Открытие и закрытие файлов
До этого при вводе-выводе данных мы работали со стандартными потоками — клавиатурой и монитором. Теперь рассмотрим, как в языке C реализовано получение данных из файлов и запись их туда. Перед тем как выполнять эти операции, надо открыть файл и получить доступ к нему.
В языке программирования C указатель на файл имеет тип FILE и его объявление выглядит так:
FILE *myfile;
С другой стороны, функция fopen() открывает файл по указанному в качестве первого аргумента адресу в режиме чтения ("r"), записи ("w") или добавления ("a") и возвращает в программу указатель на него. Поэтому процесс открытия файла и подключения его к программе выглядит примерно так:
myfile = fopen ("hello.txt", "r");
При чтении или записи данных в файл обращение к нему осуществляется посредством файлового указателя (в данном случае, myfile).
Если в силу тех или иных причин (нет файла по указанному адресу, запрещен доступ к нему) функция fopen() не может открыть файл, то она возвращает NULL. В реальных программах почти всегда обрабатывают ошибку открытия файла в ветке if , мы же далее опустим это.
Объявление функции fopen() содержится в заголовочном файле stdio.h, поэтому требуется его подключение. Также в stdio.h объявлен тип-структура FILE.
После того, как работа с файлом закончена, принято его закрывать, чтобы освободить буфер от данных и по другим причинам. Это особенно важно, если после работы с файлом программа продолжает выполняться. Разрыв связи между внешним файлом и указателем на него из программы выполняется с помощью функции fclose() . В качестве параметра ей передается указатель на файл:
fclose(myfile);
В программе может быть открыт не один файл. В таком случае каждый файл должен быть связан со своим файловым указателем. Однако если программа сначала работает с одним файлом, потом закрывает его, то указатель можно использовать для открытия второго файла.
Чтение из текстового файла и запись в него
fscanf()
Функция fscanf() аналогична по смыслу функции scanf() , но в отличии от нее осуществляет форматированный ввод из файла, а не стандартного потока ввода. Функция fscanf() принимает параметры: файловый указатель, строку формата, адреса областей памяти для записи данных:
fscanf (myfile, "%s%d", str, &a);
Возвращает количество удачно считанных данных или EOF. Пробелы, символы перехода на новую строку учитываются как разделители данных.
Допустим, у нас есть файл содержащий такое описание объектов:
Тогда, чтобы считать эти данные, мы можем написать такую программу:
В данном случае объявляется структура и массив структур. Каждая строка из файла соответствует одному элементу массива; элемент массива представляет собой структуру, содержащую строковое и два числовых поля. За одну итерацию цикл считывает одну строку. Когда встречается конец файла fscanf() возвращает значение EOF и цикл завершается.
fgets()
Функция fgets() аналогична функции gets() и осуществляет построчный ввод из файла. Один вызов fgets() позволят прочитать одну строку. При этом можно прочитать не всю строку, а лишь ее часть от начала. Параметры fgets() выглядят таким образом:
fgets ( массив_символов, количество_считываемых_символов, указатель_на_файл )
Например:
fgets (str, 50, myfile)
Такой вызов функции прочитает из файла, связанного с указателем myfile, одну строку текста полностью, если ее длина меньше 50 символов с учетом символа ‘
‘, который функция также сохранит в массиве. Последним (50-ым) элементом массива str будет символ ‘ ’, добавленный fgets() . Если строка окажется длиннее, то функция прочитает 49 символов и в конце запишет ‘ ’. В таком случае ‘
‘ в считанной строке содержаться не будет.
В этой программе в отличие от предыдущей данные считываются строка за строкой в массив arr. Когда считывается следующая строка, предыдущая теряется. Функция fgets() возвращает NULL в случае, если не может прочитать следующую строку.
getc() или fgetc()
Функция getc() или fgetc() (работает и то и другое) позволяет получить из файла очередной один символ.
Приведенный в качестве примера код выводит данные из файла на экран.
Запись в текстовый файл
Также как и ввод, вывод в файл может быть различным.
- Форматированный вывод. Функция fprintf ( файловый_указатель, строка_формата, переменные ) .
- Посточный вывод. Функция fputs ( строка, файловый_указатель ) .
- Посимвольный вывод. Функция fputc() или putc( символ, файловый_указатель ) .
Ниже приводятся примеры кода, в которых используются три способа вывода данных в файл.
