剑指信奥 | C 语言之玩转文件

文件的操作

上一次课中，我们谈到了计算机中的文件，讲了文件的含义，作用和分类。

最后我们了解了文件的操作，再来看一下文件常用的操作过程：

创建一份新的文件
向文件中写入信息
读取文件中的信息
关闭已打开的文件

以上这些处理文件的过程，在计算机语言中，统称为文件操作。

而对于我们关注的信息学竞赛而言，文件操作也是一个必须要学会的内容，为什么这么说？

现在，我们来看一道信息学竞赛的真题。

典型的信奥试题

为什么文件操作很重要？

我们来看一份 2019 年信息学竞赛的试题：

数字游戏 — 2019 CCF CSP-J2 第一题

问题描述

小 K 同学向小 P 同学发送了一个长度为 8 的 01 字符串来玩数字游戏，小 P 同学想要知道字符串中究竟有多少个 1。

注意：01 字符串为每一个字符是 0 或者 1 的字符串，如 “101”（不含双引号）为一个长度为 3 的 01 字符串。

输入格式

输入文件名为 number.in。输入文件只有一行，一个长度为 8 的 01 字符串 s。

输出格式

输出文件名为 number.out输出文件只有一行，包含一个整数，即 01 字符串中字符 1 的个数。

输入输出样例 1

number.in	number.out
00010100	2

见选手目录下的 number/number1.in 和 number/number1.ans

输入输出样例 1 说明

该 01 字符串中有 2 个字符 1

输入输出样例 2

number.in	number.out
11111111	8

见选手目录下的 number/number2.in 和 number/number2.ans

输入输出样例 2 说明

该 01 字符串中有 8 个字符 1

输入输出样例 3

见选手目录下的 number/number3.in 和 number/number3.ans

数据规模与约定

对于 20% 的数据，保证输入的字符全部为 0。对于 100% 的数据，输入只可能包含字符 0 和字符 1，字符串长度固定为 8。

这是这场考试中最简单的一道题，就是所谓的送分题。

不难发现，这道题中含有很多的文件操作，所以，对于参加竞赛的同学们，一定要熟练掌握常用的文件操作。

C 的文件操作

那么，在 C 语言中，怎样对文件进行操作呢？

以下我们逐一介绍 C 语言操作文件的方法，并以最简的代码做示例。

首先，我们在开始进行文件操作时，需要定义一个文件类型的指针。


FILE *fp;

指针，是一个 C 语言的一个进阶话题，大家目前只需要记住这个形式就可以，现在不必深究。

有了这个文件指针的定义，我们就可以开始进行各种文件操作了。

我们按照以下顺序，举例说明 C 语言文件操作的基本方法。

1. 打开文件

fopen，创建一个新文件或打开已有的文件
FILE，由 fopen 初始化的一个文件对象
代码示例：

#include <stdio.h>
int main() {
    // 打开文件 number.in，以读取的方式打开
    FILE *fp = fopen("../number/number.in", "r");
}

其中，第一个参数是文件名字符串，而第二个参数则是访问文件的模式。

各种模式的含义如下表：

模式	描述
r	打开一个文本文件，允许读取文件。
w
a	打开一个文本文件，允许写入文件。不存在，则会创建一个新文件。程序会从文件的开头写入内容。文件存在，则会重新写入。
r+	打开一个文本文件，允许读写文件。
w+	打开一个文本文件，允许读写文件。已存在，则文件会被截断为零长度。文件不存在，则会创建一个新文件。
a+	打开一个文本文件，允许读写文件。如果文件不存在，则创建一个新文件。读取从头开始，写入是追加模式。

虽然看起来很复杂，其实仔细分析不难发现，最基本的模式只有 r / w / a 三种，它们的含义分别是 read / write / append，就是 读 / 写 / 追加

2. 关闭文件

fclose
成功关闭，返回 0
关闭失败，返回 EOF
代码示例：

#include <stdio.h>

int main() {
    FILE *fp = fopen("../number/number1.in", "r");
    // 关闭打开的文件
    fclose(fp);
}

3. 写入文件

fputc，向文件中写入一个字符，成功返回字符
fputs，向文件中写一个字符串，成功返回非负值
写入失败，返回 EOF
代码示例：

#include <stdio.h>

int main() {
    // 创建文件 number.out，准备写文件
    FILE *fp = fopen("../number/number.out", "w");
    // 向文件中写入字符 8
    fputc('8', fp);
    fclose(fp);
}

4. 读取文件

fgetc，从文件读取单个字符
fgets，从文件中读取一个字符串
代码示例：

#include <stdio.h>

int main() {
    // 打开文件 number.in，准备读文件
    // 文件内容：00010100
    FILE *fp = fopen("../number/number.in", "r");
    // 读取文件的第一个字符
    char c = fgetc(fp);
    // 输出读取的字符 c
    printf("%c", c); // 输出结果：8
    fclose(fp);
}

至此，我们就了解了 C 语言关于文件操作最常用的方法。

一份参考的题解

最后，我们利用今天学到的文件操作的方法，把这道信奥竞赛的试题完成。

通过分析，我们发现这道题解题的步骤是这样的：

以读取的方式，打开文件 number.in
通过循环的方式，读取 number.in 中的每一个字符
对每一个读取的字符判断是否等于 1，计数
循环结果后，将计数结果写入文件 number.out

现在，我们分步骤解题。

首先，创建文件 number.in：

10010010

代码 1

#include <stdio.h>

int main() {
    // 以 r 方式打开文件 number.in
    FILE *fp = fopen("../number/number.in", "r");
    // 关闭文件
    fclose(fp);
}

代码 2

#include <stdio.h>

int main() {
    FILE *fp = fopen("../number/number.in", "r");
    char c;
    // 循环读取 number.in 中的每一个字符
    while((c = fgetc(fp)) != EOF) {
        // 输出当前字符，测试
        printf("%c", c); // 输出：10010010
    }
    fclose(fp);
}

代码 3

#include <stdio.h>

int main() {
    FILE *fp = fopen("../number/number.in", "r");
    // 定义计数器 sum，赋初始值 0
    int sum = 0;
    char c;
    while((c = fgetc(fp)) != EOF) {
        // 判断当前字符是否是 1
        if (c == '1') {
            sum++; // 计数器加 1
        }
    }
    // 输出 sum，测试
    printf("%d", sum); // 输出：3
    fclose(fp);
}

代码 4

#include <stdio.h>

int main() {
FILE *fp = fopen("../number/number.in", "r");
int sum = 0;
char c;
while((c = fgetc(fp)) != EOF) {
    if (c == '1') {
        sum++;
    }
}
fclose(fp);
// 以 w 方式创建文件 number.out
fp = fopen("../number/number.out", "w");
// 把计数结果写入文件 number.out
fputc(sum + '0', fp);
fclose(fp);
}

至此，我们就完成了这道信奥试题，不足 20 行代码，如果熟练的话，大概用时 5 分钟。

今天的内容有点多，同学们一定要好好复习一下哦，我们下次课见！

日积月累

open 打开
close 关闭
read 读
write 写
append 追加
EOF 文件结尾（End Of File ）

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