Глава 10 фAйлы
Файл характеризуется именем, расширением, версией.
MS DOS: длина имени <=8 символов, длина расширения <=3 символов.
Файл: = <имя> [.<расширение>]
Proba.c
Устройство внешней памяти, строго говоря, является устройством поблочного обмена, т.е. за одно обращение к устройству производится считывание или запись фиксированной порции данных. Чаще всего минимальной порцией данных, участвующих в обмене с внешней памятью, являются блоки в 512 или 1024 байтов.
При вводе с диска (при чтении из файла) данные помещаются в буфер операционной системы, а затем побайтно или определенными порциями передаются программе пользователя.
При вводе данных в файл они накапливаются в буфере, а при заполнении буфера они записываются в виде единого блока на диск за одно обращение к последнему.
Буферы операционной системы реализуются в виде участков основной памяти. Поэтому пересылка между буферами ввода–вывода и выполняемой программой происходит достаточно быстро в отличие от реальных обменов с физическими устройствами.
Функции библиотеки ввода-вывода языка СИ, поддерживающие обмен данными с файлом на уровне потока, позволяют обрабатывать данные различных размеров и форматов, обеспечивая при этом буферизированный ввод и вывод. Таким образом,
поток – это файл вместе с предоставляемыми средствами буферизации.
Файл + средства_буферизации = поток
При работе с потоком можно производить следующие действия:
Открывать и закрывать потоки (связывать указатели на потоки с конкретными файлами).
Вводить и выводить: символ, строку, форматированные данные, порцию данных произвольной длины.
Анализировать ошибки потокового ввода–вывода и условие достижения конца потока (конца файла).
Управлять буферизацией потока и размером буфера.
Получать и устанавливать указатель (индикатор) текущей позиции в потоке.
Для того, чтобы можно было использовать функции библиотеки ввода–вывода языка СИ, в программу необходимо включить заголовочный файл stdio.h (#include<stdio.h>), который содержит прототипы функций ввода–вывода, а также описания констант, типов и структур, необходимых для работы функций обмена с потоком.
Открытие и закрытие потока
Подготовительные операции перед обменом программы с файлом:
Проверка наличия файла с данным именем при чтении.
Наличие свободного пространства на диске при создании файла.
Позиционирование файла.
При благополучном открытии файла ОС возвращает целое число, характеризующее этот поток и называемое ДЕСКРИПТОМ файла (потока).
FORTRAN READ(5,…) WRITE(6,…)
Процесс отсоединения файла от программы после окончания операций с ним называется закрытием файла. При этом освобождаются ресурсы (в основном память). С каждым потоком связан системный буфер, который для MS DOS составляет 512 байтов. Дескриптор – это тоже ресурс, поскольку их число для MS DOS ограничено 255. Также для каждого файла в памяти хранится его описание в виде структуры типа FILE, описанного в файле stdio.h.
РЕКОМЕНДАЦИЯ. Желательно закрывать файл явно по причинам:
Случайной порчи открытого файла.
Возможного повторного открытия того же файла с другим способом обработки.
При аварийном завершении программы информация, хранимая в системном буфере пропадает.
Возможность сэкономить на количестве открываемых потоков.
Прежде чем начать работать с потоком, его необходимо инициализировать, т.е. открыть. При этом поток связывается в исполняемой программе со структурой предопределенного типа FILE. Для каждого файла в памяти хранится его описание в виде структуры типа FILE. Определение структурного типа FILE находится в заголовочном файле stdio.h. В структуре FILE находятся компоненты, с помощью которых ведется работа с потоком, в частности: указатель на буфер, указатель (индикатор) текущей позиции в потоке и друга информация.
При открытии потока в программу возвращается указатель на поток, являющийся указателем на объект структурного типа FILE. Этот указатель идентифицирует поток во всех последующих операциях.
Указатель на поток, например fp, должен быть (1) объявлен в программе следующим образом:
#include <stdio.h>
FILE *fp;
Указатель на поток (2) приобретает значение в результате выполнения функцией открытия потока:
Формат:
<указатель_на_поток> = fopen (<имя_файла>, <режим_открытия>);
Параметры <имя_файла> и <режим_открытия> являются указателями на массивы символов (строки!), содержащие, соответственно, имя файла, связанного с потоком, и строку режимов открытия. Однако, эти параметры могут задаваться и непосредственно в виде строк при вызове функции открытия файла.
