ГЛАВА 14. Файлы в языке Си

Файл – это набор данных, размещенный на внешнем носителе и рассматриваемый в процессе обработки как единое целое. В файлах размещаются данные, предназначенные для длительного хранения.

Различают два вида файлов: текстовые и бинарные.

Текстовые файлы представляют собой последовательность ASCII символов и могут быть просмотрены и отредактированы с помощью любого текстового редактора. Эта последовательность символов разбивается на строки символов, при этом каждая строка заканчивается двумя кодами «перевод строки», «возврат каретки»: 13 и 10 (0xD и 0xA).

Бинарные (двоичные) файлы представляют собой последовательность данных, структура которых определяется программно.

В языке Си не предусмотрены никакие заранее определенные структуры файлов. Все файлы рассматриваются компилятором как последовательность (поток байт) информации.

Для файлов определен маркер или указатель чтения-записи данных, который определяет текущую позицию доступа к файлу. Напомним, что с началом работы любой программы автоматически открываются стандартные потоки stdin и stdout.

В языке Си имеется большой набор функций для работы с файлами, большинство которых находятся в библиотеках stdio.h и io.h. При этом потоки данных, с которыми работают функции ввода-вывода данных по умолчанию, буферизированы. Это означает, что при открытии потока с ним автоматически связывается определенный участок ОП, который и называется буфером. Все операции чтения-записи ведутся через этот буфер. Его размер фиксирован специальной константой BUFSIZ, которая определена в файле stdio.h как 512 (хотя программно ее можно изменять).

Открытие файла

Каждому файлу в программе присваивается внутреннее логическое имя, используемое в дальнейшем при обращении к нему. Логическое имя (идентификатор файла) – это указатель на файл, т.е. на область памяти, где содержится вся необходимая информация о файле.

Формат объявления указателя на файл следующий:

FILE *ID_указателя_на_файл;

FILE – идентификатор структурного типа, описанный в стандартной библиотеке stdio.h и содержащий следующую информацию:

struct FILE {

short level;	– число оставшихся в буфере непрочитанных байт; обычный размер буфера – 512 байт; как только level = 0, в буфер из файла читается следующий блок данных;
unsigned flags;	– флаг статуса файла – чтение, запись, дополнение;
char fd;	– дескриптор файла, т.е. число, определяющее его номер;
unsigned char hold;	– непереданный символ, т.е. ungetc-символ;
short bsize;	– размер внутреннего промежуточного буфера;
unsigned char buffer;	– значение указателя для доступа внутри буфера; задает начало буфера, начало строки или текущее значение указателя внутри буфера в зависимости от режима буферизации;
unsigned char *curp;	– текущее значение указателя для доступа внутри буфера; задает текущую позицию в буфере для обмена с программой;
unsigned istemp;	– флаг временного файла;
short token;	– флаг при работе с файлом;

};

Прежде чем начать работать с файлом, т.е. получить возможность чтения или записи информации в файл, его нужно открыть для доступа.

Для этого обычно используется функция

FILE* fopen(char * ID_файла, char *режим);

Данная функция берет внешнее представление – физическое имя файла на носителе (дискета, винчестер) и ставит ему в соответствие логическое имя (программное имя – указатель файла).

Физическое имя, т.е. ID файла и путь к нему задается первым параметром – строкой, например, “a:Mas_dat.dat” – файл с именем Mas_dat и расширением dat, находящийся на дискете, “d:\\work\\Sved.txt” – файл с именем Sved и расширением txt, находящийся на винчестере в каталоге work.

Внимание. Обратный слеш «\», как специальный символ в строке записывается дважды.

При успешном открытии функция fopen возвращает указатель на файл (в дальнейшем – указатель файла). При ошибке возвращается NULL. Данная ситуация обычно возникает, когда неверно указывается путь к открываемому файлу, например, если указать путь, запрещенный для записи.

Второй параметр – строка, в которой задается режим доступа к файлу.

Возможные значения данного параметра следующие:

w – файл открывается для записи (write); если файла с заданным именем нет, то он будет создан; если же такой файл уже существует, то перед открытием прежняя информация уничтожается;

r – файл открывается для чтения (read); если такого файла нет, то возникает ошибка;

a – файл открывается для добавления (append) новой информации в конец;

r+ (w+) – файл открывается для редактирования данных, т.е. возможны и запись, и чтение информации;

a+ – то же, что и для a, только запись можно выполнять в любое место файла (доступно и чтение файла);

t – файл открывается в текстовом режиме;

b – файл открывается в двоичном режиме;

Последние два режима используются совместно с рассмотренными выше. Возможны следующие комбинации режимов доступа: “w+b”, “wb+”, “rw+”, “w+t”, “rt+”, а также некоторые другие комбинации.

По умолчанию файл открывается в текстовом режиме.

Текстовый режим отличается от двоичного тем, что при открытии файла как текстового пара символов «перевод строки» и «возврат каретки» заменяется на один символ «перевод строки» для всех функций записи данных в файл, а для всех функций вывода – наоборот – символ «перевод строки» заменяется на два символа – «перевод строки» и «возврат каретки».

