C语言程序设计中文件操作部分的教学方法探讨

陈圣磊， 王红霞， 刘林源

（南京审计大学 电子商务系，江苏 南京 211815）

C语言程序设计中文件操作部分的教学方法探讨

陈圣磊， 王红霞， 刘林源

（南京审计大学 电子商务系，江苏 南京 211815）

学习C语言，不仅要求学生能够掌握基本语法知识，学会写程序，还应该深入理解库函数提供的功能是如何实现的，以达到与学过的语法知识融会贯通的目的。文章通过阐述在讲解文件操作时如何呼应已学过的知识点，包括结构体、函数和指针，从而加深对文件操作以及相应语法知识点的理解。

程序设计；库函数；C语言；文件操作

0 引 言

C语言程序设计是计算机相关专业的一门学科基础课，承担着培养学生编程思想的重要任务。这门课程涵盖了C语言的所有语法，包括数据类型与变量、流程控制结构、数组、函数、指针和结构体等。学习这些基本语法的目的有两方面：一是学会写程序；二是帮助学生读懂库函数，深入理解库函数提供的功能是如何实现的。第一个目的很容易理解，之所以提出第二个目的，是因为库函数的定义与调用涉及很多基本语法知识，在学习库函数时如果能与这些语法点呼应起来，就能达到融会贯通的目的。

然而，目前的计算机教育对前一方面关注较多[13]，而忽视了第二个方面。造成的结果是学生理解了流程控制、数组、函数和指针的用法，也能够编写简单的程序，但是对程序的认识仅限于教材上的例题，对库函数提供的功能，如字符串处理、输入输出处理，理解不够深入，未能把学过的语法知识学以致用，去理解这些函数。

文件操作是在讲解完基本语法后遇到的一个相对独立的知识模块，可以让学生学会使用相关函数来处理文件读写的问题。那么在文件操作部分的教学中，不但要让学生掌握如何使用这些函数，还应该把之前学习的语法贯穿到这些知识点中。

1 文件类型

我们一般使用文件类型FILE的方法是声明FILE类型的指针变量，

FILE* fp;

当同学们看到这句声明时，自然会想到FILE应该是一个类型，那么这个类型究竟是怎么构成的呢？

其实教材对文件类型FILE讲得比较清楚[4]333：每个被使用的文件都在内存中开辟一个相应的文件信息区，用来存放文件的有关信息（如文件的名字、文件状态及文件当前位置等）。这些信息被保存在一个结构体变量中，该结构体的类型是由系统声明的，取名为FILE。它的类型声明为：

从文件类型FILE的定义中，我们可以看到：

（1）文件类型FILE是一个结构体类型，由表示缓冲区大小、位置、读写控制等的字段组成，这可以呼应到定义结构体类型的语法。

（2）FILE是用typedef定义的新类型，因此在使用FILE定义指针时不再需要struct关键字，这对应到typedef关键字的用法。

（3）上述定义是教材中给出的，我们还可以在VC++6.0中打开stdio.h文件，找到对FILE的定义：

typedef struct _iobuf FILE;

我们可以看到，在VC++6.0中，先定义了结构体类型_iobuf，再由typedef关键字定义类型FILE。其中，字段_base表示缓冲区的开始位置，_ptr表示指针的指向，_bufsiz表示缓冲区的大小。

因此，通过上述解释，学生更容易理解FILE其实就是结构体类型，这样不仅加深了对FILE类型的理解，也通过这样一个例子加深了对结构体语法的理解。

2 文件打开与关闭函数

我们一般使用以下程序打开文件：

其功能是按照只读的方式打开文件，指针变量fp指向被打开的文件。除此之外，我们还可以对fopen函数作以下深层次的挖掘：

（1）使用这个函数需要包含头文件stdio.h。那么在讲函数原型部分时说过，如果使用库函数，应该使用#include指令包含相关的头文件，如果使用用户自定义的函数，应该添加对被调用函数的声明。那么我们可以进一步提出问题：这两种方式之间有关联吗？头文件中究竟是什么内容呢？

这里，我们可以在VC++6.0中打开头文件stdio.h，查找fopen，结果发现：

_CRTIMP FILE * __cdecl fopen(const char *, const char *);

其中，_CRTIMP是一个宏，表示使用动态C运行时库还是静态连接的C运行库，__cdecl表示C语言默认的函数调用方法，可以忽略。其余内容就是函数的声明了，返回值为FILE指针，两个参数都是字符指针类型。

通过查看头文件，我们知道头文件中其实就是函数的声明。所以，所有的函数调用都需要函数声明，只不过库函数的声明集中在头文件中，因此只要用#include包含头文件就可以了。

（2）fopen函数的返回值为FILE指针类型。在函数部分讲过返回指针值的函数，但是比较简略。返回指针值的函数涉及以下3个问题：

① 如果函数返回指针值，那么不能返回这个函数中局部变量的地址，因为局部变量在函数调用结束时就释放了，再引用这个地址就会带来问题。比如：

指针p指向funA函数中局部变量a，a的值为3，但是输出*p的结果为4。这是由于在调用函数funA后，又调用函数funB，变量a的位置被重新分配变量b，b的值为4，所以此时输出*p的结果为4。如果在主函数没有调用funB，即删除funB();这一行，则输出*p的结果为3。由此可以看出，这种返回局部变量地址的做法存在很大的不确定性。其实，上述程序在编译时会产生警告：returning address of local variable or temporary（返回局部变量的地址）。因此，我们在编写程序时应当避免这种情况。

