Файловый ввод/вывод в языке Си

[править]

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 13 сентября 2010; проверки требуют 9 правок.

Язык программирования Си поддерживает множество функций стандартных библиотек для файлового ввода и вывода. Эти функции составляют основу заголовочного файла стандартной библиотеки языка Си <stdio.h>.

Функциональность ввода-вывода языка Си по текущим стандартам реализуется на низком уровне. Язык Си абстрагирует все файловые операции, превращая их в операции с потоками байтов, которые могут быть как «потоками ввода», так и «потоками вывода». В отличие от некоторых ранних языков программирования, язык Си не имеет прямой поддержки произвольного доступа к файлам данных; чтобы считать записанную информацию в середине файла, программисту приходится создавать поток,ищущий в середине файла, а затем последовательно считывать байты из потока.

Потоковая модель файлового ввода-вывода была популяризирована во многом благодаря операционной системе Unix, написанной на языке Си. Большая функциональность современных операционных систем унаследовала потоки от Unix, а многие языки семейства языков программирования Си унаследовали интерфейс файлового ввода-вывода языка Си с небольшими отличиями (например, PHP). Стандартная библиотека C++ отражает потоковую концепцию в своем синтаксисе (смотриiostream).

Содержание [показать]

[править]Открытие файла при помощи fopen

Файл открывается при помощи fopen, которая возвращает информацию потока ввода-вывода, прикрепленного к указанному файлу или другому устройству, с которого идет чтение (или в который идет запись). В случае неудачи функция возвращает нулевой указатель.

Схожая функция freopen библиотеки Си выполняет аналогичную операцию после первого закрытия любого открытого потока, связанного с ее параметрами.

Они определяются как

FILE *fopen(const char *path, const char *mode);FILE *freopen(const char *path, const char *mode, FILE *fp);

Функция fopen по сути представляет собой «обертку» более высокого уровня системного вызова open операционной системы Unix. Аналогично, fclose является оберткой системного вызова Unix close, а сама структура FILE языка Си зачастую обращается к соответствующему файловому дескриптору Unix. В POSIX-окружении функция fdopen может использоваться для инициализации структуры FILE файловым дескриптором. Тем не менее, файловые дескрипторы как исключительно Unix-концепция не представлены в стандарте языка Си.

Параметр mode (режим) для fopen и freopen должен быть строковый и начинаться с одной из следующих последовательностей:

режим	описание	начинает с..
r	rb		открывает для чтения	начала
w	wb		открывает для записи (создает файл в случае его отсутствия). Удаляет содержимое и перезаписывает файл.	начала
a	ab		открывает для добавления (создает файл в случае его отсутствия)	конца
r+	rb+	r+b	открывает для чтения и записи	начала
w+	wb+	w+b	открывает для чтения и записи. Удаляет содержимое и перезаписывает файл.	начала
a+	ab+	a+b	открывает для чтения и записи (добавляет в случае существования файла)	конца

Значение «b» зарезервировано для двоичного режима С. Стандарт языка Си описывает два вида файлов — текстовые и двоичные — хотя операционная система не требует их различать (однако, для некоторых компиляторов, например LCC, указание 'b' при работе с бинарным файлом принципиально важно!). Текстовый файл — файл, содержащий текст, разбитый на строки при помощи некоторого разделяющего символа окончания строки или последовательности (в Unix — одиночный символ перевода строки; в Microsoft Windows за символом перевода строки следует знак возврата каретки). При считывании байтов из текстового файла, символы конца строки обычно связываются (заменяются) с переводом строки для упрощения обработки. При записи текстового файла одиночный символ перевода строки перед записью связывается (заменяется) с специфичной для ОС последовательностью символов конца строки. Двоичный файл — файл, из которого байты считываются и выводятся в «сыром» виде без какого-либо связывания (подстановки).

При открытом файле в режиме обновления ('+' в качестве второго или третьего символа аргумента обозначения режима) и ввод и вывод могут выполняться в одном потоке. Тем не менее, запись не может следовать за чтением без промежуточного вызова fflush или функции позиционирования в файле (fseek, fsetpos илиrewind), а чтение не может следовать за записью без промежуточного вызова функции позиционирования в файле. [1]

Режимы записи и добавления пытаются создать файл с заданным именем, если такого файла еще не существует. Как указывалось выше, если эта операция оканчивается неудачей, fopen возвращает NULL.

[править]Закрытие потока при помощи fclose

Функция fclose принимает один аргумент: указатель на структуру FILE потока для закрытия.

int fclose(FILE *fp);

Функция возвращает нуль в случае успеха и EOF в случае неудачи. При нормальном завершении программы функция вызывается автоматически для каждого открытого файла.

