文件（file） 是存储器中储存信息的区域。 通常， 文件都保存在某种永久存储器中（如， 硬盘、 U盘或DVD等） 。 毫无疑问， 文件对于计算机系统相当重要。 例如， 你编写的C程序就保存在文件中， 用来编译C程序的程序也保存在文件中。 后者说明， 某些程序需要访问指定的文件。 当编译储存在名为 echo.c 文件中的程序时， 编译器打开echo.c文件并读取其中的内容。 当编译器处理完后， 会关闭该文件。 其他程序， 例如文字处理器， 不仅要打开、 读取和关闭文件， 还要把数据写入文件。
C 是一门强大、 灵活的语言， 有许多用于打开、 读取、 写入和关闭文件的库函数。 从较低层面上， C可以使用主机操作系统的基本文件工具直接处理文件， 这些直接调用操作系统的函数被称为底层 I/O （low-level I/O） 。由于计算机系统各不相同， 所以不可能为普通的底层I/O函数创建标准库，ANSI C也不打算这样做。 然而从较高层面上， C还可以通过标准I/O包（standard I/O package） 来处理文件。 这涉及创建用于处理文件的标准模型和一套标准I/O函数。 在这一层面上， 具体的C实现负责处理不同系统的差异， 以便用户使用统一的界面。
上面讨论的差异指的是什么？ 例如， 不同的系统储存文件的方式不同。有些系统把文件的内容储存在一处， 而文件相关的信息储存在另一处； 有些
系统在文件中创建一份文件描述。 在处理文件方面， 有些系统使用单个换行符标记行末尾， 而其他系统可能使用回车符和换行符的组合来表示行末尾。有些系统用最小字节来衡量文件的大小， 有些系统则以字节块的大小来衡量。
如果使用标准 I/O 包， 就不用考虑这些差异。 因此， 可以用 if (ch == '\n') 检查换行符。 即使系统实际用的是回车符和换行符的组合来标记行末尾，I/O函数会在两种表示法之间相互转换。
从概念上看， C程序处理的是流而不是直接处理文件。 流（stream） 是一个实际输入或输出映射的理想化数据流。 这意味着不同属性和不同种类的输入， 由属性更统一的流来表示。 于是， 打开文件的过程就是把流与文件相关联， 而且读写都通过流来完成。
C把输入和输出设备视为存储设备上的普通文件， 尤其是把键盘和显示设备视为每个C程序自动打开的文件。 stdin流表示键盘输入， stdout流表示屏幕输出。 getchar()、 putchar()、printf()和scanf()函数都是标准I/O包的成员， 处理这两个流。
程序读文件时要能检测文件的末尾才知道应在何处停止。 因此， C 的输入函数内置了文件结尾检测器。 既然可以把键盘输入视为文件， 那么也应该能使用文件结尾检测器结束键盘输入。
计算机操作系统要以某种方式判断文件的开始和结束。 检测文件结尾的一种方法是， 在文件末尾放一个特殊的字符标记文件结尾。 CP/M、 IBMDOS和MS-DOS的文本文件曾经用过这种方法。 如今， 这些操作系统可以使用内嵌的Ctrl+Z字符来标记文件结尾。 这曾经是操作系统使用的唯一标记，不过现在有一些其他的选择， 例如记录文件的大小。 所以现代的文本文件不一定有嵌入的Ctrl+Z， 但是如果有， 该操作系统会将其视为一个文件结尾标记。 下图演示了这种方法。
image.png
操作系统使用的另一种方法是储存文件大小的信息。 如果文件有3000字节， 程序在读到3000字节时便达到文件的末尾。 MS-DOS 及其相关系统使用这种方法处理二进制文件， 因为用这种方法可以在文件中储存所有的字符，包括Ctrl+Z。 新版的DOS也使用这种方法处理文本文件。 UNIX使用这种方法处理所有的文件。
无论操作系统实际使用何种方法检测文件结尾， 在C语言中， 用
getchar()读取文件检测到文件结尾时将返回一个特殊的值， 即EOF（end of file的缩写） 。 scanf()函数检测到文件结尾时也返回EOF。 通常， EOF定义在stdio.h文件中：
#define EOF (-1)
为什么是-1？ 因为getchar()函数的返回值通常都介于0～127， 这些值对应标准字符集。 但是， 如果系统能识别扩展字符集， 该函数的返回值可能在0～255之间。 无论哪种情况， -1都不对应任何字符， 所以， 该值可用于标记文件结尾。某些系统也许把EOF定义为-1以外的值， 但是定义的值一定与输入字符所产生的返回值不同。 如果包含stdio.h文件， 并使用EOF符号， 就不必担心EOF值不同的问题。 这里关键要理解EOF是一个值， 标志着检测到文件结尾， 并不是在文件中找得到的符号。
那么， 如何在程序中使用EOF？ 把getchar()的返回值和EOF作比较。 如果两值不同， 就说明没有到达文件结尾。 也就是说， 可以使用下面这样的表达式：
while ((ch = getchar()) != EOF)
如果正在读取的是键盘输入不是文件会怎样？ 绝大部分系统（不是全部） 都有办法通过键盘模拟文件结尾条件。 例如， 在大多数UNIX和Linux系统中， 在一行开始处按下Ctrl+D会传输文件结尾信号。 许多微型计算机系统都把一行开始处的Ctrl+Z识别为文件结尾信号， 一些系统把任意位置的Ctrl+Z解释成文件结尾信号。
重定向文件