② 被调用函数可以返回主调函数中变量的地址。教材[4]274例题8.25展示了这种情况，代码如下：

从上述代码可以看出，search函数的参数pointer指向主函数中的二维数组score，返回值pt是基于pointer得到的一个地址，仍然指向二维数组score中的某个元素。因此这种情况通过参数传递数组名，返回的是主函数中数组里某个元素的地址，因此在子函数调用结束后不存在地址释放的问题。要注意这种情况和①中程序是有区别的。

③ 函数fopen并没有指针类型的参数，那么为什么它返回指针类型的返回值就没有问题呢？其实我们可以想象，fopen函数中应该声明一个FILE类型的变量，最后返回其地址。如果是普通局部变量，fopen函数返回时肯定会释放的。那么什么样的变量在函数结束时仍然不会释放呢？我们在前面讲过，栈空间变量会自动释放，而堆空间变量是由程序员申请和释放的，因此，这个变量就应该是堆空间中动态分配的变量，由此呼应到动态内存分配的相关函数。

可以想象，fopen函数的定义中应该包含以下代码：

即该函数调用了malloc函数，动态分配了sizeof(FILE)大小的空间，赋值给fp指针，最后返回fp的值。

更进一步，所有动态分配的空间都需要通过free函数释放，那么在哪里调用free函数呢？我们强调在使用fopen函数打开文件进行读写后，还应该调用fclose函数关闭文件。因此可以想见，在fclose函数的定义中应该包含以下代码：

因此，通过上述分析，学生不但掌握了打开关闭文件的方法，更深入理解了函数声明、返回指针值的函数与动态内存分配的相关问题。

3 向文件读写字符串

C语言允许通过函数fgets和fputs一次读写一个字符串，其中fgets函数的原型为[4]341：

char* fgets(char *str, int n, FILE *fp);

作用是从fp所指向的文件读入一个长度为n-1的字符串，并在最后加一个‘’字符，然后把这n个字符存放到字符数组str中。

函数fgets从文件中读取了字符串，用字符指针类型的参数str指向的地址空间来存放读入的字符串。这一点需要特别注意，实际上是从被调函数中传递数据给主调函数。完成这一功能有以下3种方法：

（1）返回值方法。在初次接触函数时，我们知道被调函数可以通过return语句将数据传递给主调函数，这是被调函数向主调函数传递数据最为常见的方式，容易理解，使用方便，其不足之处在于：一个函数仅能返回一个值，如果被调函数需要向主调函数传递多个数据值，这种方法就行不通了。

（2）全局变量法。在讲解全局变量时，我们知道可以在被调函数中给全局变量赋值，这个全局变量在主调函数中也可以访问，同样可以起到向主调函数传递数据的作用，从而突破了函数只能有一个返回值的限制。当然，全局变量也有不足，即全局变量可以在多个函数中访问，违背了函数封装中低耦合的原则，使得程序容易出错。

（3）指针法。在讲到指针后，我们知道指针可以作为函数参数，在被调函数中给参数指针指向的变量赋值，主调函数中就可以访问这个值。如果要想传递多个值给主调函数，只需要设置多个指针类型的参数，因此，使用指针类型的函数参数是函数返回多个值的理想方法。函数fgets就是使用指针法传递数据的一个典型例子。fgets函数中有个两个指针类型的参数，str表示存放从文件中读取的字符串的位置，fp是fgets要读取的文件的指针，很明显，str是实现被调函数向主调函数传递数据的指针参数，而fp是主调函数向被调函数传递的文件指针。

通过与之前学过的数据传递方法的比较，我们可以认清该函数的本质，理解各种方法的优劣，在编写程序时选择合适的方法。

4 结 语

对C语言程序设计中文件操作部分教学方法的探索，能够帮助学生在掌握文件操作方法的同时，加深对相关知识点的理解，达到将所学知识融会贯通的效果。当然，这些教学内容更偏重于操作方法和原理的介绍，我们下一步研究的重点是如何设计文件输入、输出的系列实用案例，如文本文件的格式转换，让学生通过实践进一步加深理解。

[1] 杨加义, 庄丽娟. 学习C语言中的指针类型[J]. 计算机教育, 2010(7): 94-97.

[2] 周百顺. C语言程序设计中的函数分解与函数定义[J]. 计算机教育, 2015(4): 59-62.

[3] 马宪敏, 于延. C语言中循环结构的教学设计探讨[J]. 计算机教育, 2011(5): 87-90.

[4] 谭浩强. C程序设计[M]. 4版. 清华大学出版社, 2010.

（见习编辑：张 勋）

1672-5913(2017)02-0167-04

G642

江苏省高校重点专业建设项目（苏教高[2012]23号）；南京审计大学跨境电商交叉学科建设项目支持（南审研发[2016]36号）。

陈圣磊，男，副教授，研究方向为数据挖掘与机器学习，tristan_chen@126.com。