Технология программирования на Си: представление матриц, работа с файлами и с текстами

Работа с файлами

Стандартная библиотека Си содержит набор функций для работы с файлами. Эти функции описаны в стандарте ANSI. Отметим, что файловый ввод-вывод не является частью языка Си, и ANSI-функции - не единственное средство ввода-вывода. Так, в операционной системе Unix более популярен другой набор функций ввода-вывода, который можно использовать не только для работы с файлами, но и для обмена по сети. В C++ часто используются библиотеки классов для ввода-вывода. Тем не менее, функции ANSI-библиотеки поддерживаются всеми Си-компиляторами, и потому программы, применяющие их, легко переносятся с одной платформы на другую. Прототипы функций ввода-вывода и используемые для этого типы данных описаны в стандартном заголовочном файле "stdio.h.

Открытие файла: функция fopen

Для доступа к файлу применяется тип данных FILE. Это структурный тип, имя которого задано с помощью оператора typedef в стандартном заголовочном файле "stdio.h". Программисту не нужно знать, как устроена структура типа файл: ее устройство может быть системно зависимым, поэтому в целях переносимости программ обращаться явно к полям струтуры FILE запрещено. Тип данных "указатель на структуру FILE используется в программах как черный ящик: функция открытия файла возвращает этот указатель в случае успеха, и в дальнейшем все файловые функции применяют его для доступа к файлу.

Прототип функции открытия файла выглядит следующим образом:

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

Здесь path - путь к файлу (например, имя файла или абсолютный путь к файлу), mode - режим открытия файла. Строка mode может содержать несколько букв. Буква " r " (от слова read) означает, что файл открывается для чтения (файл должен существовать). Буква " w " (от слова write) означает запись в файл, при этом старое содержимое файла теряется, а в случае отсутствия файла он создается. Буква " a " (от слова append) означает запись в конец существующего файла или создание нового файла, если файл не существует.

В некоторых операционных системах имеются различия в работе с текстовыми и бинарными файлами (к таким системам относятся MS DOS и MS Windows; в системе Unix различий между текстовыми и бинарными файлами нет). В таких системах при открытии бинарного файла к строке mode следует добавлять букву " b " (от слова binary), а при открытии текстового файла -- букву " t " (от слова text). Кроме того, при открытии можно разрешить выполнять как операции чтения, так и записи; для этого используется символ + (плюс). Порядок букв в строке mode следующий: сначала идет одна из букв " r ", " w ", " a ", затем в произвольном порядке могут идти символы " b ", " t ", " + ". Буквы " b " и " t " можно использовать, даже если в операционной системе нет различий между бинарными и текстовыми файлами, в этом случае они просто игнорируются.

Значения символов в строке mode сведены в следующую таблицу:

Несколько примеров открытия файлов:

FILE *f, *g, *h;
. . .
// 1. Открыть текстовый файл "abcd.txt" для чтения
f = fopen("abcd.txt", "rt");

// 2. Открыть бинарный файл "c:\Windows\Temp\tmp.dat"
// для чтения и записи
g = fopen("c:/Windows/Temp/tmp.dat", "wb+");

// 3. Открыть текстовый файл "c:\Windows\Temp\abcd.log"
// для дописывания в конец файла
h = fopen("c:\\Windows\\Temp\\abcd.log", "at");

Обратите внимание, что во втором случае мы используем обычную косую черту / для разделения директорий, хотя в системах MS DOS и MS Windows для этого принято использовать обратную косую черту \. Дело в том, что в операционной системе Unix и в языке Си, который является для нее родным, символ \ используется в качестве экранирующего символа, т.е. для защиты следующего за ним символа от интерпретации как специального. Поэтому во всех строковых константах Си обратную косую черту надо повторять дважды, как это и сделано в третьем примере. Впрочем, стандартная библиотека Си позволяет в именах файлов использовать нормальную косую черту вместо обратной; эта возможность была использована во втором примере.

В случае удачи функция fopen открытия файла возвращает ненулевой указатель на структуру типа FILE, описывающую параметры открытого файла. Этот указатель надо затем использовать во всех файловых операциях. В случае неудачи (например, при попытке открыть на чтение несуществующий файл) возвращается нулевой указатель. При этом глобальная системная переменная errno, описанная в стандартном заголовочном файле "errno.h, содержит численный код ошибки. В случае неудачи при открытии файла этот код можно распечатать, чтобы получить дополнительную информацию:

#include <stdio.h>
#include <errno.h>
. . .

