Microsoft PowerPoint - 07_IO.ppt

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蛟里田
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1 I/O 设备 C 程序设计语言第 7 章 I/O 孙志岗 sun@hit.edu.cn 输入设备键盘鼠标软盘硬盘光驱 ( 以文件的形式 ) 串行口并行口 USB 接口 IEEE1394 口网络端口扫描仪视频采集卡电视卡游戏杆话筒输出设备显示器打印机软盘硬盘 CD-RW/DVD RW/DVD-RW( ( 以文件的形式 ) 串行口并行口 USB 接口 IEEE1394 口网络端口音箱单纯的输入设备或者单纯的输出设备越来越少 Input and Output 2 标准输入输出字符界面的操作系统一般都提供标准输入与输出设备 DOS Linux Unix 一般情况, 标准输入就是键盘, 标准输出就是终端显示器操作系统有能力重定向标准输入与输出, 比如让文件作为标准输入, 打印机作为标准输出这种重定向程序本身是感觉不到的自来水厂 DOS 下的标准输入输出重定向程序 prog.c 如下 main() { char c; while ((c=getchar getchar())!= '\n')' putchar(++c); } 输入重定向 prog.exe < infile 输出重定向 prog.exe > outfile Input and Output Input and Output 4 1

2 格式化输出 printf int printf(const char *format, 参数 1, 参数 2, ); 参数 format 是用来控制格式的字符串具体格式查阅参考书常用转换字符 :%d: %c %s %.2f %u %ld 返回值是最后输出的字符串长度, 出错返回 EOF printf 并不对参数的类型及个数进行检查, 所以一定要确切地把参数和前面的转换字符匹配好这种参数形式不仅在 C 语言里应用广泛, 很多其它语言类库也对此进行了模仿扩充相似的库函数 sprintf fprintf 格式化输入 scanf int scanf(const const char *format, 参数 1, 参数 2, ); 参数 format 是用来控制格式的字符串具体格式查阅参考书常用转换字符 :%d: %c %s %f %u %ld 返回值是成功匹配的输入项的个数, 遇到结尾返回 EOF 所有参数必须是指针, 且类型要与前面的转换字符匹配好相似的库函数 sscanf fscanf 使用不当, 很容易造成恶性后果 Input and Output Input and Output 6 外存磁盘 (Magnetic( disks) 光盘 (CD( DVD) U 盘 (Flash( Memory) 数据断电后不丢失外存原理磁盘表面涂有磁性物质磁性单元的 N-S 极的两种指向表示 Input and Output Input and Output 8 2

3 外存原理光盘表面有一层特殊介质介质的高低不平的交替表示 0-1 外存原理 Flash Memory 是一种电化学存储介质电流的通断表示 0-1 光盘表面读盘原理 (CD 机 ) Input and Output Input and Output 10 文件 (File) 目录结构 (Directory ( Tree) 为什么需要文件? 我们需要数据在断电后依然存在, 需要外存外存原理迥异, 如果必须按其特性使用, 悲惨世界文件哪里来? 操作系统有一个模块, 叫文件系统文件系统封装了外存的特性, 让我们可以用同一个接口使用不同外存这个接口就是文件原理操作系统决定文件在介质上的保存位置使用文件需要知道目录结构, 文件结构, 命令接口, 开发接口 Input and Output 11 树形的目录结构是文件系统的事实标准每个文件都可以被唯一的绝对路径 (Absolute( Path) 表示在 DOS/Windows 下 : D:\home home\sunner\main.c 在 Unix/Linux 下 /D/home/Sunner/main.c main.c 相对路径 (Relative( Path): main.c 在不同的当前路径指代不同的文件 A: C: D: home Sunner Secrets getnum.h getnum.c main.c 苏小红 Software TC20 WinZip Backup main.c E: Input and Output 12 3

