于二进制写入）打开。
数据类型匹配：写入的数据类型应与文件打开模式相匹配。例如，以二进制模式打开的文件应写入字节数据。
缓冲区大小：fwrite 允许一次性写入多个数据项，但需要注意缓冲区的大小，以避免溢出或不必要的内存使用。
返回值检查：fwrite 的返回值表示实际写入的数据项个数，可能与请求写入的数据项个数不同。应检查返回值以确保数据正确写入。
文件关闭：完成文件写入后，应使用 fclose 函数关闭文件，以释放资源并避免潜在的文件损坏。
错误处理：应准备好处理 fwrite 可能遇到的错误，如磁盘空间不足、写入权限不足等。

2.4. 示例

以下是一个使用 fwrite 写入二进制数据的简单C语言示例：

#include <stdio.h>  int main() {  FILE *fp;  char *data = "Hello, World!"; // 注意：这里以字符串为例，实际二进制数据应使用字节数组  size_t written;  // 以二进制写入模式打开文件  fp = fopen("output.bin", "wb");  if (fp == NULL) {  perror("Failed to open file");  return 1;  }  // 注意：如果写入的是字符串，并且文件是二进制模式，可能需要转换为字节数组  // 这里为了简化示例，直接写入字符串（在实际二进制文件中可能不适用）  // 正确的做法是将字符串转换为字节数组，或者确保文件以文本模式打开  written = fwrite(data, sizeof(char), strlen(data), fp);  // 检查是否成功写入所有数据  if (written < strlen(data)) {  perror("Error writing to file");  }  // 关闭文件  fclose(fp);  return 0;  
}  // 注意：上面的示例为了简化，直接将字符串写入了二进制文件。  
// 在实际应用中，如果文件是二进制文件，应该使用字节数组来存储要写入的数据。  
// 例如，可以将字符串转换为字节数组，或者使用其他二进制数据作为fwrite的参数。

上面的示例中直接写入了字符串，在处理二进制文件时通常不是最佳做法。在处理二进制文件时，应使用字节数组来存储和写入数据。此外，如果文件是以文本模式打开的（如 "wt"），则不应使用 fwrite 写入二进制数据，而应使用如 fprintf 之类的函数。

三、总结

二进制文件读写在C语言中主要通过fwrite和fread函数实现。fwrite用于将数据以二进制形式写入文件，而fread则用于从文件中读取二进制数据。这两个函数都需指定数据指针、数据项大小、数据项数量以及文件指针。在使用时，要确保文件以二进制模式打开，并注意检查返回值以处理可能的错误。二进制文件读写提供了对文件内容的低级访问，适用于需要直接处理原始数据的场景。