Попередня сторінка          Зміст           Наступна сторінка          Електронні посібники ВНТУ

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 8

РОБОТА З ФАЙЛАМИ

 

Мета роботи

•  Вивчити програмні засоби для роботи з файлами та потоками.
•  Дослідити основні функції роботи з файлами та реалізовувати найпростіші операції з ними.
•  Навчитись застосовувати у своїх програмах вхідні і вихідні текстові і бінарні файли і файлові потоки.

 

 

        

       ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

 

Поняття файлів і потоків

В комп’ютерній  системі між програмою і пристроєм знаходиться щось більш загальне, ніж сам пристрій. Такий узагальнений пристрій введення або виведення (пристрій більш високого рівня абстракції) називається потоком, в той час як конкретний пристрій називається файлом (файл – теж поняття абстрактне). Потоки бувають двох видів: текстові і двійкові.

Текстовий потік – це послідовність символів. У стандарті С вража­ється, що текстовий потік організований у вигляді рядків, кожен з яких за­кін­чується символом нового рядка. Проте, в кінці останнього рядка цей символ не є обов'язковим. В текстовому потоці на вимогу базового середовища можуть відбуватися певні перетворення символів. Тому може і не бути однозначної відповідності між символами, які пишуться (читають­ся), і тими, які зберігаються в зовнішньому пристрої. Крім того, кількість тих символів, які пишуться (читаються), і тих, які зберігаються в зовні­ньому пристрої, може також не співпадати із-за можливих перетворень.

Двійковий потік – це послідовність байтів, яка взаємно однозначно відповідає байтам на зовнішньому пристрої, причому ніякого перетворення символів не відбувається. Крім того, кількість тих байтів, які пишуться (читаються), і тих, які зберігаються на зовнішньому пристрої, однакова. Однак наприкінці двійкового потоку може додаватися визначена додатком кількість нульових байтів (наприклад, для заповнення сектора на диску).

Файли і функції файлової системи у мові  С

У мові С файлом може бути все що завгодно, починаючи з дискового файлу і закінчуючи терміналом або принтером. Потік пов'язують з певним файлом, виконуючи операцію відкриття.

Як тільки файл відкритий, можна проводити обмін інформацією між ним і програмою. При відкритті файлу покажчик поточної позиції у файлі встанов­люється в початок. При читанні з файлу (або записі в нього) кожного символу покажчик поточної позиції збільшується, забезпечуючи просування по файлу.

Файл від'єднується від певного потоку (тобто розривається зв'язок між файлом і потоком) за допомогою операції закриття.

У кожного потоку, пов'язаного з файлом, є керуюча структура, яка містить інформацію про файл, вона має тип FILE. У цьому блоці управління файлом ніколи нічого міняти не можна.

Для роботи з файловою системою існує заголовочний файл <stdio.h>. Часто використовувані функції файлової системи С такі (табл. 8.1 ).

   Таблиця 8.1 – Функції для роботи з файловою системою

Заголовок <stdio.h> надає прототипи функцій введення/виведення і визначає наступні три типи: size_t, fpos_t і FILE. size_t і fpos_t представляють собою певні різновиди такого типу, як ціле без знака. А про третій тип, FILE, розповідається в наступному розділі.

Крім того, в <stdio.h> визначається декілька макросів. Серед них:

 NULL, EOF, FOPEN_MAX, SEEK_SET, SEEK_CUR і SEEK_END.

Макрос NULL визначає порожній (null) покажчик. Макрос EOF часто визначається як -1,  і є значенням, що повертається тоді, коли функція введення намагається виконати читання після кінця файлу. FOPEN_MAX – ціле значення, рівне максимальному числу одночасно відкритих файлів. Інші макроси вико рис­товуються разом з fseek(), що виконує операції прямого доступу до файлу.

Щоб оголосити змінну-покажчик файлу, пишуть:

  FILE *fp;

Функція fopen() відкриває потік і пов'язує з цим потоком певний файл. Потім вона повертає покажчик цього файлу:

FILE *fopen (const char *ім'я_файлу,const char *режим);

Рядок "режим", визначає, яким чином файл буде відкритий. Рядки, подібні "r+b" можуть бути представлені і у вигляді "rb+" (табл. 8.2).