Запись в каждую строку файла полей одной структуры:
Построчный вывод в файл ( fputs() , в отличие от puts() сама не помещает в конце строки ‘
‘):
Пример посимвольного вывода:
Чтение из двоичного файла и запись в него
С файлом можно работать не как с последовательностью символов, а как с последовательностью байтов. В принципе, с нетекстовыми файлами работать по-другому не возможно. Однако так можно читать и писать и в текстовые файлы. Преимущество такого способа доступа к файлу заключается в скорости чтения-записи: за одно обращение можно считать/записать существенный блок информации.
При открытии файла для двоичного доступа, вторым параметром функции fopen() является строка "rb" или "wb".
Тема о работе с двоичными файлами достаточно сложная, для ее изучения требуется отдельный урок. Здесь будут отмечены только особенности функций чтения-записи в файл, который рассматривается как поток байтов.
Функции fread() и fwrite() принимают в качестве параметров:
- адрес области памяти, куда данные записываются или откуда считываются,
- размер одного данного какого-либо типа,
- количество считываемых данных указанного размера,
- файловый указатель.
Эти функции возвращают количество успешно прочитанных или записанных данных. Т.е. можно "заказать" считывание 50 элементов данных, а получить только 10. Ошибки при этом не возникнет.
Пример использования функций fread() и fwrite() :
Здесь осуществляется попытка чтения из первого файла 50-ти символов. В n сохраняется количество реально считанных символов. Значение n может быть равно 50 или меньше. Данные помещаются в строку. То же самое происходит со вторым файлом. Далее первая строка присоединяется ко второй, и данные сбрасываются в третий файл.
Работа с текстовыми файлами
Р абота с текстовым файлом похожа работу с консолью: с помощью функций форматированного ввода мы сохраняем данные в файл, с помощью функций форматированного вывода считываем данные из файла. Есть множество нюансов, которые мы позже рассмотрим. Основные операции, которые необходимо проделать, это
- 1. Открыть файл, для того, чтобы к нему можно было обращаться. Соответственно, открывать можно для чтения, записи, чтения и записи, переписывания или записи в конец файла и т.п. Когда вы открываете файл, может также произойти куча ошибок – файла может не существовать, это может быть файл не того типа, у вас может не быть прав на работу с файлом и т.д. Всё это необходимо учитывать.
- 2. Непосредственно работа с файлом — запись и чтение. Здесь также нужно помнить, что мы работаем не с памятью с произвольным доступом, а с буферизированным потоком, что добавляет свою специфику.
- 3. Закрыть файл. Так как файл является внешним по отношению к программе ресурсом, то если его не закрыть, то он продолжит висеть в памяти, возможно, даже после закрытия программы (например, нельзя будет удалить открытый файл или внести изменения и т.п.). Кроме того, иногда необходимо не закрывать, а "переоткрывать" файл для того, чтобы, например, изменить режим доступа.
Кроме того, существует ряд задач, когда нам не нужно обращаться к содержимому файла: переименование, перемещение, копирование и т.д. К сожалению, в стандарте си нет описания функций для этих нужд. Они, безусловно, имеются для каждой из реализаций компилятора. Считывание содержимого каталога (папки, директории) – это тоже обращение к файлу, потому что папка сама по себе является файлом с метаинформацией.
Иногда необходимо выполнять некоторые вспомогательные операции: переместиться в нужное место файла, запомнить текущее положение, определить длину файла и т.д.
Для работы с файлом необходим объект FILE. Этот объект хранит идентификатор файлового потока и информацию, которая нужна, чтобы им управлять, включая указатель на его буфер, индикатор позиции в файле и индикаторы состояния.
Объект FILE сам по себе является структурой, но к его полям не должно быть доступа. Переносимая программа должна работать с файлом как с абстрактным объектом, позволяющим получить доступ до файлового потока.
Создание и выделение памяти под объект типа FILE осуществляется с помощью функции fopen или tmpfile (есть и другие, но мы остановимся только на этих).
Функция fopen открывает файл. Она получает два аргумента – строку с адресом файла и строку с режимом доступа к файлу. Имя файла может быть как абсолютным, так и относительным. fopen возвращает указатель на объект FILE, с помощью которого далее можно осуществлять доступ к файлу.
Например, откроем файл и запишем в него Hello World
Функция fopen сама выделяет память под объект, очистка проводится функцией fclose. Закрывать файл обязательно, самостоятельно он не закроется.