[править]Чтение из потока

[править]при помощи fgetc

Функция fgetc применяется для чтения символа из потока.

int fgetc(FILE *fp);

В случае успеха, fgetc возвращает следующий байт или символ из потока (зависит от того, файл «двоичный» или «текстовый» (как выше обсуждалось). В противном случае, fgetc возвращает EOF. (Отдельный тип ошибок можно определить вызовом ferror или feof с указателем на файл.)

Стандартный макрос getc также определен в <stdio.h>, успешно работая как fgetc, кроме одного: будучи макросом, он может обрабатывать свои аргументы более одного раза.

Стандартная функция getchar также определена в <stdio.h>, она не принимает аргументов, и эквивалентна getc(stdin).

 

[править]«Ловушка» EOF

Распространенной ошибкой является использование fgetc, getc или getchar для присваивания результата переменной типа char перед сравнением его с EOF. Следующий фрагмент кода демонстрирует эту ошибку, а рядом приведен корректный вариант:

Ошибка	Правильно
char c;while ((c = getchar())!= EOF) { putchar(c);}	int c;while ((c = getchar())!= EOF) { putchar(c);}

Нужно учитывать систему, в которой тип char, длина которого составляет 8 бит (в частности, архитектура x86), представляет 256 различных значений. getchar может возвращать любой из 256 возможных символов, а также может возвращать EOF для обозначения конца файла, значение которого не может совпадать ни с одним из значений char.

Когда результат getchar присваивается переменной типа char, которая может представить лишь 256 различных значений, происходит вынужденная потеря информации — при сжатии 257 значений в 256 «мест» происходит коллизия. Значение EOF при конвертации в char становится неотличимым от любого из остальных 256 символов. Если этот символ обнаружен в файле, код, приведенный выше, может принять его за признак конца файла, или, что еще хуже, если тип char — беззнаковый, тогда с учетом того, что EOF — значение отрицательное, оно никогда не сможет стать равным любому беззнаковому char, и таким образом, пример выше не закончится на метке конца файла, а будет выполняться вечно, повторно печатая символ, получающийся при конвертации EOF в char.

В системах, где int и char одинакового размера^{[ каких? ][ источник не указан 512 дней ]}, даже «правильный» вариант будет работать некорректно из-за сходства EOF и другого символа. Правильным вариантом обработки подобной ситуации является проверка feof и ferror после того, как getchar вернет EOF. Если feof определит, что конец файла еще не достигнут, а ferror «сообщит», что ошибок нет, то EOF, возвращенный getchar может считаться текущим символом. Такие дополнительные проверки делаются редко, так как большинство программистов считает, что их код никогда не будет выполняться на подобных системах с «большим char». Другой способ состоит в использовании проверки при компиляции, что UINT_MAX > UCHAR_MAX, которая хотя бы предотвратит компиляцию на подобных системах.

[править]при помощи fgets

Функция fgets применяется для чтения строки из потока. Считывание происходит до тех пор пока не будет достигнут конец строки (hex:0D0A, эквивалентны в листингах \n) или длина строки, в которую происходит считывание. Предположим, у нас есть файл some_file.txt с текстом

палиндромы А в Енисее - синева. А лама мала. А лис, он умен - крыса сыр к нему носила. (И. Бабицкий) #include <stdio.h>#include <string.h> int main (int argc, char* argv[]) /* argc хранит количество параметров, а argv[] указатели на эти параметры. Например, если мы запустим исполняемый файл "fgets_example param1 param2", то argc будет равно 3, а argv[] = {"fgets_example", "param1", "param2"}*/ { FILE *file; char *fname = "some_file.txt"; char result_sting[20]; //Строка в 20 символов file = fopen(fname,"r"); if(file == 0) { printf("не могу открыть файл '%s'",fname); return 0; } int i=0; char *real_tail; while(fgets(result_sting,sizeof(result_sting),file)) { real_tail=""; printf("Строка %d:Длина строки - %d:",i++,strlen(result_sting)); if(result_sting[strlen(result_sting)-1] == ' \n ') //проверяем является ли последний элемент в строке символом ее окончания { real_tail=" \\ n"; result_sting[strlen(result_sting)-1]=' \0 '; }; // эта часть кода добавлена лишь для отображения символа конца строки в консоль без перевода на новую строку printf("%s%s \n ",result_sting,real_tail); } fclose(file); return 0;}

в результате выполнения мы получим

Строка 0:Длина строки - 11:палиндромы\nСтрока 1:Длина строки - 19: А в Енисее - сиСтрока 2:Длина строки - 6:нева.\nСтрока 3:Длина строки - 17: А лама мала.\nСтрока 4:Длина строки - 19: А лис, он уменСтрока 5:Длина строки - 19:- крыса сыр к немуСтрока 6:Длина строки - 19:носила. (И. БабицкиСтрока 7:Длина строки - 2:й)

Функция strlen определяет длину строки по количеству символов до '\0' так например

printf("%d",strlen("123 \0 123")); //выведет 4

[править]fwrite

В языке программирования Си функции fread и fwrite соответственно реализуют файловые операции ввода и вывода. fread и fwrite объявлены в <stdio.h>.

