Ввод структуры в файл

Хотя функции getc()/putc() позволяют вносить в файл отдельные символы, но фактически мы имеем дело с бинарными файлами. Если мы записываем в файл строку, то в принципе мы даже можем открыть записанный файл любом текстовом редакторе и понять, что там было записано. Но не всегда данные могут представлять строки. И чтобы более наглядно разобраться с работой с бинарными файлами, рассмотрим еще одни пример – с записью-чтением структуры из файла:

При записи мы получаем указатель на структуру, который содержит начальный адрес блока памяти, по которому располагается структура. Для структуры выделяется 16 + 4=20 байт.

Функция putc записывает отдельный символ в файл, однако нам надо записать структуру. Для этого мы создаем указатель на символ (который по сути представляет один байт) и устанавливаем этот указатель на начало блока памяти, выделенного для структуры.

То есть в данном случае мы получаем адрес в памяти первого байта из блока памяти, которая выделена для структуры. И затем мы можем пройтись по всему этому блоку и получить отдельные байты и занести их в файл:

И в данном случае нам не важно, какие поля имеет структура, какой она имеет размер. Мы работаем с ней как с набором байт и заносим эти байты в файл. После занесения каждого отдельного байта в файл указатель c в блоке памяти перемещается на один байт вперед.

При чтении файла используется похожий принцип только в обратную сторону.

Во-первых, для считывания структуры из файла мы выделяем блок динамической памяти для хранения прочитанных данных:

После этого указатель ptr будет указывать на первый адрес блока из 20 байт.

Затем так как при прочтении мы получаем символы, устанавливаем указатель на символ на начало выделенного блока и в цикле считываем данные из файла в этот блок:

Здесь стоит обратить внимание на то, что в данном случае на самом деле считываем даже не символ, а числовой код символа в переменную типа int и только потом передаем значение указателю c. Это сделано для корректной обработки окончания файла EOF. Это значение может представлять любое отрицательное число. И если бы мы сохранили отрицательное число (например, возраст пользователя был бы отрицательным), то оно было бы некорректно интерпретировано при чтении как конец файла, и итоговый результа был бы неопределенным. Поэтому более правильно считывать именно числовой код символа в переменную int, а затем числовой код передавать в char.

Запись и чтение массива структур

Выше приведен пример по работе с одной структурой. Но, как правило, при работе с файлами мы оперируем не одной структурой, а каким-то набором структур. Поэтому усложним задачу и сохраним и считаем из файла массив структур:

Данная задача усложнена тем, что нам надо хранить массив структур, количество которых точно может быть неизвестно. Один из вариантов рещения этой проблемы состоит в сохранении некоторой метаинформации о файле в начале файла. В частности, в данном случае в начале файла сохраняется число записанных структур.

Запись во многом аналогична записи одной структуры. Сначала устанавливаем указатель на число n, которое представляет количество структур, и все байты этого числа записываем в файл:

Затем подобным образом записываем все байты из массива структур.

При чтении нам придется файктически считывать из файла два значения: количество структур и их массив. Поэтому при чтении два раза выделяется память. Вначале для количества элементов:

Затем мы считываем первые 4 байта из файла для получения числа:

Затем аналогичные действия проделываем для массива структур.

И результатом программы должен быть вывод считанных данных:

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:

1. адрес области памяти, куда данные записываются или откуда считываются,
2. размер одного данного какого-либо типа,
3. количество считываемых данных указанного размера,
4. 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 файлами с использованием конструкций языка Си была рассмотрена здесь.

Для программиста открытый файл представляется как последовательность считываемых или записываемых данных. При открытии файла с ним связывается поток ввода-вывода . Выводимая информация записывается в поток, вводимая информация считывается из потока.

Для работы с файлами необходимо подключить заголовочный файл . В нем определены несколько классов и подключены заголовочные файлы

Файловый ввод-вывод аналогичен стандартному вводу-выводу, единственное отличие – это то, что ввод-вывод выполнятся не на экран, а в файл.

