C fread 函数
最后修改日期：2025 年 4 月 6 日
fread 函数是 C 语言中用于高效读取文件二进制数据的强大工具。它允许您一次操作读取数据块，非常适合处理结构化数据和二进制文件。本教程将深入探讨 fread，从基本用法到高级技术。您将学习如何读取不同数据类型、处理错误以及优化性能。掌握 fread 对于在 C 语言中使用二进制文件和大型数据集至关重要。
什么是 fread？
fread 函数将文件数据读取到缓冲区中。它接受四个参数：指向缓冲区的指针、每个元素的大小、要读取的元素数量以及一个 FILE 指针。fread 返回成功读取的元素数量，该数量可能少于请求的数量。它通常与以“rb”模式打开的二进制文件一起使用。请始终检查返回值以验证读取是否成功并妥善处理错误。
fread 基本示例
让我们从一个从二进制文件中读取单个整数的简单示例开始。
#include <stdio.h>
int main() {
FILE *fp;
int value;
fp = fopen("data.bin", "rb"); // Open in binary read mode
if (fp == NULL) {
perror("Failed to open file");
return 1;
}
size_t result = fread(&value, sizeof(int), 1, fp);
if (result != 1) {
perror("Failed to read data");
fclose(fp);
return 1;
}
printf("Read value: %d\n", value);
fclose(fp);
return 0;
}
此示例演示了 fread 的基本用法。我们将文件以二进制读取模式打开，然后将一个整数（int 的大小）读取到我们的变量中。我们会检查 fread 的返回值，以确保我们读取了一个元素。最后，我们打印该值并关闭文件。这种模式是所有 fread 操作的基础。
读取数字数组
现在，让我们通过一次从文件中读取整个数组来读取多个值。
#include <stdio.h>
#define SIZE 5
int main() {
FILE *fp;
int numbers[SIZE];
fp = fopen("array.bin", "rb");
if (fp == NULL) {
perror("Failed to open file");
return 1;
}
size_t elements_read = fread(numbers, sizeof(int), SIZE, fp);
if (elements_read != SIZE) {
printf("Only read %zu of %d elements\n", elements_read, SIZE);
}
printf("Array contents:\n");
for (int i = 0; i < elements_read; i++) {
printf("%d ", numbers[i]);
}
printf("\n");
fclose(fp);
return 0;
}
此示例一次性读取整个整数数组。我们指定每个元素的大小（sizeof(int)）和元素数量（SIZE）。返回值告诉我们实际读取了多少个元素，我们在循环中使用它。这种方法比逐个读取元素要高效得多，尤其是对于大型数组。
读取结构体
fread 在读取结构化数据方面特别有用。以下是如何从文件中读取自定义结构体。
#include <stdio.h>
typedef struct {
int id;
char name[20];
float score;
} Student;
int main() {
FILE *fp;
Student s;
fp = fopen("student.bin", "rb");
if (fp == NULL) {
perror("Failed to open file");
return 1;
}
if (fread(&s, sizeof(Student), 1, fp) != 1) {
perror("Failed to read student");
fclose(fp);
return 1;
}
printf("Student ID: %d\n", s.id);
printf("Name: %s\n", s.name);
printf("Score: %.2f\n", s.score);
fclose(fp);
return 0;
}
此示例演示了一次性读取整个结构体。sizeof(Student) 确保我们读取了确切的数据量。这项技术对于读取复杂数据类型非常强大，因为它保留了确切的内存布局。请注意，这假设文件是用相同的结构定义在相同的系统架构上写入的。
读取直到文件末尾
以下是如何使用 fread 读取数据直到文件末尾。
#include <stdio.h>
#define BUFFER_SIZE 1024
int main() {
FILE *fp;
char buffer[BUFFER_SIZE];
size_t bytes_read;
fp = fopen("largefile.bin", "rb");
if (fp == NULL) {
perror("Failed to open file");
return 1;
}
while ((bytes_read = fread(buffer, 1, BUFFER_SIZE, fp)) > 0) {
printf("Read %zu bytes\n", bytes_read);
// Process the buffer here
}
fclose(fp);
return 0;
}
此示例展示了分块读取大文件的常见模式。我们一次最多读取 BUFFER_SIZE 字节，并在每次读取后处理该块。循环将继续，直到 fread 返回 0，表示文件末尾。这种方法内存效率高，适用于任何大小的文件，包括那些太大而无法一次性载入内存的文件。
读取和验证数据
验证您是否读取了预期的数据量很重要。此示例展示了正确的错误处理。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
FILE *fp;
double *data;
size_t count = 1000;
fp = fopen("dataset.bin", "rb");
if (fp == NULL) {