[править]Запись в файл при помощи fwrite

fwrite определяется как

int fwrite (const char * array, size_t size, size_t count, FILE * stream);

Функция fwrite записывает блок данных в поток. Таким образом запишется массив элементов array в текущую позицию в потоке. Для каждого элемента запишетсяsize байт. Индикатор позиции в потоке изменится на число байт, записанных успешно. Возвращаемое значение будет равно count в случае успешного завершения записи. В случае ошибки возвращаемое значение будет меньше count.

Следующая программа открывает файл пример.txt, записывает в него строку символов, а затем его закрывает.

#include <stdio.h>#include <string.h>#include <stdlib.h> int main(void){ FILE *fp; size_t count; char const *str = "привет \n "; fp = fopen("пример.txt", "wb"); if(fp == NULL) { perror("ошибка открытия пример.txt"); return EXIT_FAILURE; } count = fwrite(str, 1, strlen(str), fp); printf("Записано %lu байт. fclose(fp) %s. \n ", (unsigned long)count, fclose(fp) == 0? "успешно": "с ошибкой"); return 0;}

[править]Запись в поток при помощи fputc

Функция fputc применяется для записи символа в поток.

int fputc(int c, FILE *fp);

Параметр c «тихо» конвертируется в unsigned char перед выводом. Если прошло успешно, то fputc возвращает записанный символ. Если ошибка, то fputcвозвращает EOF.

Стандартный макрос putc также определен в <stdio.h>, работая в общем случае аналогично fputc, за исключением того момента, что будучи макросом, он может обрабатывать свои аргументы более одного раза.

Стандартная функция putchar, также определенная в <stdio.h>, принимает только первый аргумент, и является эквивалентной putc(c, stdout), где c является упомянутым аргументом.

[править]Пример использования

Нижеследующая программа на языке Си открывает двоичный файл с названием мойфайл, читает пять байт из него, а затем закрывает файл.

#include <stdio.h>#include <stdlib.h> int main(void){ char buffer[5] = {0}; /* инициализируем нулями */ int i, rc; FILE *fp = fopen("мойфайл", "rb"); if (fp == NULL) { perror("Ошибка при открытии \" мойфайл \" "); return EXIT_FAILURE; } for (i = 0; (rc = getc(fp))!= EOF && i < 5; buffer[i++] = rc); fclose(fp); if (i == 5) { puts("Прочитанные байты..."); printf("%x %x %x %x %x \n ", buffer[0], buffer[1], buffer[2], buffer[3], buffer[4]); } else fputs("Ошибка чтения файла. \n ", stderr); return EXIT_SUCCESS;}

№18

Двоичный (бинарный) файл — в широком смысле: последовательность произвольных байтов. Название связано с тем, что байты состоят из бит, то есть двоичных (англ. binary) цифр.

В узком смысле слова двоичные файлы противопоставляются текстовым файлам. При этом с точки зрения технической реализации на уровне аппаратуры, текстовые файлы являются частным случаем двоичных файлов, и, таким образом, в широком значении слова под определение «двоичный файл» подходит любой файл.

Часто двоичными файлами называют исполняемые файлы и сжатые данные, однако некорректно так ограничивать это понятие.

Листинг 5.6. Программа подсчета числа символов ‘\r’ в файле.

#include
int main(void)
{
FILE* fp = fopen("my_file.txt","w");
if(fp!= NULL)
{
fprintf(fp,"It is\nan example using\nan binary file.");
}
fclose(fp);
char ch;
int cnt = 0;
fp = fopen("my_file.txt","r");
if(fp!= NULL)
{
while((ch = getc(fp))!= EOF)
if(ch == '\r') cnt++;
}
fclose(fp);
printf("Text file: cnt = %d\n",cnt);
cnt=0;
fp = fopen("my_file.txt","rb");
if(fp!= NULL)
{
while((ch = getc(fp))!= EOF)
if(ch == '\r') cnt++;
}
fclose(fp);
printf("Binary file: cnt = %d\n",cnt);
return 0;
}

Листинг 5.7. Использование функций fwrite() и fread().