Функция fopen может открывать файл в текстовом или бинарном режиме. По умолчанию используется текстовый. Режим доступа может быть следующим
| Тип | Описание |
|---|---|
| r | Чтение. Файл должен существовать. |
| w | Запись нового файла. Если файл с таким именем уже существует, то его содержимое будет потеряно. |
| a | Запись в конец файла. Операции позиционирования (fseek, fsetpos, frewind) игнорируются. Файл создаётся, если не существовал. |
| r+ | Чтение и обновление. Можно как читать, так и писать. Файл должен существовать. |
| w+ | Запись и обновление. Создаётся новый файл. Если файл с таким именем уже существует, то его содержимое будет потеряно. Можно как писать, так и читать. |
| a+ | Запись в конец и обновление. Операции позиционирования работают только для чтения, для записи игнорируются. Если файл не существовал, то будет создан новый. |
Если необходимо открыть файл в бинарном режиме, то в конец строки добавляется буква b, например “rb”, “wb”, “ab”, или, для смешанного режима “ab+”, “wb+”, “ab+”. Вместо b можно добавлять букву t, тогда файл будет открываться в текстовом режиме. Это зависит от реализации. В новом стандарте си (2011) буква x означает, что функция fopen должна завершиться с ошибкой, если файл уже существует. Дополним нашу старую программу: заново откроем файл и считаем, что мы туда записали.
Вместо функции fgets можно было использовать fscanf, но нужно помнить, что она может считать строку только до первого пробела.
fscanf(file, "%127s", buffer);
Также, вместо того, чтобы открывать и закрывать файл можно воспользоваться функцией freopen, которая «переоткрывает» файл с новыми правами доступа.
Функции fprintf и fscanf отличаются от printf и scanf только тем, что принимают в качестве первого аргумента указатель на FILE, в который они будут выводить или из которого они будут читать данные. Здесь стоит сразу же добавить, что функции printf и scanf могут быть без проблем заменены функциями fprintf и fscanf. В ОС (мы рассматриваем самые распространённые и адекватные операционные системы) существует три стандартных потока: стандартный поток вывода stdout, стандартный поток ввода stdin и стандартный поток вывода ошибок stderr. Они автоматически открываются во время запуска приложения и связаны с консолью. Пример
Ошибка открытия файла
Если вызов функции fopen прошёл неудачно, то она возвратит NULL. Ошибки во время работы с файлами встречаются достаточно часто, поэтому каждый раз, когда мы окрываем файл, необходимо проверять результат работы
Проблему вызывает случай, когда открывается сразу несколько файлов: если один из них нельзя открыть, то остальные также должны быть закрыты
В простых случаях можно действовать влоб, как в предыдущем куске кода. В более сложных случаях используются методы, подменяющиее RAII из С++: обёртки, или особенности компилятора (cleanup в GCC) и т.п.
Буферизация данных
Как уже говорилось ранее, когда мы выводим данные, они сначала помещаются в буфер. Очистка буфера осуществляется
- 1) Если он заполнен
- 2) Если поток закрывается
- 3) Если мы явно указываем, что необходимо очистить буфер (здесь тоже есть исключения:)).
- 4) Также очищается, если программа завершилась удачно. Вместе с этим закрываются и все файлы. В случае ошибки выполнения этого может не произойти.
Форсировать выгрузку буфера можно с помощью вызова функции fflush(File *). Рассмотрим два примера – с очисткой и без.
Раскомментируйте вызов fflush. Во время выполнения откройте текстовый файл и посмотрите на поведение.
Буфер файла можно назначить самостоятельно, задав свой размер. Делается это при помощи функции
которая принимает уже открытый FILE и указатель на новый буфер. Размер нового буфера должен быть не меньше чем BUFSIZ (к примеру, на текущей рабочей станции BUFSIZ равен 512 байт). Если передать в качестве буфера NULL, то поток станет небуферизированным. Можно также воспользоваться функцией
которая принимает буфер произвольного размера size. Режим mode может принимать следующие значения
- _IOFBF — полная буферизация. Данные записываются в файл, когда он заполняется. На считывание, буфер считается заполненным, когда запрашивается операция ввода и буфер пуст.
- _IOLBF — линейная буферизация. Данные записываются в файл когда он заполняется, либо когда встречается символ новой строки. На считывание, буфер заполняется до символа новой строки, когда запрашивается операция ввода и буфер пуст.
- _IONBF – без буферизации. В этом случае параметры size и buffer игнорируются.