perror("Failed to open file");
return 1;
}
data = (double *)malloc(count * sizeof(double));
if (data == NULL) {
perror("Memory allocation failed");
fclose(fp);
return 1;
}
size_t read = fread(data, sizeof(double), count, fp);
if (read != count) {
if (feof(fp)) {
printf("Reached end of file after %zu elements\n", read);
} else if (ferror(fp)) {
perror("Error reading file");
}
}
// Use the data (first 5 elements for demonstration)
printf("First 5 values:\n");
for (size_t i = 0; i < (read < 5 ? read : 5); i++) {
printf("%.2f ", data[i]);
}
printf("\n");
free(data);
fclose(fp);
return 0;
}
此示例演示了使用 fread 进行健壮的错误处理。我们动态分配内存用于我们的数据，然后尝试读取 1000 个双精度浮点数。如果我们读取的数量少于预期，我们会检查是到达了文件末尾（feof）还是遇到了错误（ferror）。对于数据完整性至关重要的生产代码，这种程度的验证是必不可少的。
读取不同的数据类型
当文件结构正确时，fread 可以读取混合数据类型。这是一个例子。
#include <stdio.h>
typedef struct {
char header[4];
int version;
float values[3];
char footer[4];
} DataFile;
int main() {
FILE *fp;
DataFile df;
fp = fopen("mixed.bin", "rb");
if (fp == NULL) {
perror("Failed to open file");
return 1;
}
if (fread(&df, sizeof(DataFile), 1, fp) != 1) {
perror("Failed to read data file");
fclose(fp);
return 1;
}
printf("Header: %.4s\n", df.header);
printf("Version: %d\n", df.version);
printf("Values: %.2f, %.2f, %.2f\n", df.values[0], df.values[1], df.values[2]);
printf("Footer: %.4s\n", df.footer);
fclose(fp);
return 0;
}
此示例一次性读取一个包含不同数据类型的复杂结构。该结构包括字符数组、整数和浮点数。fread 无缝处理此问题，因为它处理的是原始内存。请注意，这假设文件的结构与程序的结构定义完全匹配，包括填充和对齐。
带定位的读取
将 fread 与 fseek 结合使用，以从文件的特定位置读取。
#include <stdio.h>
int main() {
FILE *fp;
int values[3];
fp = fopen("positioned.bin", "rb");
if (fp == NULL) {
perror("Failed to open file");
return 1;
}
// Read first value
if (fread(&values[0], sizeof(int), 1, fp) != 1) {
perror("Failed to read first value");
fclose(fp);
return 1;
}
// Skip ahead to read third value
if (fseek(fp, sizeof(int), SEEK_CUR) != 0) {
perror("Failed to seek");
fclose(fp);
return 1;
}
if (fread(&values[2], sizeof(int), 1, fp) != 1) {
perror("Failed to read third value");
fclose(fp);
return 1;
}
// Go back to read second value
if (fseek(fp, -2 * sizeof(int), SEEK_CUR) != 0) {
perror("Failed to seek back");
fclose(fp);
return 1;
}
if (fread(&values[1], sizeof(int), 1, fp) != 1) {
perror("Failed to read second value");
fclose(fp);
return 1;
}
printf("Values: %d, %d, %d\n", values[0], values[1], values[2]);
fclose(fp);
return 0;
}
此示例演示了在读取时如何在文件中导航。我们首先读取第一个整数，然后跳过第二个读取第三个，然后返回读取第二个。fseek 允许我们移动文件位置指针，而 fread 从当前位置读取。此技术对于读取结构化二进制文件的特定部分很有用。
使用 fread 的最佳实践
- 始终检查返回值： 验证
fread是否返回了预期的元素数量。 - 使用二进制模式： 使用“b”（例如，“rb”）打开文件以进行二进制数据读取，以避免文本模式转换。
- 匹配数据类型： 确保缓冲区类型和大小与文件中的内容匹配。
- 处理部分读取： 准备好处理
fread读取的元素少于请求的情况。 - 结合定位： 使用
fseek和ftell在文件中进行随机访问。 - 考虑字节序： 在不同系统之间读取文件时，请注意字节顺序的差异。
来源
本教程深入探讨了 fread 函数，从基本用法到高级技术。您已经了解了如何读取不同数据类型、处理错误以及优化文件读取操作。掌握了这些技能，您就可以在 C 程序中高效地处理二进制文件和结构化数据。
作者
列表 C 标准库。