Например: fp = fopen ( “t.txt”, ”r” );
где t.txt –имя некоторого файла, связанного с потоком; r – обозначение одного из режимов работы с файлом (тип доступа к потоку).
Стандартный текстовый файл можно открыть в одном из следующих шести режимов:
“w” –новый текстовый (см. ниже) файл открывается для записи. Если файл уже существовал, то предыдущее содержимое стирается и файл создается заново.
“r” – существующий текстовый файл открывается только для чтения.
“a” – текстовый файл открывается (или создается, если файла нет) для добавления в него новой порции информации (добавление в конец файла). В отличие от режима “w” режим “a” позволяет открывать уже существующий файл, не уничтожая его предыдущей версии, и писать в продолжение файла.
“w+” – новый текстовый файл откравается для записи и последующих многократных исправлений. Если файл уже существует, то предыдущее содержимое стирается. Последующие после открытия файла запись и чтение из него допустимы в любом месте файла, в том числе запись разрешается и в конец файла, т.е. файл может увеличиваться (“расти”).
“r+” – существующий текстовый файл открывается как для чтения, так и для записи в любом месте файла, однако в этом режиме невозможна запись в конец файла, т.е. недупустимо увеличение размеров файла.
“a+” – текстовый файл открывается или создается (если файла нет) и становится доступным для изменений, т.е. для записи и для чтения в любом месте; при этом в отличие от режима “w+” можно открыть существующий файл и не уничтожать его содержимое; в отличие от режима “r+” в режиме “a+” можно ввести запись в конец файла, т.е. увеличивать его размер.
Поток можно открыть в текстовом или двоичном (бинарном) режиме. В текстовом режиме прочитанная из потока комбинация символов CR (значение 13) и LF (значение 10), т.е. управляющие коды операции “возврат каретки” и “перевод строки”, преобразуется в один новый символ ‘\n’ (значение 10, совпадающее с LF). При записи в поток в текстовом режиме осуществляется обратное преобразование, т.е. символ новой строки ‘\n’ (LF) заменяется последовательностью CR и LF.
Если файл, связанный с потоком, хранит не текстовую, а произвольную двоичную информацию, то указанные преобразования не нужны и могут быть даже вредными. Обмен без такого преобразования выполняется при выборе двоичного или бинарного режима, который обозначается буквой b.
Например “r+b” или “wb”. В некоторых компиляторах текстовый режим обмена обозначается буквой t, т.е. записывают “a+t” или “rt”.
Если поток открыт для изменений, т.е. в параметре режима присутствует символ “+”, то разрешены как чтение из потока так и запись в него. Однако смена режима (переход от записи к чтению и обратно) должна происходить только после установки указателя потока в нужную позицию.
При открытии потока могут возникнуть следующие ошибки:
1. Указанный файл, связанный с потоком, не найден (для режима чтения).
2. Диск заполнен или защищен от записи и т.п.
3. Необходимо также отметить, что при выполнении функции fopen() происходит выделение динамической памяти. При ее отсутствии устанавливается признак ошибки ”Not entough memory” (недостаточно памяти).
В перечисленных случаях указатель на поток приобретает значение NULL. Заметим. Что указатель на поток в любом режиме, отличном от аварийного, никогда не бывает равным NULL.
Приведем типичную последовательность операторов, которая используется при открытии файла, связанного с потоком:
if ( ( fp=fope(“t.txt”,”w”)) = = NULL ) {
perror(“ошибка при открытии файла t.txt \n”);
exit (0); }
где NULL – нулевой указатель, определенный в файле stdio.h.
Для вывода на экран дисплея сообщения об ошибке при открытии потока используется стандартная библиотечная функция perror( ), прототип которой в stdio.h имеет вид: void perror ( const char *s);
Функция perror( ) выводит строку символов, адресуемую указателем s, за которой размещаются: двоеточие, пробел и сообщение об ошибке. Содержимое и формат сообщения определяются реализацией системы программирования. Текст сообщения об ошибке выбирается функцией perror() на основании номера ошибки. Номер ошибки заносится в переменную int erno (определяется в заголовочном файле erno.h) рядом функций библиотеки языка СИ, в том числе и функциями ввода-вывода.
