【C语言文件操作与历史记录】：简单计算器的进阶功能实现


参考资源链接：[编写一个支持基本运算的简单计算器C程序](https://wenku.csdn.net/doc/4d7dvec7kx?spm=1055.2635.3001.10343)
# 1. 简单计算器的文件操作基础

在开发一个简单计算器应用时，文件操作是一项基础但至关重要的技能。本章将介绍如何在计算器应用中实现基本的文件读写功能，为之后更加复杂的数据管理打下基础。我们会从文件的创建、打开、读取、写入以及关闭等操作开始，通过代码示例和详细的参数说明，为读者提供清晰的操作步骤和逻辑解释。

首先，我们会探讨如何在计算器应用中存储和读取用户的计算历史记录。这些记录可以是简单的文本文件，也可以是结构化的数据文件，如CSV或JSON格式。我们将展示如何使用C语言的文件I/O函数来实现这些功能，并对可能出现的常见错误进行说明和处理。

例如，以下是一个简单的文件写入代码示例，演示如何将用户输入的表达式和结果保存到文件中：

#include <stdio.h>

int main() {
    FILE *fp = fopen("history.txt", "a"); // 以追加模式打开文件
    if (fp == NULL) {
        printf("无法打开文件\n");
        return -1;
    }
    char expression[100], result[100];
    printf("请输入表达式和结果，以空格分隔：");
    scanf("%s %s", expression, result);
    fprintf(fp, "%s = %s\n", expression, result); // 写入文件
    fclose(fp); // 关闭文件
    return 0;
}

通过本章的学习，读者应能够掌握C语言基础的文件操作，并在实际应用中灵活运用。这些技能对于任何需要数据持久化的应用都是必不可少的，而简单计算器则是一个非常适合练习和理解这些概念的平台。接下来的章节将深入探讨文件操作的高级功能和错误处理策略，帮助读者构建一个更为健壮和用户友好的计算器应用。

# 2. C语言中文件I/O操作的深入理解

## 2.1 文件I/O函数的原理与应用

### 2.1.1 标准I/O库函数概述

在C语言中，标准I/O库提供了丰富的函数，用于处理文件读写操作。这些函数通过缓冲机制，使得数据的读写操作更加高效。常用的函数包括`fopen()`, `fclose()`, `fprintf()`, `fscanf()`, `fgets()`, `fputs()`, `fread()`, `fwrite()`, `fseek()`, `ftell()` 和 `rewind()` 等。每一种函数都有其特定的用途，比如 `fopen()` 用于打开文件，`fclose()` 用于关闭文件，而 `fprintf()` 和 `fscanf()` 用于格式化的输入输出。

在进行文件操作时，首先需要确定文件模式，常见的模式有：
- `"r"`：以只读方式打开文件，文件必须存在。
- `"w"`：以只写方式打开文件，如果文件存在则长度被截为零，即该文件内容会被清除。
- `"a"`：以追加模式打开文件，写操作会在文件末尾添加数据。
- `"r+"`：以读/写模式打开文件。
- `"w+"`：以读/写模式打开文件，并把文件长度截为零。
- `"a+"`：以读/写模式打开文件，写操作则在文件末尾添加数据。

理解文件模式对于进行正确的文件操作至关重要。

### 2.1.2 文件打开与关闭的细节

在进行文件I/O操作前，第一步是打开文件，`fopen()` 函数提供这一功能。其函数原型如下：

FILE *fopen(const char *filename, const char *mode);

其中，`filename` 是要打开的文件名，`mode` 是文件打开模式。`fopen()` 成功时返回一个指向 `FILE` 对象的指针，失败则返回 `NULL`。操作文件结束时，应使用 `fclose()` 函数来关闭文件，并释放系统资源：

int fclose(FILE *stream);

`fclose()` 函数成功返回 `0`，失败返回 `EOF`。

文件操作的一个常见问题是资源泄露，这发生在文件没有正确关闭的情况下。C99 标准为了解决这一问题，引入了 `setvbuf()` 和 `setbuf()` 函数，用于设置文件流的缓冲区。

## 2.2 高级文件操作技术

### 2.2.1 随机访问文件

随机访问文件是指程序对文件的读写位置可以自由移动，并且可以读取或写入任意位置数据的功能。在C语言中，可以使用 `fseek()` 函数来实现文件的随机访问：

int fseek(FILE *stream, long int offset, int whence);

`fseek()` 会将文件指针移动到指定位置，`offset` 表示偏移量，`whence` 指定起始位置，其取值可以是 `SEEK_SET`（文件开头）、`SEEK_CUR`（当前位置）、`SEEK_END`（文件末尾）。例如，将文件指针移动到文件开头，可以使用：

fseek(file, 0, SEEK_SET);

### 2.2.2 文件的读写定位

文件的读写位置除了可以通过 `fseek()` 来定位之外，还可以使用 `ftell()` 和 `rewind()` 函数进行操作。`ftell()` 函数返回文件指针当前位置：

long int ftell(FILE *stream);

返回值是从文件开始到当前位置的字节数。而 `rewind()` 函数用于将文件指针重新定位到文件的开头：

void rewind(FILE *stream);

定位操作在处理大型文件时尤为有用，可以高效地读取或写入指定位置的数据，而不必从文件头开始顺序读取。

## 2.3 文件操作中的错误处理

### 2.3.1 错误检测方法

在文件操作过程中，不可避免会遇到各种错误。C语言标准库提供了 `ferror()` 函数来检测文件流是否有错误发生：

int ferror(FILE *stream);

该函数成功返回非零值，表示存在错误；失败返回零值。

### 2.3.2 错误处理策略

检测到错误后，需要根据错误类型采取相应的处理策略。这可能包括清除错误标记、关闭文件、输出错误信息等操作。`clearerr()` 函数用于清除文件流的错误标记和文件结束标记：

void clearerr(FILE *stream);

当发生错误时，应当输出相应的错误信息，帮助定位问题。此外，根据错误的性质，可能需要重新打开文件、改变文件模式、调整缓冲区设置等。

### 错误处理的范例代码

`