FILE *f = fopen("filnam.txt", "rt");
if (f == NULL) {
    printf(
        "Ошибка открытия файла с кодом %d\n",
        errno
    );
    . . .
}

Константа NULL

В приведенном выше примере при открытии файла функция fopen в случае ошибки возвращает нулевой указатель на структуру FILE. Чтобы проверить, произошла ли ошибка, следует сравнить возвращенное значение с нулевым указателем. Для наглядности стандартный заголовочный файл "stdio.h" определяет символическую константу NULL как нулевой указатель на тип void:

#define NULL ((void *) 0)

Сделано это вроде бы с благой целью: чтобы отличить число ноль от нулевого указателя. При этом язык Си, в котором контроль ошибок осуществляется недостаточно строго, позволяет сравнивать указатель общего типа void * с любым другим указателем. Между тем,в Си вместо константы NULL всегда можно использовать просто 0, и вряд ли от этого программа становится менее понятной. Более строгий язык C++ запрещает сравнение разных указателей, поэтому в случае C++ стандартный заголовочный файл определяет константу NULL как обычный ноль:

#define NULL 0

Автор языка C++ Б. Страуструп советует использовать обычный ноль 0 вместо символического обозначения NULL. Тем не менее, по традиции большинство программистов любят константу NULL.

Константа NULL не является частью языка Си или C++, и без подключения одного из стандартных заголовочных файлов, в котором она определяется, использовать ее нельзя. (По этой причине авторы языка Java добавили в язык ключевое слово null, записываемое строчными буквами.) Так что в случае Си или C++ безопаснее следовать совету Б. Страуструпа и использовать обычный ноль 0 вместо символической константы NULL.

Диагностика ошибок: функция perror

Использовать переменную errno для печати кода ошибки не очень удобно, поскольку необходимо иметь под рукой таблицу возможных кодов ошибок и их значений. В стандартной библиотеке Си существует более удобная функция perror, которая печатает системное сообщение о последней ошибке вместо ее кода. Печать производится на английском языке, но есть возможность добавить к системному сообщению любой текст, который указывается в качестве единственного аргумента функции perror. Например, предыдущий фрагмент переписывается следующим образом:

#include <stdio.h>
. . .

FILE *f = fopen("filnam.txt", "rt");
if (f == 0) {
    perror("Не могу открыть файл на чтение");
    . . .
}

Функция perror печатает сначала пользовательское сообщение об ошибке, затем после двоеточия системное сообщение. Например, при выполнении приведенного фрагмента в случае ошибки из-за отсутствия файла будет напечатано

Не могу открыть файл на чтение: No such file or directory

Функции бинарного чтения и записи fread и fwrite

После того как файл открыт, можно читать информацию из файла или записывать информацию в файл. Рассмотрим сначала функции бинарного чтения и записи fread и fwrite. Они называются бинарными потому, что не выполняют никакого преобразования информации при вводе или выводе (с одним небольшим исключением при работе с текстовыми файлами, которое будет рассмотрено ниже): информация хранится в файле как последовательность байтов ровно в том виде, в котором она хранится в памяти компьютера.

Функция чтения fread имеет следующий прототип:

size_t fread(
    char *buffer,    // Массив для чтения данных
    size_t elemSize, // Размер одного элемента
    size_t numElems, // Число элементов для чтения
    FILE *f          // Указатель на структуру FILE
);

Здесь size_t определен как беззнаковый целый тип в системных заголовочных файлах. Функция пытается прочесть numElems элементов из файла, который задается указателем f на структуру FILE, размер каждого элемента равен elemSize. Функция возвращает реальное число прочитанных элементов, которое может быть меньше, чем numElems, в случае конца файла или ошибки чтения. Указатель f должен быть возвращен функцией fopen в результате успешного открытия файла. Пример использования функции fread:

FILE *f;
double buff[100];
size_t res;

f = fopen("tmp.dat", "rb"); // Открываем файл
if (f == 0) { // При ошибке открытия файла
    // Напечатать сообщение об ошибке
    perror("Не могу открыть файл для чтения");
    exit(1);  // завершить работу с кодом 1
}

// Пытаемся прочесть 100 вещественных чисел из файла
res = fread(buff, sizeof(double), 100, f);
// res равно реальному количеству прочитанных чисел

В этом примере файл " tmp.dat " открывается на чтение как бинарный, из него читается 100 вещественных чисел размером 8 байт каждое. Функция fread возвращает реальное количество прочитанных чисел, которое меньше или равно, чем 100.