После того, как файл открыт, с ним можно работать, записывая в него информацию или считывая ее (в зависимости от режима).
Открытые на диске файлы рекомендуется закрывать явно. Для этого используется библиотечная функция.
int fclose (<указатель_на_поток>) ;
Открытый файл можно открыть повторно ( например, для изменения режима работы с ним) только после того, как файл будет закрыт с помощью функции fclose().
Пример:
FILE *f, *fp;
if (( f=fopen (“inp3.txt”,”rt”)) = = NULL ) {
printf(“cannot open input file.\n”);
return 1; }
fscanf ( f, ”%d”, &count );
fclose ( f );
if ( !(fp = fopen ("inp3.txt", "r") ) )
exit 0;
fscanf ( fp, ”%d”, &razruad);
fclose ( fp );
Работа с файлами на диске
Аналогичным образом, как это делается со стандартными потоками ввода–вывода, можно осуществлять работу с файлами на диске. Для этой цели в библиотеке языка СИ включены следующие функции:
fgetc( ) –ввод (чтение) одного символа из файла.
fputc( ) –запись одного символа в файл.
fprintf( ) –форматированный вывод в файл.
fscanf( ) –форматированный ввод (чтение) из файла.
fgets( ) –ввод (чтение) строки из файла. int fgets(FILE *stream);
fputs( ) –запись одной строки в файл.
1. int fgetc(FILE *stream ) –чтение одного символа из файла.
int fputc(int c, FILE *stream) – запись одного символа в файл.
Например:
void main(void)
{ FILE *stream;
char ch;
stream=fopen(“DYMMY.FIL”, “+w”);
do{ ch=fgetc(stream);
putch(ch); }
while (ch != EOF);
fclose(stream); }
Например:
#include<stdio.h>
void main(void)
{ char msg[]=“hello, world”;
int i=0;
while(msg[i])
fputc(msg[i], stdout); }
2. fprintf( ) –форматированный вывод в файл.
fscanf( ) –форматированный ввод (чтение) из файла.
Например:
#include<stdio.h>
void main(void)
{ FILE *stream;
int i=100;
float f= 1.2345;
char c=‘C’;
stream=fopen(“DYMMY.FIL”, “w+”);
fprintf(stream, “%d %c %.4f”, i, c, f);
fclose(stream); }
3. char *fgets(char *s, int n, FILE *stream) – функция чтения строки из файла.
int fputs(const char *s, FILE *stream) – функция записи строки в поток.
Например:
void main (void)
{FILE *stream;
char msg[20];
stream=fopen(“DYMMY.FIL”, “w+”);
fputs(“\nHello, WORLD”, stream);
fclose(stream);
stream=fopen(“DYMMY.FIL”, “r”);
fgets(msg, strlen(str)+1, stream);
printf(“%s”, msg);
fclose(stream); }
В качестве примера использования функций getс() и putс() рассмотрим программы ввода данных в файл с клавиатуры и программу вывода их на экран дисплея из файла.
Программа ввода читает символы с клавиатуры и записывает их в файл.
Пусть признаком завершения ввода служит поступивший от клавиатуры символ “#”.
Имя файла запрашивается у пользователя.
Если при вводе последовательности символов была нажата клавиша <Enter>, служащая разделителем строк при вводе с клавиатуры, то в файл записываются коды “возврат каретки” (CR – значение 13) и “перевод строки” (LF – значение 10). Код CR в дальнейшем при вызове вызывает перевод маркера (курсора) в начало строки экрана дисплея. Код LF служит для перевода маркера на новую строку дисплея. Значения этих кодов в тексте программы обозначены соответственно идентификаторами CR и LF, т.е. CR и LF – именованные константы. Запись управляющих кодов CR и LF в файл позволяет при последующем вызове файла на экран отделить строки друг от друга.