Пример открытия файла:

FILE *f; – объявляется указатель на файл f;

f = fopen (" d:\\work\\Dat_sp.dat ", "w"); – открывается для записи файл с логическим именем f, имеющий физическое имя Dat_sp.dat и находящийся на диске d в каталоге work, или более кратко:

FILE *f = fopen ("d:\\work\\Dat_sp.dat", "w");

Закрытие файла

После работы с файлом доступ к нему необходимо закрыть с помощью функции

int fclose (указатель файла);

Например, для предыдущего примера файл закрывается так: fclose (f);

Для закрытия нескольких файлов введена функция:

void fcloseall (void);

Если требуется изменить режим доступа к открытому в настоящий момент файлу, то его необходимо сначала закрыть, а затем вновь открыть с другими правами доступа. Для этого используется функция

FILE* freopen (char *ID_файла, char *режим, FILE *указатель_файла);

которая сначала закрывает файл, заданный в третьем параметре (указатель файла), как это выполняет функция fclose, а затем выполняет действия, аналогичные функции fopen, используя указанные первый и второй параметры (открывает файл с ID_файла и правами доступа режим).

В языке Си имеется возможность работы с временными файлами, которые нужны только в процессе работы программы и должны быть удалены после выполнения некоторых вычислений. В этом случае используется функция

FILE* tmpfile (void);

которая создает на диске временный файл с правами доступа w+b. После завершения работы программы или закрытия этого (временного) файла он автоматически удаляется.

Запись-чтение информации

Все действия по чтению-записи данных в файл можно разделить на три группы:

– операции посимвольного ввода-вывода;

– операции построчного ввода-вывода;

– операции ввода-вывода по блокам.

Рассмотрим основные функции для записи-чтения данных из файлов.

Для работы с текстовыми файлами в библиотеке языка Си содержится достаточно много функций, самыми распространенными из которых являются функции

fprintf, fscanf, fgets, fputs.

Формат параметров этих функций практически такой же, как и формат рассмотренных ранее (см. разд. 5.3, 5.4) функций printf, scanf, gets и puts. Так же практически совпадают и действия этих функций. Отличие состоит в том, что printf и другие функции работают по умолчанию с экраном монитора и клавиатурой, а функции fprintf и другие – с файлом, указатель которого является одним из параметров этих функций.

Рассмотрим общий пример создания текстового файла:

#include<stdio.h>

void main(void)

{

FILE *f1;

int a=2, b=3;

if( ! (f1 = fopen(“d:\\work\\f_rez.txt”,”w+t”) ) ) { // f1 = NULL

puts(“Open File Error!”);

return; // exit(1);

}

fprintf(f1,”\t Файл результатов \n”);

fprintf(f1,” %d плюс %d = %d\n”, a, b, a+b);

fclose(f1);

}

Просмотрев содержимое файла любым текстовым редактором, можно убедиться, что данные в нем располагаются точно так, как на экране, если воспользоваться функцией printf с такими же списками параметров.

Создание текстовых результирующих файлов обычно необходимо для оформления отчетов, различных документов, а также других текстовых материалов.

Бинарные (двоичные) файлы обычно используются для организации баз данных, состоящих, как правило, из объектов структурного типа. При чтении-записи бинарных файлов удобнее всего пользоваться функциями fread и fwrite, которые выполняют ввод-вывод данных блоками.

Такой способ обмена данными требует меньше времени.

Функция

unsigned fread (void *p, unsigned size, unsigned n, FILE *f);

выполняет считывание из файла f n блоков размером size байт каждый в область памяти, адрес которой p. В случае успеха функция возвращает количество считанных блоков. При возникновении ошибки или по достижении признака окончания файла – значение EOF (End Of File – признак окончания файла).

Обратное действие выполняет функция:

unsigned fwrite (void *p, unsigned size, unsigned n, FILE *f);

при вызове которой в файл f будет записано n блоков размером size байт каждый из области памяти, начиная с адреса p.

Позиционирование в файле

Каждый открытый файл, как уже отмечалось, имеет скрытый указатель на текущую позицию в нем. При открытии файла этот указатель устанавливается на начало данных, и все операции в файле будут производиться с данными, начинающимися в этой позиции.

При каждом выполнении функции чтения или записи указатель смещается на количество прочитанных или записанных байт, т.е. устанавливается после прочитанного или записанного блока данных в файле – это последовательный доступ к данным.

В языке Си/С++ можно установить указатель на некоторую заданную позицию в файле. Для этого используют стандартную функцию fseek, которая позволяет выполнить чтение или запись данных в произвольном порядке.

Декларация функции позиционирования следующая:

int fseek(FILE *f, long size, int code);

Значение параметра size задает количество байт, на которое необходимо сместить указатель в файле f, в направлении параметра code, который может принимать следующие значения:

– смещение от начала файла –		(SEEK_SET);
– смещение от текущей позиции –		(SEEK_CUR);
– смещение от конца файла –		(SEEK_END).

Таким образом, смещение может быть как положительным, так и отрицательным, но нельзя выходить за пределы файла.

В случае успеха функция возвращает нулевое значение, а в случае ошибки (например, попытка выхода за пределы файла) – единицу.

Доступ к файлу с использованием функции позиционирования (fseek) называют произвольным доступом.

Иногда нужно определить текущее положение в файле. Для этого используют функцию со следующей декларацией:

long ftell(FILE *f);

которая возвращает значение указателя на текущую позицию в файле или –1 в случае ошибки.