В случае удачного выполнения функция возвращает 0.
Пример: зададим свой буфер и посмотрим, как осуществляется чтение из файла. Пусть файл короткий (что-нибудь, типа Hello, World!), и считываем мы его посимвольно
Видно, что данные уже находятся в буфере. Считывание посимвольно производится уже из буфера.
Функция int feof (FILE * stream); возвращает истину, если конец файла достигнут. Функцию удобно использовать, когда необходимо пройти весь файл от начала до конца. Пусть есть файл с текстовым содержимым text.txt. Считаем посимвольно файл и выведем на экран.
Всё бы ничего, только функция feof работает неправильно. Это связано с тем, что понятие "конец файла" не определено. При использовании feof часто возникает ошибка, когда последние считанные данные выводятся два раза. Это связано с тем, что данные записывается в буфер ввода, последнее считывание происходит с ошибкой и функция возвращает старое считанное значение.
Этот пример сработает с ошибкой (скорее всего) и выведет последний символ файла два раза.
Решение – не использовать feof. Например, хранить общее количество записей или использовать тот факт, что функции fscanf и пр. обычно возвращают число верно считанных и сопоставленных значений.
Примеры
1. В одном файле записаны два числа — размерности массива. Заполним второй файл массивом случайных чисел.
2. Пользователь копирует файл, при этом сначала выбирает режим работы: файл может выводиться как на консоль, так и копироваться в новый файл.
3. Пользователь вводит данные с консоли и они записываются в файл до тех пор, пока не будет нажата клавиша esc. Проверьте программу и посмотрите. как она себя ведёт в случае, если вы вводите backspace: что выводится в файл и что выводится на консоль.
4. В файле записаны целые числа. Найти максимальное из них. Воспользуемся тем, что функция fscanf возвращает число верно прочитанных и сопоставленных объектов. Каждый раз должно возвращаться число 1.
Другое решение считывать числа, пока не дойдём до конца файла.
5. В файле записаны слова: русское слово, табуляция, английское слово, в несколько рядов. Пользователь вводит английское слово, необходимо вывести русское.
Файл с переводом выглядит примерно так
солнце sun
карандаш pen
шариковая ручка pencil
дверь door
окно windows
стул chair
кресло armchair
и сохранён в кодировке cp866 (OEM 866). При этом важно: последняя пара cлов также заканчивается переводом строки.
Алгоритм следующий — считываем строку из файла, находим в строке знак табуляции, подменяем знак табуляции нулём, копируем русское слово из буфера, копируем английское слово из буфера, проверяем на равенство.
6. Подсчитать количество строк в файле. Будем считывать файл посимвольно, считая количество символов ‘
‘ до тех пор, пока не встретим символ EOF. EOF – это спецсимвол, который указывает на то, что ввод закончен и больше нет данных для чтения. Функция возвращает отрицательное значение в случае ошибки.
ЗАМЕЧАНИЕ: EOF имеет тип int, поэтому нужно использовать int для считывания символов. Кроме того, значение EOF не определено стандартом.
Хедер fstream предоставляет функционал для считывания данных из файла и для записи в файл. В целом он очень похож на хедер iostream , который работает с консолью, поскольку консоль это тоже файл. Поэтому все основные операции такие же, за мелкими отличиями, как в предыдущей теме по iostream.
Наиболее частые операции следующее:
- Операторы перенаправления вводавывода – >
- Методы записи и чтения строк getline() и get() c put()
- Потоковая запись и чтение методами write() и read()
- Методы открытиясоздания и закрытия файлов open() и close()
- Методы проверки открыт ли файл is_open() и достигнут ли конец файла eof()
- Настройка форматированного вывода для >> с помощью width() и precision()
- Операции позиционирования tellg(), tellp() и seekg(), seekp()
Это не все возможности, которые предоставляет библиотека fstream. Рассматривать все сейчас мы не будем, поскольку их круг применения достаточно узок. Познакомимся с вышеперечисленными. Начнем с класса чтения.
Класс ifstream
Предоставляет возможности для чтения файлов. Открыть файл можно двумя способами: вызвав метод open() или указав путь к нему в конструкторе. Вам необходимо подготовить текстовый файл, перед тем, как начать набирать код. На диске d создайте папку с именем 1 и в ней создайте файл с расширением txt – “файл.txt”.
Открытие файла в конструкторе выглядит так:
Так мы просим открыть файл txt с именем файл.txt, который лежит в папке с названием 1, а папка находится на диске d.