Функция fread читает информацию в виде потока байтов и в неизменном виде помещает ее в память. Следует различать текстовое представление чисел и их бинарное представление! В приведенном выше примере числа в файле должны быть записаны в бинарном виде, а не в виде текста. Для текстового ввода чисел надо использовать функции ввода по формату, которые будут рассмотрены ниже.

Внимание! Открытие файла как текстового с помощью функции fopen, например,

FILE *f = fopen("tmp.dat", "rt");

вовсе не означает, что числа при вводе с помощью функции fopen будут преобразовываться из текстовой формы в бинарную! Из этого следует только то, что в операционных системах, в которых строки текстовых файлов разделяются парами символами " \r\n " (они имеют названия CR и LF - возврат каретки и продергивание бумаги, Carriage Return и Line Feed), при вводе такие пары символов заменяются на один символ " \n " (продергивание бумаги). Обратно, при выводе символ " \n " заменяется на пару " \r\n ". Такими операционными системами являются MS DOS и MS Windows. В системе Unix строки разделяются одним символом " \n " (отсюда проистекает обозначение " \n ", которое расшифровывается как new line). Таким образом, внутреннее представление текста всегда соответствует системе Unix, а внешнее - реально используемой операционной системе. Отметим также, что создатели операционной системы компьютеров Apple Macintosh выбрали, чтобы жизнь не казалась скучной, третий, отличный от двух предыдущих, вариант: текстовые строки разделяются одним символом " \r " возврат каретки!

Такое представление текстовых файлов восходит к тем уже далеким временам, когда еще не было компьютерных мониторов и для просмотра текста использовались электрифицированные пишущие машинки или посимвольные принтеры. Текстовый файл фактически представлял собой программу печати на пишущей машинке и, таким образом, содержал команды возврата каретки и продергивания бумаги в конце каждой строки.

Функция бинарной записи в файл fwrite аналогична функции чтения fread. Она имеет следующий прототип:

size_t fwrite(
    char *buffer,    // Массив записываемых данных
    size_t elemSize, // Размер одного элемента
    size_t numElems, // Число записываемых элементов
    FILE *f          // Указатель на структуру FILE
);

Функция возвращает число реально записанных элементов, которое может быть меньше, чем numElems, если при записи произошла ошибка - например, не хватило свободного пространства на диске. Пример использования функции fwrite:

FILE *f;
double buff[100];
size_t num;
. . .

f = fopen("tmp.res", "wb"); // Открываем файл "tmp.res"
if (f == 0) { // При ошибке открытия файла
    // Напечатать сообщение об ошибке
    perror("Не могу открыть файл для записи");
    exit(1);  // завершить работу программы с кодом 1
}

// Записываем 100 вещественных чисел в файл
num = fwrite(buff, sizeof(double), 100, f);
// В случае успеха num == 100

Закрытие файла: функция fclose

По окончании работы с файлом его надо обязательно закрыть. Система обычно запрещает полный доступ к файлу до тех пор, пока он не закрыт. (Например, в нормальном режиме система запрещает одновременную запись в файл для двух разных программ.) Кроме того, информация реально записывается полностью в файл лишь в момент его закрытия. До этого она может содержаться в оперативной памяти (в так называемой файловой кеш-памяти), что при выполнении многочисленных операций записи и чтения значительно ускоряет работу программы.

