C語言文件操作完整指南 - 從基礎到隨機訪問

1. 文件與流

C 語言將文件視為位元組流。程序啟動自動打開三個標準流：stdin（鍵盤）、stdout（屏幕）、stderr（錯誤輸出）。文件操作通過 FILE* 指針進行，內部封裝了文件描述符、緩衝區指針、標誌位等信息。

2. 文件操作底層機制

• FILE 結構（_iobuf）包含：緩衝區指針 _ptr、剩餘字符數 _cnt、緩衝區基址 _base、標誌 _flag、文件描述符 _file 等。
• 文件描述符是進程打開文件表的索引，指向系統級打開文件表，後者指向文件控制塊 FCB，最終操作物理磁盤。
• 同一文件多次 fopen 會在進程級表創建多個獨立項，各自維護獨立的文件位置指針。

3. 順序訪問文件

3.1 打開模式

二進制模式在字母後加 b（如 rb、wb），Windows 下影響換行符轉換。

3.2 寫入示例

FILE *fp = fopen("data.txt", "w");
if (!fp) { perror("open"); return 1; }
fprintf(fp, "%d %s %.2f\n", 100, "Alice", 123.45);
fclose(fp);

3.3 讀取示例

FILE *fp = fopen("data.txt", "r");
int id; char name[32]; double bal;
while (fscanf(fp, "%d %s %lf", &id, name, &bal) == 3)
    printf("%d %s %.2f\n", id, name, bal);
fclose(fp);

3.4 重置位置

rewind(fp) 將位置指針移回文件開頭，等價於 fseek(fp, 0, SEEK_SET)。

4. 隨機訪問文件

固定長度記錄（通常用 struct），配合 fseek、fread、fwrite 實現 O(1) 定位。

4.1 結構定義

struct Record {
    int id;
    char name[20];
    double balance;
};

4.2 創建空文件（預分配）

FILE *fp = fopen("records.dat", "wb");
struct Record blank = {0};
for (int i = 0; i < 100; i++)
    fwrite(&blank, sizeof(blank), 1, fp);
fclose(fp);

4.3 隨機寫入

FILE *fp = fopen("records.dat", "rb+");
struct Record r = {10, "Bob", 500.0};
fseek(fp, (r.id-1)*sizeof(r), SEEK_SET); // 定位
fwrite(&r, sizeof(r), 1, fp);
fclose(fp);

4.4 隨機讀取

FILE *fp = fopen("records.dat", "rb");
struct Record r;
fseek(fp, 5*sizeof(r), SEEK_SET); // 讀第6條
fread(&r, sizeof(r), 1, fp);
printf("%d %s %.2f\n", r.id, r.name, r.balance);
fclose(fp);

5. 關鍵函數速查

6. 最佳實踐

• 總是檢查 fopen 返回值，失敗時用 perror 輸出錯誤。
• 文本模式下跨平台換行符差異（Windows \r\n vs Unix \n），二進制模式無此問題。
• 隨機訪問必須用二進制模式（b），確保偏移計算準確。
• 結構體寫入文件涉及對齊與端序問題，跨平台交換建議用文本或序列化格式（JSON/Protobuf）。
• 及時 fclose 釋放資源，刷新緩衝區。