Таблия 8.2 – Режими відкриття файлів

Робота з файловими потоками

У мові С++ введення/виведення описується як набір класів, описаний в заголовному файлі  iostream.h. Аналогами потоків stdin, stdout, stderr є класи cin, cout і cerr. Ці три потоки відкриваються автоматично. Потік cin пов'язаний з клавіатурою, а cout, cerr – з дисплеєм.

Файл <fstream.h> визначає класи ifstream і ofstream, за допомогою яких програма може виконувати операції файлового введення/виведення. Для відкриття файлу на введення/виведення оголошують об'єкт типу ifstream/  ofstream, передаючи конструктору цього об'єкта ім'я необхідного файлу:

Після того, як програма відкрила файл для введення або виведення, вона може читати або писати дані, використовуючи оператори: "<<" – для занесення (запису) в потік; ">>" – для вилучення (читання) з потоку.

Більшість програм читають вміст файлу, поки не зустрінеться кінець файлу. Визначити кінець файлу можна за допомогою функції eof().

Для введення або виведення символів у файл або з файлу використовую функції get() і put().

Для зчитування цілого рядка використовують функцію getline():

Для перевірки помилок можна використовувати функцію fail():

Якщо програмам необхідно вводити або виводити такі дані, як структури або масиви, можна використовувати методи read() і write().

Якщо програма завершила роботу з файлом, його слід закрити за допомогою функції close().

Для того, щоб операції введення/виведення виконувалися не з початку файлу, можна використовувати інші режими відкриття файлів (табл. 8.3).

Таблиця 8.3 – Режими відкриття файлових потоків

Наприклад,

    ifstream myFile ("Filename.txt", ios::out | ios::noreplace);

Для читання і запису даних будь-якого типу, тип яких може займати більше 1 байта, у файловій системі мови С є дві функції: fread() і fwrite().

     size_t fread(void *buf,size_t count,size_t k,FILE *pf);

     size_t fwrite(const void *buf,size_t count,size_t k,FILE *pf);

Функція fread() повертає кількість прочитаних елементів. Якщо досягнуто кінець файлу або сталася помилка, то повернуте значення може бути менше, ніж лічильник. А функція fwrite() повертає кількість запи­саних елементів. Якщо помилки не було, то повернений результат буде дорівнює значенню лічильник. Одним з найбільш корисних застосувань функцій fread() і fwrite() є читання і запис даних користувача типів. Наприклад, якщо визначена структура

      struct struct_type {
            float balance;
            char name [80];
      } Cust;

то наступний оператор записує вміст Сust у файл, на який вказує fp:

      fwrite (&cust, sizeof (struct struct_type), 1, fp);

В системі введення/виведення мови С є функції fprintf() і fscanf():

      int  fprintf (FILE * pf, const char *str, ...);
      int  fscanf (FILE * pf, const char *str, ...);

Приклади програм для робот из файлами

Приклад 1. Введення інформації з клавіатури і виведення на диск.

      int main (int argc, char * argv [])
      {    

            FILE * fp;
            char ch;

            if (argc! = 2)

            {
                 printf ("Ви забули ввести ім'я файлу. \n");
                  exit (1);
            }  

            if ((fp = fopen (argv [1], "w "))== NULL)

            {
                  printf ("Помилка при відкритті файлу. \n");
                  exit (1);
            }

            do {  ch = getchar ();
                   putc (ch, fp);
            } while (ch! ='$');

            fclose (fp);

            return 0;
      }

Приклад 2. Програма читає текстовий файл і виводить його на екран

  int main (int argc, char * argv [])
      {    

        FILE * fp;
            char ch;

     if (argc! = 2) {
              printf ("Ви забули ввести ім'я файлу. \n");
              exit (1);
        }
        if ((fp = fopen (argv [1], "r "))== NULL) {
              printf ("Помилка при відкритті файлу. \n");
              exit (1);
        }
        ch = getc (fp); /* читання одного символу */
        while (ch! = EOF) {
              putchar (ch); /* виведення на екран */
              ch = getc (fp);
        }
        fclose (fp);
  return 0;
}