Для закрытия файла используется функция fclose с прототипом

int fclose(FILE *f);

В случае успеха функция fclose возвращает ноль, при ошибке -- отрицательное значение (точнее, константу конец файла EOF, определенную в системных заголовочных файлах как минус единица). При ошибке можно воспользоваться функцией perror, чтобы напечатать причину ошибки. Отметим, что ошибка при закрытии файла - явление очень редкое (чего не скажешь в отношении открытия файла), так что анализировать значение, возвращаемое функцией fclose, в общем-то, не обязательно. Пример использования функции fclose:

FILE *f;

f = fopen("tmp.res", "wb"); // Открываем файл "tmp.res"
if (f == 0) { // При ошибке открытия файла
    // Напечатать сообщение об ошибке
    perror("Не могу открыть файл для записи");
    exit(1);  // завершить работу программы с кодом 1
}

. . .

// Закрываем файл
if (fclose(f) < 0) {
    // Напечатать сообщение об ошибке
    perror("Ошибка при закрытии файла");
}

Пример: подсчет числа символов и строк в текстовом файле

В качестве содержательного примера использования рассмотренных выше функций файлового ввода приведем программу, которая подсчитывает число символов и строк в текстовом файле. Программа сначала вводит имя файла с клавиатуры. Для этого используется функция scanf ввода по формату из входного потока, для ввода строки применяется формат " %s. Затем файл открывается на чтение как бинарный (это означает, что при чтении не будет происходить никакого преобразования разделителей строк). Используя в цикле функцию чтения fread, мы считываем содержимое файла порциями по 512 байтов, каждый раз увеличивая суммарное число прочитанных символов. После чтения очередной порции сканируется массив прочитанных символов и подсчитывается число символов " \n " продергивания бумаги, которые записаны в концах строк текстовых файлов как в системе Unix, так и в MS DOS или MS Windows. В конце закрывается файл и печатается результат.

//
// Файл "wc.cpp"
// Подсчет числа символов и строк в текстовом файле
//
#include <stdio.h>  // Описания функций ввода-вывода
#include <stdlib.h> // Описание функции exit

int main() {
    char fileName[256]; // Путь к файлу
    FILE *f;            // Структура, описывающая файл
    char buff[512];     // Массив для ввода символов
    size_t num;         // Число прочитанных символов
    int numChars = 0;   // Суммарное число символов := 0
    int numLines = 0;   // Суммарное число строк := 0
    int i;              // Переменная цикла

    printf("Введите имя файла: ");
    scanf("%s", fileName);

    f = fopen(fileName, "rb"); // Открываем файл на чтение
    if (f == 0) { // При ошибке открытия файла
        // Напечатать сообщение об ошибке
        perror("Не могу открыть файл для чтения");
        exit(1);  // закончить работу программы с кодом 1
                  // ошибочного завершения
    }

    while ((num = fread(buff, 1, 512, f)) > 0) { // Читаем
        // блок из 512 символов. num -- число реально
        // прочитанных символов. Цикл продолжается, пока
        // num > 0

        numChars += num; // Увеличиваем число символов

        // Подсчитываем число символов перевода строки
        for (i = 0; i < num; ++i) {
            if (buff[i] == '\n') {
                ++numLines; // Увеличиваем число строк
            }
        }
    }

    fclose(f);

    // Печатаем результат
    printf("Число символов в файле = %d\n", numChars);
    printf("Число строк в файле = %d\n", numLines);

    return 0; // Возвращаем код успешного завершения
}

Пример выполнения программы: она применяется к собственному тексту, записанному в файле "wc.cpp.

Введите имя файла: wc.cpp
Число символов в файле = 1635
Число строк в файле = 50

Форматный ввод-вывод: функции fscanf и fprintf

В отличие от функции бинарного ввода fread, которая вводит байты из файла без всякого преобразования непосредственно в память компьютера, функция форматного ввода fscanf предназначена для ввода информации с преобразованием ее из текстового представления в бинарное. Пусть информация записана в текстовом файле в привычном для человека виде (т.е. так, что ее можно прочитать или ввести в файл, используя текстовый редактор). Функция fscanf читает информацию из текстового файла и преобразует ее во внутреннее представление данных в памяти компьютера. Информация о количестве читаемых элементов, их типах и особенностях представления задается с помощью формата. В случае функции ввода формат - это строка, содержащая описания одного или нескольких вводимых элементов. Форматы, используемые функцией fscanf, аналогичны применяемым функцией scanf, они уже неоднократно рассматривались (см. раздел 3.5.4). Каждый элемент формата начинается с символа процента " % ". Наиболее часто используемые при вводе форматы приведены в таблице:

Прототип функции fscanf выглядит следующим образом:

int fscanf(FILE *f, const char *format, ...);

Многоточие здесь означает, что функция имеет переменное число аргументов, большее двух, и что количество и типы аргументов, начиная с третьего, произвольны. На самом деле, фактические аргументы, начиная с третьего, должны быть указателями на вводимые переменные. Несколько примеров использования функции fscanf:

int n, m; double a; char c; char str[256];
    FILE *f;
    . . .
    fscanf(f, "%d", &n);  // Ввод целого числа
    fscanf(f, "%lf", &a); // Ввод вещественного числа
    fscanf(f, "%c", &c);  // Ввод одного символа
    fscanf(f, "%s", str); // Ввод строки (выделяется очередное
                          // слово из входного потока)
    fscanf(f, "%d%d", &n, &m); // Ввод двух целых чисел

Функция fscanf возвращает число успешно введенных элементов. Таким образом, возвращаемое значение всегда меньше или равно количеству процентов внутри форматной строки (которое равно числу фактических аргументов минус 2).

Функция fprintf используется для форматного вывода в файл. Данные при выводе преобразуются в их текстовое представление в соответствии с форматной строкой. Ее отличие от форматной строки, используемой в функции ввода fscanf, заключается в том, что она может содержать не только форматы для преобразования данных, но и обычные символы, которые записываются без преобразования в файл. Форматы, как и в случае функции fscanf, начинаются с символа процента " % ". Они аналогичны форматам, используемым функцией fscanf. Небольшое отличие заключается в том, что форматы функции fprintf позволяют также управлять представлением данных, например, указывать количество позиций, отводимых под запись числа, или количество цифр после десятичной точки при выводе вещественного числа. Некоторые типичные примеры форматов для вывода приведены в следующей таблице:

Прототип функции fprintf выглядит следующим образом:

int fprintf(FILE *f, const char *format, ...);

Многоточие, как и в случае функции fscanf, означает, что функция имеет переменное число аргументов. Количество и типы аргументов, начиная с третьего, должны соответствовать форматной строке. В отличие от функции fscanf, фактические аргументы, начиная с третьего, представляют собой выводимые значения, а не указатели на переменные. Для примера рассмотрим небольшую программу, выводящую данные в файл "tmp.dat":

#include <stdio.h>  // Описания функций ввода вывода
#include <math.h>   // Описания математических функций
#include <string.h> // Описания функций работы со строками

int main() {
    int n = 4, m = 6; double x = 2.;
    char str[256] = "Print test";
    FILE *f = fopen("tmp.dat", "wt"); // Открыть файл
    if (f == 0) {                     // для записи
        perror("Не могу открыть файл для записи");
        return 1; // Завершить программу с кодом ошибки
    }
    fprintf(f, "n=%d, m=%d\n", m, n);
    fprintf(f, "x=%.4lf, sqrt(x)=%.4lf\n", x, sqrt(x));
    fprintf(
        f, "Строка \"%s\" содержит %d символов.\n",
        str, strlen(str)
    );
    fclose(f);  // Закрыть файл
    return 0;   // Успешное завершение программы
}

В результате выполнения этой программы в файл "tmp.dat" будет записан следующий текст:

n=6, m=4
x=2.0000, sqrt(x)=1.4142
Строка "Print test" содержит 10 символов.

В последнем примере форматная строка содержит внутри себя двойные апострофы. Это специальные символы, выполняющие роль ограничителей строки, поэтому внутри строки их надо экранировать (т.е. защищать от интерпретации как специальных символов) с помощью обратной косой черты \, которая, напомним, в системе Unix и в языке Си выполняет роль защитного символа. Отметим также, что мы воспользовались стандартной функцией sqrt, вычисляющей квадратный корень числа, и стандартной функцией strlen, вычисляющей длину строки.

