用C语言随机读写二进制文件

本节主要讨论如何使用C语言随机读写二进制文件。

本文引用自作者编写的下述图书; 本文允许以个人学习、教学等目的引用、讲授或转载，但需要注明原作者"海洋饼干叔
叔"；本文不允许以纸质及电子出版为目的进行抄摘或改编。
1.《Python编程基础及应用》，陈波，刘慧君，高等教育出版社。免费授课视频 Python编程基础及应用
2.《Python编程基础及应用实验教程》, 陈波，熊心志，张全和，刘慧君，赵恒军，高等教育出版社Python编程基础及应用实验教程
3. 《简明C及C++语言教程》，陈波，待出版书稿。免费授课视频

文件既可以顺序读写，也可以随机读写。所谓顺序读写，可以简单理解为从头读/写到尾，数据项是一个接着一个进行读取/写入的；而随机读写则允许我们随时改变文件的当前读写位置，如果在非文件尾的位置写入内容，则相应位置的原始数据会被覆盖。

二进制文件可以视为字节流，程序为每一个被打开的二进制文件维护了一个读写位置标记，该标记为一个整数，表示当前读写位置相对于文件起始处的偏移量，以字节为单位。随着文件读写操作的进行，该读写位置会自动后移，其偏移量等于读写操作的字节数。

表20-6 文件随机访问函数（C语言）

函数	说明
rewind	void rewind(FILE* f);说明：将文件f的读写位置移回文件头（起始处）。
fseek	int fseek(FILE* f, long offset, int origin);说明：该函数通常应用于二进制文件，其将文件f的读写位置移动至偏离参考点（origin）指定偏移量（offset）的位置。参考点origin应为SEEK_SET、SEEK_CUR、SEEK_END之一，依次为文件头、当前读写位置和文件尾。函数应用于文本文件时，offset只能是0或者是前次ftell()的返回值，而origin只能是SEEK_SET。操作成功，函数返回0，否则返回非零值。
ftell	long ftell(FILE* f);说明：对于二进制文件，返回文件的当前读写位置，即当前读写位置相对于文件头的偏移字节数。对于文本文件，函数返回值可能没有实际意义，但仍然可以配合fseek()函数恢复文件的读写位置。如果函数执行出错，返回-1。
fgetpos	int fgetpos(FILE* f, fpos_t* pos);说明：获取文件f的当前读写位置，写入指针pos所指向的fpos_t对象中。指针pos指向的对象必须是已分配好的。通常情况下，fpos_t事实上是长整型或者长长整型。操作成功，函数返回0，否则返回非零值。
fsetpos	int fsetpos(FILE* f, const fpos_t* pos);说明：设置文件f的读写位置，指针pos所指向的fpos_t对象即为目标位置。操作成功，函数返回0，否则返回非零值。

表20-6列出了C语言中用于二进制文件随机访问的常用函数，以这些函数为工具，我们可以在文件中随意移动读写位置，方便地读写二进制文件。

C语言程序BinaryPriceList展示了一个灵活的二进制商品价格表存储结构，该结构以不重复的固定的商品编号为基础进行工作。

//Project - BinaryPriceList
#include <stdio.h>
#include <stdbool.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>typedef struct {int iNo;            //商品编号，不重复char sName[20];     //名称float fPrice;       //价格int iQuantity;      //在库数量
} Commodity;bool locateCommodity(FILE* f, int iNo){rewind(f);          //读写指针回到文件头int t;while (true){if (fread(&t,sizeof(int),1,f)!=1)return false;if (t==iNo){fseek(f,-sizeof(int),SEEK_CUR);return true;}elsefseek(f,sizeof(int)+sizeof(float)+20,SEEK_CUR);}
}void saveCommodity(FILE* f, const Commodity* c){if (!locateCommodity(f,c->iNo))fseek(f,0,SEEK_END);fwrite(&c->iNo,sizeof(int),1,f);fwrite(c->sName,20,1,f);fwrite(&c->fPrice,sizeof(float),1,f);fwrite(&c->iQuantity,sizeof(int),1,f);
}bool loadCommodity(FILE* f, int iNo, Commodity* c){if (!locateCommodity(f,iNo))return false;fread(&c->iNo,sizeof(int),1,f);fread(c->sName,20,1,f);fread(&c->fPrice,sizeof(float),1,f);fread(&c->iQuantity,sizeof(int),1,f);return true;
}int main() {char sPath[512];if (getcwd(sPath,512)!=NULL)              //获取并打印当前工作路径printf("cwd: %s\n",sPath);FILE* f = NULL;if (access("commodity.dat",F_OK)==0)     //判断文件是否存在f = fopen("commodity.dat","rb+");     //打开已有文件进行随机读写elsef = fopen("commodity.dat","wb+");     //打开新文件进行随机读写Commodity c1 = {1,"Apple",5.2764123f,2000};saveCommodity(f,&c1);printf("ftell(f): %ld\n",ftell(f));      //输出文件当前读写位置Commodity c3 = {3,"Beef",65.741f,5000};saveCommodity(f,&c3);Commodity c5 = {5,"Cherry",117.4f,500};saveCommodity(f,&c5);strcpy(c3.sName,"Pork");saveCommodity(f,&c3);Commodity t;printf("%-6s%-20s%10s%10s\n","No","Name","Price","Quantity");printf("----------------------------------------------\n");for (int i=1;i<=5;i++){if (!loadCommodity(f,i,&t))printf("%-6d%-20s%10.2f%10d\n",i,"NA",0.0,0);elseprintf("%-6d%-20s%10.2f%10d\n",t.iNo,t.sName,t.fPrice,t.iQuantity);}fclose(f);return 0;
}

上述代码的执行结果为：

cwd: D:\C2Cpp\C20_FileIO\build-BinaryPriceList-Desktop_Qt_5_14_1_MinGW_64_bit-Debug
ftell(f): 32
No    Name                     Price  Quantity
----------------------------------------------
1     Apple                     5.28      2000
2     NA                        0.00         0
3     Pork                     65.74      5000
4     NA                        0.00         0
5     Cherry                  117.40       500

上述程序执行完成后，我们得到一个二进制文件commodity.dat，其尺寸为96字节。为了便于描述上述程序的随机读写过程及工作原理，我们画出了commodity.dat的内部结构，请见图20-7。请读者注意，图20-7只是一个示意图，其并不能“精细”表达commodity.dat的内部结构。

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