Приклад 3.  Програма вводить рядок з клавіатури, записує у файл, а потім читає файл і виводить його вміст на екран

  int main (void)
      {     char str[80];
            FILE *fp;
            if ((fp = fopen ("TEST", "w+"))== NULL) {
                  printf ("Помилка при відкритті файлу. \n");
            exit (1);
            }
            do { printf("Введіть рядок (порожній – для виходу): \n");
                  gets(str);
                  strcat(str, "\n"); /* введення роздільник рядків */
                  fputs(str, fp);
            } while(*str != '\n');
                  /* Тепер виконується читання і відображення файлу */
            rewind(fp); /* встановити покажчик  на початок файлу */
            while (!feof(fp))

            {     fgets (str,79,fp);
                  printf (str);
            }
            return 0;
      }

Приклад 4.  Використання форматованого введення-виведення у файл

    int main (void)
      {    

        FILE *fp;
            char s[80];
            int t;
            if ((fp = fopen ("test", "w")) == NULL)

        {     printf ("Помилка відкриття файлу. \n");
                  exit (1);
            }
            printf ("Введіть рядок і число:");
            fscanf (stdin, "%s%d",s,&t);   // читати з клавіатури 
            fprintf (fp, "%s%d",s,t);           // писати в файл
            fclose (fp);
            if ((fp = fopen ("test", "r")) == NULL)

        {     printf ("Помилка при відкритті файлу. \n");
                  exit (1);
            }
            fscanf (fp, "%s%d",s,&t);           // читання з файлу 
            fprintf (stdout, "%s%d",s,t); // виведення на екран 
            return 0;
      }

 

Порядок виконання роботи

 

1. Ознайомитись з теоретичним матеріалом, з функціями стандартних бібліотек для роботи файлами і файловими потоками.
2. Дослідити процес реалізації завдань прикладів, відлагодити наведені програму на своєму комп’ютері.
3. Розробити власні програми, які реалізує індивідуальне завдання.
4. Підготувати звіт по кожній задачі:
•   варіант і текст завдання;
•   лістинг програми;
•   схему даних (для обох задач) і схему взаємозв’язку функцій (лише для другоі задачі);
•   роздруківку вхідних і вихідних файлів і результати виконання;
•   висновки.

 

Варіанти індивідуальних завдань

 

Задача 1. Взявши за основу лабораторну роботу №5, змінити код програми таким чином, щоб:

–  вхідні дані вводилися не з клавіатури, а з файлу,

–  результати виконання виводились і на екран, і у файл.

Задача 2. Взявши за основу лабораторну роботу №7(задача 1), змінити код програми таким чином, щоб:

–  вхідні дані (поля структури) вводилися з клавіатури і після введення записувалися у файл (окрема функція);

–  програма мала можливість дописувати  дані у файл (окрема функція);

–  дані з файлу виводились на екран (окрема функція);

–  результати виконання другого підпункту виводились на екран і у файл.

При цьому виконати завдання задачі №2 у двох варіантах:

1)  за допомогою класів потоків ofstream  та  ifstream;

2)  за допомогою структури FILE та функцій роботи з нею.

* Задача 4. Одним за найпростіших в реалізації та найшвидших методів шиф­рування є накладання гами – послідовності псевдовипадкових чисел – шляхом виконання операції побітового додавання за модулем 2 (також відомої як exclusive or чи скорочено XOR).

Розробіть програму для зашифрування та розшифрування файлів з довіль­ним розширенням, використовуючи як ключ, на основі якого генерується послідовність псевдовипадкових чисел, номер варіанту.

 

Контрольні питання

 

1. Дати поняття потоків і файлів. Який між ними зв’язок?
2. Які види потоків бувають? Пояснити різницю між ними.
3. Охарактеризувати стандартні потоки введення-виведення.
4. Яким чином можна оголосити і відкрити файл?
5. Шо таке режими відкриття файлів і які режими ви знаєте?
6. Наведіть приклади форматованого запису у файл і читання з нього.
7. Яким чином можна встановлювати покажчик файлу у задану позицію?
8. Яким чином можна здійснювати запис і зчитування блоками?
9. Чи можна одночасно використовувати файл для запису і читання?
10. Що таке файлові потоки? Які поняття програмування забезпечують роботу з ними? Назвіть їх.
11. Основні функції роботи з файловими потоками.
12. Які режими доступу до файлових потоків ви знаєте?
13. Яким чином можна виводити у файлові потоки і вводити великі обсяги даних (структури, масиви)?
14. Як можна перевірити, чи закінчився файл, і наявність помилок?
15. Наведіть приклади запису і читання по символах, по словах, по рядках та блоками довільного розміру.