#include
void main(void)
{
FILE *stream;
char list[30];
int i, numread, numwritten;
if((stream = fopen("fread.out", "wb"))!= NULL)
{
for (i = 0; i < 25; i++)
list[i] = (char)('z' - i);
numwritten = fwrite(list, sizeof(char), 25, stream);
printf("Wrote %d items\n", numwritten);
fclose(stream);
}
else printf("Problem opening the file\n");
if((stream = fopen("fread.out", "rb"))!= NULL)
{
numread = fread(list, sizeof(char), 25, stream);
printf("Number of items read = %d\n", numread);
printf("Contents of buffer = %.25s\n", list);
fclose(stream);
}
else printf("File could not be opened\n");
}

В данном примере массив list выступает в качестве буфера для вывода и ввода информации из бинарного файла. Сначала элементы буфера инициализируются буквами латинского алфавита от z до b, а затем записываются в файл с помощью функции fwrite(list, sizeof(char), 25, stream). Здесь оператор sizeof(char) указывает размер элемента (буквы), а число 25 соответствует числу записываемых букв. Аналогичным образом осуществляется считывание информации из файла fread(list, sizeof(char), 25, stream), где в массив list помещаются 25 символов, хранящихся в файле.

Функции fwrite() и fread() удобно использовать при сохранении данных структуры в файл. Запишем пример хранения информации по двум книгам в бинарном файле.

Листинг 5.8. Пример сохранения структур в бинарном файле.

#include
#define N 2
struct tag_book
{
char name[100];
char author[100];
int year;
} books[N];

int main(void)
{
for(int i=0;i < N;i++)
{
scanf("%s",books[i].name);
scanf("%s",books[i].author);
scanf("%d",&books[i].year);
}
FILE* fp = fopen("my_file.txt","wb");
fwrite(books, sizeof(books),1,fp);
fclose(fp);

fp = fopen("my_file.txt","rb");
fread(books,sizeof(books),1,fp);
fclose(fp);
printf("------------------------------------------------\n");
for(i=0;i < N;i++)
{
puts(books[i].name);
puts(books[i].author);
printf("%d\n",books[i].year);
}
return 0;
}

Листинг 5.9. Добавление информации в файл.

#include
#define N 2
struct tag_book
{
char name[100];
char author[100];
int year;
} books[N];
int main(void)
{
for(int i=0;i < N;i++)
{
scanf("%s",books[i].name);
scanf("%s",books[i].author);
scanf("%d",&books[i].year);
}
FILE* fp = fopen("my_file.txt","wb");
fwrite(&books[0], sizeof(tag_book),1,fp);
fclose(fp);
fp = fopen("my_file.txt","ab");
fwrite(&books[1], sizeof(tag_book),1,fp);
fclose(fp);
fp = fopen("my_file.txt","rb");
fread(books,sizeof(books),1,fp);
fclose(fp);
printf("------------------------------------------------\n");
for(i=0;i < N;i++)
{
puts(books[i].name);
puts(books[i].author);
printf("%d\n",books[i].year);
}
return 0;
}

В данном примере сначала создается файл my_file.txt, в который записывается информация по первой книге. Затем открывается этот же файл в режиме добавления и записывается информация по второй книге. В результате файл my_file.txt содержит информацию по обеим книгам, что подтверждается считыванием данных из этого файла и выводом информации на экран.

Когда стандартные функции возвращают EOF, это обычно означает, что они достигли конца файла. Однако это также может означать ошибку ввода информации из файла. Для того чтобы различить эти две ситуации в языке С++ существую функции feof() и ferror(). Функция feof() возвращает значение отличное от нуля, если достигнут конец файла и нуль в противном случае. Функция ferror() возвращает ненулевое значение, если произошла ошибка чтения или записи, и нуль – в противном случае. Пример использования данных функций представлен в листинге 5.10.

№22

УРОК 13. ПЕРЕГРУЗКА ФУНКЦИЙ

При определении функций в своих программах вы должны указать тип возвращаемого функцией значения, а также количество параметров и тип каждого из них. В прошлом (если вы программировали на языке С), когда у вас была функция с именем add_values, которая работала с двумя целыми значениями, а вы хотели бы использовать подобную функцию для сложения трех целых значений, вам следовало создать функцию с другим именем. Например, вы могли бы использовать add_two_values и add_three_values. Аналогично если вы хотели использовать подобную функцию для сложения значений типа float, то вам была бы необходима еще одна функция с еще одним именем. Чтобы избежать дублирования функции, C++ позволяет вам определять несколько функций с одним и тем же именем. В процессе компиляции C++ принимает во внимание количество аргументов, используемых каждой функцией, и затем вызывает именно требуемую функцию. Предоставление компилятору выбора среди нескольких функций называется перегрузкой. В этом уроке вы научитесь использовать перегруженные функции. К концу данного урока вы освоите следующие основные концепции:

• Перегрузка функций позволяет вам использовать одно и то же имя для нескольких функций с разными типами параметров.

• Для перегрузки функций просто определите две функции с одним и тем же именем и типом возвращаемого значения, которые отличаются количеством параметров или их типом.

Перегрузка функций является особенностью языка C++, которой нет в языке С. Как вы увидите, перегрузка функций достаточно удобна и может улучшить удобочитаемость ваших программ.