输入和输出涉及函数、 数据和设备。 例如， 考虑 echo_eof.c， 该程序使用输入函数 getchar()。 输出设备（我们假设） 是键盘， 输入数据流由字符组成。 假设你希望输入函数和数据类型不变， 仅改变程序查找数据的位置。 那么， 程序如何知道去哪里查找输入？
在默认情况下， C程序使用标准I/O包查找标准输入作为输入源。 这就是前面介绍过的stdin流， 它是把数据读入计算机的常用方式。 它可以是一个过时的设备， 如磁带、 穿孔卡或电传打印机， 或者（假设） 是键盘， 甚至是一些先进技术， 如语音输入。 然而， 现代计算机非常灵活， 可以让它到别处查找输入。 尤其是， 可以让一个程序从文件中查找输入， 而不是从键盘。
程序可以通过两种方式使用文件。 第 1 种方法是， 显式使用特定的函数打开文件、 关闭文件、 读取文件、 写入文件， 诸如此类。 我们在第13章中再详细介绍这种方法。 第2种方法是， 设计能与键盘和屏幕互动的程序， 通过不同的渠道重定向输入至文件和从文件输出。 换言之， 把stdin流重新赋给文件。 继续使用getchar()函数从输入流中获取数据， 但它并不关心从流的什么位置获取数据。 虽然这种重定向的方法在某些方面有些限制， 但是用起来比较简单， 而且能让读者熟悉普通的文件处理技术。
重定向的一个主要问题与操作系统有关， 与C无关。 尽管如此， 许多C环境中（包括UNIX、 Linux和Windows命令提示模式） 都有重定向特性， 而且一些C实现还在某些缺乏重定向特性的系统中模拟它。 在UNIX上运行苹果OS X， 可以用UNIX命令行模式启动Terminal应用程序。 接下来我们介绍UNIX、 Linux和Windows的重定向。
UNIX、 Linux和DOS重定向：
重定向输入让程序使用文件而不是键盘来输入， 重定向输出让程序输出至文件而不是屏幕。
1.重定向输入
假设已经编译了echo_eof.c 程序， 并把可执行版本放入一个名为echo_eof（或者在Windows系统中名为echo_eof.exe） 的文件中。 运行该程序， 输入可执行文件名：echo_eof
该程序的运行情况和前面描述的一样， 获取用户从键盘输入的输入。 现在， 假设你要用该程序处理名为words的文本文件。 文本文件（text file） 是内含文本的文件， 其中储存的数据是我们可识别的字符。 文件的内容可以是一篇散文或者C程序。 内含机器语言指令的文件（如储存可执行程序的文件） 不是文本文件。 由于该程序的操作对象是字符， 所以要使用文本文件。只需用下面的命令代替上面的命令即可：
echo_eof < words
“<”符号是UNIX和DOS/Windows的重定向运算符。 该运算符使words文件与stdin流相关联， 把文件中的内容导入echo_eof程序。 echo_eof程序本身并不知道（或不关心） 输入的内容是来自文件还是键盘， 它只知道这是需要导入的字符流， 所以它读取这些内容并把字符逐个打印在屏幕上， 直至读到文件结尾。 因为C把文件和I/O设备放在一个层面， 所以文件就是现在的I/O设备。
2.重定向输出
现在假设要用echo_eof把键盘输入的内容发送到名为mywords的文件中。 然后， 输入以下命令并开始输入：
echo_eof>mywords
“>”符号是第2个重定向运算符。 它创建了一个名为mywords的新文件， 然后把echo_eof的输出（即， 你输入字符的副本） 重定向至该文件中。 重定向把stdout从显示设备（即， 显示器） 赋给mywords文件。 如果已经有一个名为mywords的文件， 通常会擦除该文件的内容， 然后替换新的内容（但是， 许多操作系统有保护现有文件的选项， 使其成为只读文件） 。 所有出现在屏幕的字母都是你刚才输入的， 其副本储存在文件中。 在下一行的开始处按下Ctrl+D（UNIX） 或Ctrl+Z（DOS） 即可结束该程序。
正面看一个用函数方法完成打开文件并显示内容的例子：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h> // for exit()
int main() {
int ch;
FILE *fp;
char fname[50]; // to hold the file name
printf("Enter the name of the file: ");
scanf("%s", fname);
fp = fopen(fname, "r"); // open file for reading
if (fp == NULL) { // attempt failed
printf("Failed to open file. Bye\n");
exit(1); // quit program
}
// getc(fp) gets a character from the open file
while ((ch = getc(fp)) != EOF)
putchar(ch);
fclose(fp); // close the file
return 0;
}
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