Понятие потока ввода или вывода

В операционной системе Unix и в других системах, использующих идеи системы Unix (например, MS DOS и MS Windows), применяется понятие потока ввода или вывода. Поток представляет собой последовательность байтов. Различают потоки ввода и вывода. Программа может читать данные из потока ввода и выводить данные в поток вывода. Программы можно запускать в конвейере, когда поток вывода первой программы является потоком ввода второй программы и т.д. Для запуска двух программ в конвейере используется символ вертикальной черты | между именами программ в командной строке. Например, командная строка

ab | cd | ef

означает, что поток вывода программы ab направляется на вход программе cd, а поток вывода программы cd - на вход программе ef. По умолчанию, потоком ввода для программы является клавиатура, поток вывода назначен на терминал (или, как говорят программисты, на консоль). Потоки можно перенаправлять в файл или из файла, используя символы больше > и меньше <, которые можно представлять как воронки. Например, командная строка

abcd > tmp.res

перенаправляет выходной поток программы abcd в файл "tmp.res", т.е. данные будут выводиться в файл вместо печати на экране терминала. Соответственно, командная строка

abcd < tmp.dat

заставляет программу abcd читать исходные данные из файла "tmp.dat" вместо ввода с клавиатуры. Командная строка

abcd < tmp.dat > tmp.res

перенаправляет как входной, так и выходной потоки: входной назначается на файл "tmp.dat", выходной -- на файл "tmp.res".

В Си работа с потоком не отличается от работы с файлом. Доступ к потоку осуществляется с помощью переменной типа FILE *. В момент начала работы Си-программы открыты три потока:

• stdin -- стандартный входной поток. По умолчанию он назначен на клавиатуру;
• stdout -- стандартный выходной поток. По умолчанию он назначен на экран терминала;
• stderr -- выходной поток для печати информации об ошибках. Он также назначен по умолчанию на экран терминала.

Переменные stdin, stdout, stderr являются глобальными, они описаны в стандартном заголовочном файле "stdio.h. Операции файлового ввода-вывода могут использовать эти потоки, например, строка

fscanf(stdin, "%d", &n);

вводит значение целочисленной переменной n из входного потока. Строка

fprintf(stdout, "n = %d\n", n);

выводит значение переменой n в выходной поток. Строка

fprintf(stderr, "Ошибка при открытии файла\n");

выводит указанный текст в поток stderr, используемый обычно для печати сообщений об ошибках. Функция perror также выводит сообщения об ошибках в поток stderr.

По умолчанию, стандартный выходной поток и выходной поток для печати ошибок назначены на экран терминала. Однако операция перенаправления вывода в файл > действует только на стандартный выходной поток. Например, в результате выполнения командной строки

abcd > tmp.res

обычный вывод программы abcd будет записываться в файл "tmp.res", а сообщения об ошибках по-прежнему будут печататься на экране терминала. Для того чтобы перенаправить в файл "tmp.log" стандартный поток печати ошибок, следует использовать командную строку

abcd 2> tmp.log

(между двойкой и символом > не должно быть пробелов!). Двойка здесь означает номер перенаправляемого потока. Стандартный входной поток имеет номер 0, стандартный выходной поток - номер 1, стандартный поток печати ошибок - номер 2. Данная команда перенаправляет только поток stderr, поток stdout по-прежнему будет выводиться на терминал. Можно перенаправить потоки в разные файлы:

abcd 2> tmp.log > tmp.res

Таким образом, существование двух разных потоков вывода позволяет при необходимости отделить мух от котлет, т.е. направить нормальный вывод и вывод информации об ошибках в разные файлы.

Функции scanf и printf ввода и вывода в стандартные потоки

Поскольку ввод из стандартного входного потока, по умолчанию назначенного на клавиатуру, и вывод в стандартный выходной поток, по умолчанию назначенный на экран терминала, используются особенно часто, библиотека функций ввода-вывода Си предоставляет для работы с этими потоками функции scanf и printf. Они отличаются от функций fscanf и fprintf только тем, что у них отсутствует первый аргумент, означающий поток ввода или вывода. Строка

scanf(format, ...); // Ввод из станд. входного потока

эквивалентна строке

fscanf(stdin, format, ...); // Ввод из потока stdin

Аналогично, строка

printf(format, ...); // Вывод в станд. выходной поток

эквивалентна строке

fprintf(stdout, format, ...); // Вывод в поток stdout

Функции текстового преобразования sscanf и sprintf

Стандартная библиотека ввода-вывода Си предоставляет также две замечательные функции sscanf и sprintf ввода и вывода не в файл или поток, а в строку символов (т.е. массив байтов), расположенную в памяти компьютера. Мнемоника названий функций следующая: в названии функции fscanf первая буква f означает файл (file), т.е. ввод производится из файла; соответственно, в названии функции sscanf первая буква s означает строку (string), т.е. ввод производится из текстовой строки. (Последняя буква f в названиях этих функций означает форматный). Первым аргументом функций sscanf и sprintf является строка (т.е. массив символов, ограниченный нулевым байтом), из которой производится ввод или в которую производится вывод. Эта строка как бы стоит на месте файла в функциях fscanf и fprintf.