Использование метода open() удобно, если программист не хочет сразу привязываться к файлу. Вдруг нужно свойство класса или глобальную переменную, ну а открывать файл уже потом. Если же нужно открыть файл внутри некой функции, поработать с ним и закрыть, то можно прописать путь к файлу прямо в конструкторе. В общем зависит от ситуации.
Открыв файл, желательно прописать проверку: открылся ли он? Так как есть ряд причин, по которым файл может не открыться, а мы этого не увидим. Например, файла с указанным именем нет в прописанной папке или путь указан неверно. Можно пойти двумя путями: проверить переменную файла в логическом выражении (применив оператор “!”, к примеру) или использовать метод is_open() :
Так все отработает нормально и файл откроется:
Теперь попробуйте вписать название папки не 1, а 2 ifstream file ( "d:\ color : #ff0000;">2 \файл.txt”); и снова запустите программу. Так как папки с указанным именем мы не создавали, то и файл, естественно, не может быть открыт:
Второй вариант проверки с использованием метода is_open() :
Метод is_open() вернет 1, если файл найден и успешно открыт. Иначе вернет 0 и сработает код прописанный в блоке else .
Если файл не открыт – желательно обработать ошибку. Как правило, если вся работа программы связана с файлом пишут некое сообщение в консоль, и ставят выход из программы. При серьезных ошибках принято возвращать некий код выполнения (число), который будет характеризовать ту или иную ошибку. Коды для каждого вида ошибок автор программы может придумывать свои. Один из способов обработки ошибок в программе мы рассматривали в статье Исключения в С++.
Если файл успешно открыт, из него можно производить чтение.
Оператор считывания >>
Так же как и в iostream считывание можно организовать оператором >> , который указывает в какую переменную будет произведено считывание:
Считает вещественное, целое и строку. Считывание строки закончится, если появится пробел или конец строки. Стоит отметить, что оператор >> применяется к текстовым файлам. Считывание из бинарного файла производить лучше всего с помощью метода read().
Кстати этот оператор достаточно удобен, если стоит задача разделить файл на слова:
Методы getline() и get()
Считывание целой строки до перевода каретки производится так же как и в iostream методом getline(). Причем рекомендуется использовать его переопределеную версию в виде функции, если считывается строка типа string:
Если же читать нужно в массив символов char[], то либо get() либо getline() именно как методы:
Принцип в общем тот же, что и в аналогах из iostream: Указывается в параметрах буфер (переменная, куда будет производиться чтение), или точнее указатель на блок памяти (если переменная объявлена статически: char buffer[255] к примеру, то пишется в параметры &buffer), указывается максимальное количество считываемого (в примере это n), дабы не произошло переполнение и выход за пределы буфера и по необходимости символ-разделитель, до которого будет считка (в примере это пробел). Надеюсь я не больно наступлю на хобот фанатикам Си, если сажу что эти две функции на 99% взаимозаменяемы, и на 95% могут быть заменены методом read() .
Метод read()
Похож на предыдущий пример?
Собственно тут тот же результат – считается указанное количество символов. Исключение только в том, что нельзя указать разделитель. read() применяется для неформатированного ввода. Призван в первую очередь читать бинарные файлы. Поскольку текстовый файл – частный случай бинарного, этот метод вполне применим и к текстовому файлу.
Метод close()
Закрывает файл. Даже добавить нечего. Единственная пожалуй ремарка – от того, что файл, открытый для чтения, не будет закрыт этим методом как правило хуже не станет. Очень редки ситуации, когда открытый для чтения файл портится, если завершить программу не закрывая файл. Связана эта порча прежде всего с нестандартными устройствами типа стримеров на магнитной ленте или каких нибудь потоковых хитрых промышленных контроллерах, но по феншую стоит запомнить – открытый файл должен быть закрыт. Это считается хорошим тоном.
Метод eof()
Проверяет не достигнут ли конец файла. Т.е. можно ли из него продолжать чтение. Выше пример с считкой слов оператором >> как раз использует такую проверку.
Метод seekg()
Производит установку текущей позиции в нужную, указываемую числом. В этот метод так же передается способ позиционирования:
- ios_base::end – Отсчитать новую позицию с конца файла
- ios_base::beg – Отсчитать новую позицию с начала файла (абсолютное позиционирование)
- ios_base::cur – Перескочить на n байт начиная от текущей позиции в файле (по умолчанию)