Если ввод-вывод на стандартные устройства выполняется с помощью объектов cin и cout , то для организации файлового ввода-вывода достаточно создать собственные объекты, которые можно использовать аналогично этим операторам.

При работе с файлом можно выделить следующие этапы:

• создать объект класса fstream (возможно, ofstream или ifstream );
• связать объект класса fstream с файлом, который будет использоваться для операций ввода-вывода;
• осуществить операции ввода-вывода в файл;
• закрыть файл.

В результате будет создан файл

Режимы открытия файлов устанавливают характер использования файлов. Для установки режима в классе ios предусмотрены константы, которые определяют режим открытия файлов.

Константа	Описание
ios::in	открыть файл для чтения
ios::out	открыть файл для записи
ios::ate	при открытии переместить указатель в конец файла
ios::app	открыть файл для записи в конец файла
ios::trunc	удалить содержимое файла, если он существует
ios::binary	открытие файла в двоичном режиме

Режимы открытия файлов можно устанавливать непосредственно при создании объекта или при вызове метода open() .

Режимы открытия файлов можно комбинировать с помощью поразрядной логической операции ИЛИ | , например:

ios::out | ios::in – открытие файла для записи и чтения.

Произвольный доступ к файлу

Система ввода-вывода С++ позволяет осуществлять произвольный доступ с использованием методов seekg() и seekp() .

Смещение определяет область значений в пределах файла ( long int ).

Система ввода-вывода С++ обрабатывает два указателя, ассоциированные с каждым файлом:

• get pointer g – определяет, где именно в файле будет производиться следующая операция ввода;
• put pointer p – определяет, где именно в файле будет производиться следующая операция вывода.

Позиция смещения определяется как

Позиция	Значение
ios::beg	Начало файла
ios::cur	Текущее положение
ios::end	Конец файла

Всякий раз, когда осуществляются операции ввода или вывода, соответствующий указатель автоматически перемещается.
С помощью методов seekg() и seekp() можно получить доступ к файлу в произвольном месте.

Можно определить текущую позицию файлового указателя, используя следующие функции:

• streampos tellg() – позиция для ввода
• streampos tellp() – позиция для вывода

В результате выполнения первой части программы будет создан файл

Вторая часть программы выведет в консоль

Ещё один пример. Допустим, нам нужно заполнять таблицу

ФИО	Дата рождения	Хобби

Причем каждая вновь введенная строка должна размещаться в таблице непосредственно под "шапкой".

Алгоритм решения задачи следующий:

• формируем очередную строку для вывода
• открываем файл для чтения, считываем из него данные и сохраняем их в массив строк
• закрываем файл
• открываем файл для записи
• выводим "шапку" таблицы
• выводим новую строку
• выводим все сохраненные строки обратно в файл, начиная со строки после шапки

#include
#include
using namespace std;
#define LINES 100 // максимальное количество строк в файле
int main() <
system( "chcp 1251" );
system( "cls" );
char line[LINES][100];
char str[30];
char s[] = "| | | |" ;
// Ввод данных для размещаемой строки
cout "ФИО: " ;
cin.getline(str, 30); // вводим ФИО
for ( int i = 0; str[i] != ‘’ ; i++) // копируем в строку без 0
s[i + 2] = str[i]; // начиная с указанной позиции
cout "Дата: " ;
cin.getline(str,30);
for ( int i = 0; str[i] != ‘’ ; i++)
s[i + 33] = str[i];
cout "Хобби: " ;
cin.getline(str,30);
for ( int i = 0; str[i] != ‘’ ; i++)
s[i + 50] = str[i];

fstream inOut;
inOut.open( "file.txt" , ios::in); // открываем файл для ввода
// Считываем из файла имеющиеся данные
int count = 0;
while (inOut.getline(line[count], 100)) count++;
inOut.close(); // закрываем файл

Полученный файл данных: