Файл: Ввод и вывод в языке С.pdf

Введение

Приложению, написанному на любом языке программирования, необходимо взаимодействовать с пользователем и окружающим миром. Иначе пользы от такого приложения может и не быть. Как правило, такое взаимодействие осуществляется посредством ввода-вывода информации на терминал или в файл.

Стоит, конечно, отметить, что есть множество программ, которые не используют файловый или консольный ввод-вывод: это программы, осуществляющие низкоуровневое взаимодействие с аппаратной частью компьютера и периферией (ядро ОС, драйверы и пр.).

В стандартном C++ существует два основных пути ввода-вывода информации:

• посредством традиционной системы ввода-вывода, унаследованной от языка C;
• с помощью потоков, реализованных в STL (Standard Template Library).

Однако при ближнем рассмотрении оказывается, что и потоки, и традиционная система ввода-вывода для осуществления необходимых действий используют вызовы операционной системы.

1. Ввод и вывод в языке С

Ввод/вывод в языке С осуществляется с помощью функций из стандартных библиотек. Чтобы ими пользоваться, в программу надо включить соответствующие h-файлы: stdio.h, stdlib.h, conio.h и др. Главная библиотека, в которой содержатся основные функции ввода/вывода, в том числе и обеспечивающие стандартный ввод/вывод, – stdio.h.

1.1 Ввод/вывод файлов

Чтобы работать с файлом, его сначала следует открыть: связать со специальной структурой с именем FILE, которая описана в библиотеке stdio.h и в которой задаются характеристики файла (размер буфера ввода/вывода, состояние файла, последняя прочитанная запись и т. п.). Связь эта выполняется с помощью функции fopen(), которая тоже входит в библиотеку stdio.h и возвращает указатель на структуру FILE. Поэтому в программе, прежде всего, следует задать указатель на структуру FILE, а затем записать оператор открытия файла:

FILE *fp;

fp = fopen(<имя файла>, <способ открытия файла> );

Функция fopen() имеет два параметра: имя открываемого файла и способ открытия файла. Способ открытия файла определяет, как пользователь будет работать с файлом: читать его, писать в него данные или делать что-то еще. Способы открытия файла и их коды могут быть следующие:

• r – файл открывается только для чтения данных из него;
• w – файл открывается только для записи в него (если файл не существует, он создается автоматически и открывается для записи);
• a – файл открывается для дозаписи данных в конец файла (если файл не существует, он создается для записи);
• r+ – существующий файл открывается для обновления: можно и читать из файла, и записывать в него данные;
• w+ – создается новый файл для обновления: можно и читать, и записывать в него данные;
• a+ – файл открывается для дозаписи данных в конец файла (если файл не существует, он создается автоматически и открывается для записи).

---

Если по какой-либо причине открытия файла не произошло (например, в режиме r+ задано имя несуществующего файла), то функция fopen() возвращает значение NULL. Поэтому при открытии файла следует осуществлять проверку:

if((fp = fopen(name, mode)) == NULL)

{ операторы обработки ошибки открытия }

{ остальные операторы программы }

После того как программа с данным файлом отработала, следует "отвязать" структуру FILE от файла или, как говорят, закрыть файл. Это осуществляет функция fclose(fp). Она не только разрывает связь структуры с файлом, но и записывает в память оставшееся содержимое буфера ввода/вывода, через который и организуется ввод/вывод. Только после закрытия файла с ним можно выполнять какие-либо действия, т. к. он "свободен", "не привязан". Например, его можно удалить или заново открыть в другом режиме открытия и т.д.

После того как файл открыт, то для чтения или записи данных используют специальные функции.

1. Функция fputc()

Формат функции: fputc(c, fp);

Функция выводит символ в файл: с – выводимый символ, fp – указатель на файл.

1. Функция fputs()

Формат функции: fputs(s, fp);

Функция выводит строку в файл: s – выводимая строка, fp – указатель на файл.

1. Функция fgetc()

Формат функции: char c = fgetc(fp);

Читает один символ из файла с указателем fp. В случае ошибки или достижения конца файла возвращает EOF.

1. Функция fgets()

Формат функции: fgets(s, maxline, fp);

Читает строку в s, где s – массив символов или указатель типа char (предварительно должна быть выделена память для чтения с использованием указа- теля), maxline – максимальное число символов, которое требуется читать из файла с указателем fp. В случае ошибки или достижения конца файла возвращает NULL.

1. Функция fread()

Формат функции: fread(buf, m, n, fp);

Эта функция читает из файла c указателем fp первые n элементов данных, каждый из которых имеет длину m байт. Чтение происходит в буфер, на который указывает указатель buf, например, char buf[50] или char *buf (но в последнем случае предварительно надо выделить память для буфера). Общее количество байт чтения составит (n*m). Функция возвращает количество прочитанных элементов, а по достижении конца файла или возникновении ошибки чтения возвращает NULL.

1. Функция fwrite()

Формат функции: fwrite(ptr, m, n, fp);

Функция добавляет n элементов в файл с указателем fp, каждый элемент длиной в m байт. Данные записываются из буфера, на который указывает указатель ptr (этот указатель указывает на некоторый объект, например, на структуру). Общее количество записанных байтов равно (n * m). В случае ошибки записи функция возвращает ноль, в противном случае — количество записанных элементов.

---

1. Функция fseek()

Формат функции: fseek(fp, n, m);

Эта функция устанавливает указатель в файле fp в позицию, отстоящую на n байт от текущей, а направление перемещения (вперед или назад) определяется параметром m, который может быть задан одним из трех значений: 0, 1, 2 или одной из трех символических констант, определенных в файле stdio.h:

• SEEK_SET = 0 – к началу файла;
• SEEK_CUR = 1 – указатель на текущую позицию в файле;
• SEEK_END = 2 — к концу файла.

Функция fseek() используется для ввода/вывода потоком. Для работы не с потоковыми данными следует использовать функцию lseek(). После функции fseek() можно выполнять операции обновления в файлах, открытых для обновления. При удачном завершении работы fseek() возвращает ноль, в противном случае функция возвращает код ошибки. Тогда глобальная переменная errno принимает одно из следующих значений:

• EBADF — неверный указатель файла;
• EINVAL — неверный аргумент функции;
• ESPIPE — поиск на устройстве запрещен.

1. Функция ftell()

Формат функции: long int i = ftell(fp);

Возвращает текущее значение указателя файла fp (т. е. номер текущей позиции) в виде значения типа long int. Отсчет идет в байтах от начала файла. Возвращаемое значение может быть использовано затем в функции fseek(). Если обнаружены ошибки, функция возвращает значение -1L и присваивает глобальной переменной errno положительное значение.

1. Функция fscanf()

Формат функции: fscanf(fp, Control, arg1, arg2, ... , argn);

Функция читает данные из файла c указателем fp, преобразует их по форматам, записанным в управляющей строке Control, и отформатированные данные записывает в аргументы arg1, ... , argn.

1. Функция fprintf()

Формат функции: fprinf(fp, Control, arg1, arg2, ... , argn);

Выводит данные в файл c указателем fp, преобразует аргументы arg1, ... , argn к форматам, которые записаны в управляющей строке Control, и отформатированные данные записывает в файл.

1. Функция rewind()

Формат функции: rewind(fp);

Устанавливает указатель позиционирования в файле с указателем fp на начало потока. Вызов функции rewind(fp) эквивалентен вызову функции fseek(fp, 0L, SEEK_SET) за исключением того, что rewind() сбрасывает индикатор конца файла и индикаторы ошибок, а fseek() сбрасывает только индикатор конца файла. После функции rewind() можно выполнять операции обновления для файлов, открытых для обновления. Функция не возвращает никакого значения.

1. Функция remove()

Формат функции: remove(FILENameString);

Функция удаляет файл с именем FILENameString. Перед удалением файл должен быть закрыт. Строка FILENameString должна содержать полный путь к файлу. При нормальном завершении задачи функция возвращает ноль, а в случае ошибки – 1. При этом глобальная переменная errno принимает следующие значения:

---

• EACCES — запрещено удалять;
• ENOENT — нет такого файла или директории.

1. Функция FILElength()

Формат функции: long FILElength(fp);

Функция возвращает длину файла с указателем fp в байтах. Для работы функции требуется подключить файл io.h. В случае ошибки функция возвращает −1, и глобальная переменная errno принимает значение EBADF – неверный указатель файла.

1. Функция ferror()

Формат функции: ferror(fp);

Функция тестирует поток на ошибки чтения-записи. Если индикатор ошибки устанавливается, то он остается в таком положении, пока не будут вызваны функции clearerr() или rewind(), или до того момента, пока поток не закроется. Если в файле была обнаружена ошибка, то функция ferror() возвращает ненулевое значение.

1. Функция freopen()

Формат функции: FILE *freopen(const char *FILEname, const char *mode, FILE *stream);

Функция подставляет файл, заданный в первом параметре, вместо уже открытого потока. Она закрывает поток независимо от того, открыт ли он. Эта функция полезна для замены файла, связанного со стандартными устройствами ввода/вывода stdin, stdout или stderr. Способы открытия файла аналогичны функции fopen(). При успешном завершении функция возвращает указатель типа FILE (как и функция fopen()), при неуспешном — NULL.

1. Функция feof()

Формат функции: feof(fp);

Обнаруживает конец файла с указателем fp: тестирует поток на возникновение индикатора конца файла (который наступает после прочтения последней записи). Как только индикатор установлен, операции чтения файла возвращают индикатор до тех пор, пока не выполнена функция rewind() – "перемотка" в начало файла, или пока файл не будет закрыт. Индикатор конца файла переустанавливается с каждой операцией ввода. Функция возвращает ненулевую величину, если индикатор конца файла был обнаружен при последней операции чтения, в противном случае – ноль.

1. Функция ferror()

Формат функции: ferror(FILE *fp);

Функция выдает ненулевое значение, если операция с файловым потоком завершается с ошибкой (например, возникает ошибка чтения файла). Для обработки ошибок ввода/вывода следует записать эту функцию перед блоком работы с файлом в виде:

if (ferror(fp)) { команды обработки ошибок ввода/вывода }

Как только произойдет ошибка, выполнится эта функция, и начнут работать команды обработки ошибок.

1. Функция exit()

Формат функции: exit(int status);

Эта функция используется для срочного завершения работы программы при обработке ошибок открытия файла, а также для прерывания работы программы по каким-либо причинам. Перед завершением все файлы закрываются, остатки данных, находящиеся в буфере вывода, записываются в память и вызываются функции обработки ошибок, предварительно зарегистрированные специальной функцией atexit().

---

1.2 Стандартный ввод/вывод

При запуске любой программы автоматически открываются сразу три файла:

• файл стандартного ввода. Его указатель называется stdin;
• файл стандартного вывода. Его указатель называется stdout;
• файл стандартного вывода ошибок. Его указатель называется stderr.

При работе с файлами мы можем использовать эти указатели, чтобы направлять данные в стандартные потоки, в которых по умолчанию ввод идет с клавиатуры, а вывод — на экран. Например, чтобы ввести строку с клавиатуры, можно применить функцию fgets() в виде: fgets(s, maxline, stdin); а для вывода строки на экран — функцию fputs()в виде: fputs(s, stdout); Из приведенного ранее перечня функций, обслуживающих ввод/вывод, можно увидеть, что существуют функции getc(fp), putc(c,fp), которые соответственно вводят один символ из файла с указателем fp и пишут один символ в файл с указателем fp. Если вместо указателя fp, который имеет тип FILE, в эти функции поместить указатели стандартного потока, то они станут соответственно вводить один символ с клавиатуры и выводить его на экран.

В языке С стандартный ввод можно перенаправлять на ввод из файла: если некоторая программа с именем p1.exe использует функцию getchar(), то с помощью выполнения командной строки:

p1.exe < anyFILE1

получим ввод не с клавиатуры, а из файла anyFILE1. Командную строку в С можно выполнить с помощью системной функции system() в виде:

system("P1.EXE < ANYFILE1");

причем символы должны быть в верхнем регистре, т.к. выполняется команда DOS. Точно так же, как и для ввода, можно перенаправить стандартный вывод в файл. Если имеем программу p2.exe, которая использует стандартный вывод, то с помощью выполнения командной строки:

p2.exe > anyFILE2

получим вывод в файл anyFILE2.

Рассмотрим основные функции стандартного ввода/вывода языка C.

1. Функция getchar()

Формат функции: getchar();

Функция вводит с клавиатуры один символ и возвращает его. Обращаться к этой функции можно так:

char c; // или int c;

c = getchar();

1. Функция putchar()

Формат функции: putchar(c);

Выводит значение переменной с (один символ) на стандартное выводное устройство.

1. Функция printf()

Формат функции: printf(Control, arg1, arg2, ... , argn);

Это функция форматного вывода. Выводит на экран содержимое arg1, arg2, ... , argn и возвращает количество выводимых байт. Control – управляющая символьная строка, в которой находятся форматы вывода на экран для соответствующих аргументов arg1, arg2, ... , argn, т. е. первый формат – для вывода arg1, второй — для arg2 и т. д. Все символы, находящиеся между форматами, выводятся один к одному, т. е. не форматируются. Это дает возможность вывода дополнительного текста для улучшения читаемости результата вывода. Форматы вывода задаются так: любой формат начинается с символа '%' и заканчивается одним из символов форматирования:

---