Пример:
/*программа записи (ввода) символов в поток (файл)*/
#include<stdio.h>
int main() {
FILE *fp; /*указатель на поток*/
char c, fname[20]; /*массив для имени файла*/
const char CR=‘\015’, /*восьмиричный код возврата каретки*/
LF=‘\012’; /*восьмеричный код перевода строки*/
/*запрос имени файла*/
puts (“Введите имя файла:\n”);
gets(fname);
/*открыть файл для записи*\
if ((fp=fopen(fname, “w”)) = = NULL) {
perror(fname);
return 1; }
/*цикл ввода и записи в файл символов*\
while ((c=getch() ) != ‘#’) {
if ( c == ‘\n’) {
fputc(CR,fp);
fputc(LF,fp); }
else { fputc(c,fp);
putc(c); } }
/* цикл ввода завершен; закрыть поток: */
fclose (fp);
return 0; }
Пример:
/*программа вывода потока (файла) на экран дисплея*/
#include<stdio.h>
int main(void) {
FILE *fp; /*указатель на поток*/
char c;
char fname[20]; /*массив для имени файла*/
/*запрос имени файла*/
puts(“введите имя файла:\n”);
gets (fname);
/*открыть файл для чтения*/
if ( (fp=fopen(fname, “r”) ) == NULL)
{ perror(fname);
return 1; }
/*цикл чтения из файла и вывода символов на экран*/
while ( (c=fgetc(fp) ) != EOF )
putchar (c);
fclose(fp); } /*закрыть файл*/
ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЙ ПРИМЕР ПО ТЕМЕ "ФАЙЛЫ"
// Дан символьный файл f.dat. Записать в файл:
// h_otr.dat все отрицательные компоненты исходного файла,
// h_por.dat компоненты исходного файла, упорядоченные по возрастанию,
// h_sum.dat сумму, произведение и сумму квадратов компонент исходного файла.
# include <stdio.h>
void main ()
{ int a[100], // массив компонент исх. файла
perest, i, j, // вспомогательные переменные
kol, // количество компонент исх. файла
sum, pr, sum_2; // Сумма, произведение и сумма квадратов
FILE *fil, *f;
// Очищаем файлы h_otr.dat, и h_por.dat, и h_sum.dat
fil = fopen("h_otr.dat", "w");
fclose(fil);
fil = fopen("h_por.dat", "w");
fclose(fil);
fil = fopen( "h_sum.dat", "w" );
fclose (fil);
// Считываем из файла f.dat только отрицательные
// компоненты и заносим их в файл h_otr.dat
if ( ( fil = fopen ( "f.dat", "r" ) ) = = NULL)
{ puts( " Ошибка " );
exit (0); }
f = fopen( "h_otr.dat", "w" );
while ( fscanf ( fil, "%d", & kol ) != EOF )
if ( kol < 0) fprintf ( f, "%d\n", kol );
fclose ( fil );
fclose ( f );
// Упорядочиваем компоненты исходного файла
// по возрастанию заносим их в файл h_por.dat
if ( (
fil = fopen ( "f.dat", "r" )
) = = NULL)
{ puts( " Ошибка ");
exit (0); }
i = 0;
while ( ( a[i] = fgetc (fil) ) != EOF)
i ++;
fclose (fil);
kol = i;
for ( i = 0; i < kol; i++ ) {
for ( j = i; j < kol – 1; j++ ) {
if ( a[j] > a[j+1] ) {
perest = a[j];
a[j] = a[j+1];
a[j+1] = perest; } } }
fil = fopen( "h_por.dat", "w" );
for ( i = 0; i < kol; i++ )
fputc ( a[i], fil);
fclose (fil);
/* Находим сумму, произведение и сумму квадратов компонент файла f.dat, заносим их в файл h_sum.dat */
f = fopen( “h_sum.dat”, “w” );
sum = sum_2 = 0; pr = 1;
fil = fopen (“f.dat”, “r” );
for(i=0; ( fscanf(f, “%d”, &a[i])!=EOF); i++ ) ;
for(i=0; i<kol; i++ ) {
sum += a[i];
pr *= a[i];
sum_2 += a[i]*a[i]; }
fprintf(fil, “sum = %d \t pr = %d \t sum_2 = %d \n”, sum, pr, sum_2);
fclose (fil); }