C 語言檔案處理 (File I/O)

為了永久儲存資料（例如儲存遊戲存檔、記錄 log），我們需要使用檔案。C 語言透過 FILE 結構與一系列的標準函式庫來處理檔案讀寫。

基本檔案操作

1. 開啟檔案 (fopen)

// FILE *fopen(const char *filename, const char *mode);
FILE *fp = fopen("data.txt", "r");

操作模式 (Mode)：

• "r" (Read)：讀取。檔案必須存在，否則回傳 NULL。
• "w" (Write)：寫入。檔案若不存在會建立；若存在會清空 (Truncate) 內容。
• "a" (Append)：追加。寫入的資料會接在原本內容後面。
• "r+"：讀寫模式（檔案須存在）。
• "w+"：讀寫模式（會清空檔案）。

2. 關閉檔案 (fclose)

fclose(fp);

操作完檔案後，一定要關閉，確保資料完整寫入硬碟緩衝區並釋放系統資源 (File Descriptor)。

文字檔讀寫 (Text I/O)

適合處理人類可讀的資料 (txt, csv, config)。

寫入 (fprintf)

用法跟 printf 幾乎一樣。

fprintf(fp, "Score: %d\n", 100);

讀取 (fscanf vs fgets)

• fscanf：適合讀取有固定格式的資料。

  int score;
  fscanf(fp, "Score: %d", &score);
  

• fgets：適合讀取一整行文字（更安全，推薦）。

  char buffer[100];
  while (fgets(buffer, sizeof(buffer), fp) != NULL) {
      printf("%s", buffer);
  }
  

二進位檔讀寫 (Binary I/O)

如果要儲存圖片、聲音、或是結構 (Struct) 資料，應該使用二進位模式。這樣可以確保資料原封不動地寫入，不會受到換行符號 (\n vs \r\n) 轉換的影響。

模式字串要加上 b，例如 "rb", "wb"。

寫入 (fwrite)

size_t fwrite(const void *ptr, size_t size, size_t count, FILE *stream);

讀取 (fread)

size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t count, FILE *stream);

範例：儲存陣列到檔案

#include <stdio.h>

int main() {
    int data[] = {10, 20, 30, 40, 50};
    
    // 1. 寫入二進位檔
    FILE *fp = fopen("data.bin", "wb"); // 注意 "wb"
    if (fp != NULL) {
        // 寫入 5 個 int
        fwrite(data, sizeof(int), 5, fp);
        fclose(fp);
    }

    // 2. 讀取二進位檔
    int read_data[5];
    fp = fopen("data.bin", "rb"); // 注意 "rb"
    if (fp != NULL) {
        // 讀取回來
        fread(read_data, sizeof(int), 5, fp);
        fclose(fp);
    }

    return 0;
}

標準串流 (Standard Streams)

其實 printf 和 scanf 只是特例，它們分別是對以下標準檔案指標操作：

• stdin (Standard Input)：標準輸入（通常是鍵盤）。
• stdout (Standard Output)：標準輸出（通常是螢幕）。
• stderr (Standard Error)：標準錯誤輸出（通常也是螢幕）。

這意味著你可以用 fprintf(stdout, "Hello") 來取代 printf("Hello")。

技巧：發生錯誤時，請將錯誤訊息印到 stderr，而不是 stdout。這樣使用者在使用管線 (Pipeline) 重導向輸出時，錯誤訊息才不會被導到檔案裡。

if (fp == NULL) {
    fprintf(stderr, "Fatal Error: Cannot open config file!\n");
    return 1;
}

最佳實踐

1. 總是檢查 fopen 的回傳值。
2. 使用 perror 或 strerror：當開檔失敗時，這些函式可以告訴你「為什麼」失敗（例如：No such file or directory）。

   #include <errno.h>
   #include <string.h>
   // ...
   if (fp == NULL) {
       fprintf(stderr, "Error opening file: %s\n", strerror(errno));
   }
   

3. 文字檔用文字模式，二進位檔用二進位模式：雖然在 Linux 上沒差，但在 Windows 上混用會導致換行符號錯亂。

掌握檔案處理，你的程式就能夠持久化資料，與作業系統進行更深度的互動。