Функции sscanf и sprintf удобны для преобразования данных из текстового представления во внутреннее и обратно. Например, в результате выполнения фрагмента

char txt[256] = "-135.76"; double x;
sscanf(txt, "%lf", &x);

текстовая запись вещественного числа, содержащаяся в строке txt, преобразуется во внутреннее представление вещественного числа, результат записывается в переменную x. Обратно, при выполнения фрагмента

char txt[256]; int x = 12345;
sprintf(txt, "%d", x);

значение целочисленной переменной x будет преобразовано в текстовую форму и записано в строку txt, в результате строка будет содержать текст " 12345 ", ограниченный нулевым байтом.

Для преобразования данных из текстового представления во внутреннее в стандартной библиотеке Си имеются также функции atoi и atof с прототипами

int atoi(const char *txt);    // текст => int
double atof(const char *txt); // текст => double

Функция atoi преобразует текстовое представление целого числа типа int во внутреннее. Соответственно, функция atof преобразует текстовое представление вещественного числа типа double. Мнемоника имен следующая:

• atoi означает "character to integer";
• atof означает "character to float".

(В последнем случае float следует понимать как плавающее, т.е. вещественное, число, имеющее тип double, а вовсе не float! Тип float является атавизмом и практически не используется.)

Прототипы функций atoi и atof описаны в стандартном заголовочном файле " stdlib.h ", а не "stdio.h", поэтому при их использовании надо подключать этот файл:

#include <stdlib.h>

(вообще-то, это можно делать всегда, поскольку "stdlib.h" содержит описания многих полезных функций, например, функции завершения программы exit, генератора случайных чисел rand и др.).

Отметим, что аналогов функции sprintf для обратного преобразования из внутреннего в текстовое представление в стандартной библиотеке Си нет. Компилятор Си фирмы Borland предоставляет функции itoa и ftoa, однако, эти функции не входят в стандарт и другими компиляторами не поддерживаются, поэтому пользоваться ими не следует.

Другие полезные функции ввода-вывода

Стандартная библиотека ввода-вывода Си содержит ряд других полезных функций ввода-вывода. Отметим некоторые из них.

Функция fgetc возвращает код введенного символа или константу EOF (определенную как минус единицу) в случае конца файла или ошибки чтения. Функция fputc записывает один символ в файл. При ошибке fputc возвращает константу EOF (т.е. отрицательное значение), в случае удачи - код выведенного символа c (неотрицательное значение).

В качестве примера использования функции fgetc перепишем рассмотренную ранее программу wc, подсчитывающую число символов и строк в текстовом файле:

//
// Файл "wc1.cpp"
// Подсчет числа символов и строк в текстовом файле
// с использованием функции чтения символа fgetc
//
#include <stdio.h>  // Описания функций ввода-вывода

int main() {
    char fileName[256]; // Путь к файлу
    FILE *f;            // Структура, описывающая файл
    int c;              // Код введенного символа
    int numChars = 0;   // Суммарное число символов := 0
    int numLines = 0;   // Суммарное число строк := 0

    printf("Введите имя файла: ");
    scanf("%s", fileName);

    f = fopen(fileName, "rb"); // Открываем файл
    if (f == 0) { // При ошибке открытия файла
        // Напечатать сообщение об ошибке
        perror("Не могу открыть файл для чтения");
        return 1; // закончить работу программы с кодом 1
    }

    while ((c = fgetc(f)) != EOF) { // Читаем символ
        // Цикл продолжается, пока c != -1 (конец файла)

        ++numChars; // Увеличиваем число символов

        // Подсчитываем число символов перевода строки
        if (c == '\n') {
            ++numLines; // Увеличиваем число строк
        }
    }

    fclose(f);

    // Печатаем результат
    printf("Число символов в файле = %d\n", numChars);
    printf("Число строк в файле = %d\n", numLines);

    return 0; // Возвращаем код успешного завершения
}

Пример выполнения программы wc1 в применении к собственному тексту, записанному в файле "wc1.cpp:

Введите имя файла: wc1.cpp
Число символов в файле = 1334
Число строк в файле = 44

Функция fgets с прототипом

char *fgets(char *line, int size, FILE *f);

выделяет из файла или входного потока f очередную строку и записывает ее в массив символов line. Второй аргумент size указывает размер массива для записи строки. Максимальная длина строки на единицу меньше, чем size, поскольку всегда в конец считанной строки добавляется нулевой байт. Функция сканирует входной поток до тех пор, пока не встретит символ перевода строки " \n " или пока число введенных символов не станет равным size - 1. Символ перевода строки " \n " также записывается в массив непосредственно перед терминирующим нулевым байтом. Функция возвращает указатель line в случае успеха или нулевой указатель при ошибке или конце файла.

Раньше в стандартную библиотеку Си входила также функция gets с прототипом

char *gets(char *line);

которая считывала очередную строку из стандартного входного потока и помещала ее в массив, адрес которого являлся ее единственным аргументом. Отличие от функции fgets в том, что не указывается размер массива line. В результате, подав на вход функции gets очень длинную строку, можно добиться переполнения массива и стереть или подменить участок памяти, используемый программой. Если программа имеет привилегии суперпользователя, то применение в ней функции gets открывает путь к взлому системы, который использовался хакерами. Поэтому в настоящее время функция gets считается опасной и применение ее не рекомендовано. Вместо gets следует использовать fgets с третьим аргументом stdin.

При выполнении файловых операций исполняющая система поддерживает указатель текущей позиции в файле. При чтении или записи n байтов указатель текущей позиции увеличивается на n ; таким образом, чтение или запись происходят последовательно. Библиотека ввода-вывода Си предоставляет, однако, возможность нарушать эту последовательность путем позиционирования в произвольную точку файла. Для этого используется стандартная функция fseek с прототипом

int fseek(FILE *f, long offset, int whence);

Первый аргумент f функции определяет файл, для которого производится операция позиционирования. Второй аргумент offset задает смещение в байтах, оно может быть как положительным, так и отрицательным. Третий аргумент whence указывает, откуда отсчитывать смещение. Он может принимать одно из трех значений, заданных как целые константы в стандартном заголовочном файле "stdio.h":

Например, фрагмент

fseek(f, 0, SEEK_SET);

устанавливает текущую позицию в начало файла. Фрагмент

fseek(f, -4, SEEK_END);

устанавливает текущую позицию в четырех байтах перед концом файла. Наконец, фрагмент

fseek(f, 12, SEEK_CUR);

продвигает текущую позицию на 12 байтов вперед.

Отметим, что смещение может быть положительным даже при использовании константы SEEK_END (т.е. при позиционировании относительно конца файла): в этом случае при следующей записи размер файла соответственно увеличивается.

Функция возвращает нулевое значение в случае успеха и отрицательное значение EOF (равное -1) при неудаче - например, если указанное смещение некорректно при заданной операции или если файл или поток не позволяет выполнять прямое позиционирование.

Узнать текущую позицию относительно начала файла можно с помощью функции ftell с прототипом

long ftell(FILE *f);

Функция ftell возвращает текущую позицию (неотрицательное значение) в случае успеха или отрицательное значение -1 при неудаче (например, если файл не разрешает прямое позиционирование).

Наконец, узнать, находится ли текущая позиция в конце файла, можно с помощью функции feof с прототипом

int feof(FILE *f);

Она возвращает ненулевое значение (т.е. истину), если конец файла достигнут, и нулевое значение (т.е. ложь) в противном случае. Например, в следующем фрагменте в цикле проверяется, достигнут ли конец файла, и, если нет, считывается очередной байт:

FILE *f;
. . .
while (!feof(f)) {    // цикл пока не конец файла
    int c = fgetc(f); // | прочесть очередной байт
    . . .             // | . . .
}                     // конец цикла