4 文件结构 (File ( Structure) 文件在外存存储就和数据在内存保存一样都是数据二进制形式的保存介质不关心数据类型你把数据当作是什么类型, 它就是什么类型如果以类型 A 的二进制形式存入, 却当作类型 B 读出, 就乱套了所以, 读文件前, 必须确切知道文件每一个字节的确切类型和含义所以才有标准的 mp3 bmp jpg 等文件两种文件读写方式二进制方式和文本方式文本文件与二进制文件文件都是二进制的为方便使用, 硬性定义一种文本文件 (Text( File) 所有内容都是可打印字符的文件.txt.c.h.htm 与之相对的就是所谓二进制文件 (Binary( File).exe.bmp.mp3.jpg.doc.swf 按二进制方式读写文件, 保持数据原状平实地反映数据和文件的真面貌, 不做任何处理 Input and Output Input and Output 14 按文本方式读写文件命令接口 DOS/Windows 下 : 用 "\r\n" 表示换行按文本文件写入 "\n" n", 会自动写入 "\r\n" 假设文件中有 "\r\n" 这样的连续字符按文本文件读, 只能得到 "\n" Unix/Linux 下 : 用 "\n" 表示换行文本方式和二进制方式没有区别 Mac 下 : 用 "\r" 表示换行写入 "\n" n",, 自动改为 "\r" r"( ( 未验证 ) 读入 "\r" r",, 自动转为 "\n" n"( ( 未验证 ) 操作系统界面 (Shell( Shell) ) 提供的文件操作命令 DOS 下 : copy del move type Windows 下 : 鼠标拖拽 ctrl+c,v ctrl+x,v Unix/Linux 下 : cp rm mv cat 命令接口都是一些用开发接口编写的程序 Input and Output Input and Output 16 4

5 开发接口给程序员在程序中使用的接口 DOS 下 : INT 21H Windows 下 : CreateFile() ReadFile() WriteFile() ClostHandle() () Unix/Linux 下 : open read write close 很多语言提供了自己的访问文件接口, 它们都是基于操作系统提供的接口实现的文件访问的基本模式 open: : 打开文件, 获得对此文件的指针指针引用引用和句柄等, 以后通过它们使用此文件 read: : 读文件参数一般指明要读多少字节, 读到哪块内存 write: : 写文件参数一般指明把哪块内存的内容写入文件, 要写多少字节 close: : 关闭文件, 表明操作结束, 本程序不再使用此文件 open 后要及时关闭 file position: 一个变量, 其值表示距离文件头部的偏移量每次 read 或 write 都从这里开始 read/write 结束后, 变量自动加上读 / 写的字节数 seek: : 随时调整 file position Input and Output Input and Output 18 TC 中的打开文件下面介绍的函数均定义在 TC 的 <io.h> 中 int open(const char *pathname, int access); int fd = open("c:\\autoexec.bat", O_RDWR O_CREAT O_TEXT); filename 是文件名, 包含路径如果不含路径, 表示打开当前目录下的文件 access 是打开方式, 常用为 O_RDONLY O_WRONLY O_RDWR 与 O_CREAT O_TRUNC O_APPEND 以及 O_TEXT O_BINARY 的或运算返回值为文件句柄 (File( Handle),, 留待以后使用如果打开失败, 返回值为 -1 TC 中的读文件 int read(int handle, void *buf, unsigned len); int n_read = read(fd, buf,, BUFSIZE); handle 是 open 获得的文件句柄读入的数据将保存在 buf 指向的内存 len 是最大允许读入的字节数返回值为实际读入的字节数, 可能小于 len 返回 0 表示读到了末尾, 返回 -1 表示出错 Input and Output Input and Output 20 5

6 TC 中的写文件 int write(int int handle, const void *buf, unsigned nbyte); int n_write = write(fd, buf,, BUFSIZ); handle 是 open 获得的文件句柄 buf 指向的数据被写入文件 nbyte 是写入多少字节返回值为实际写入的字节数, 可能小于 nbyte 返回 -1 表示出错 TC 中的关闭文件 int close(int handle); int ret = close(fd); handle 是 open 获得的文件句柄关闭成功返回 0,, 否则返回 Input and Output Input and Output 22 TC 中的文件随机访问 long lseek(int handle, long offset, int fromwhere); int pos = lseek(fd,, 100L, SEEK_CUR); handle 是 open 获得的文件句柄 offset 是相对 fromwhere 的位置偏移多少, 可以为负数 fromwhere 可以是 SEEK_SET SEEK_CUR 或 SEEK_END 中的一个, 分别表示文件头部文件头部当前位置和文件末尾成功返回移位后的当前位置, 从文件头算起 ; 否则返回 -1L 标准的文件操作 open() read() write() close() 和 lseek() 并不是 ANSI C 支持的它们定义在 POSIX 标准中 POSIX 是 Unix/Linux 等众多操作系统遵循的标准, Windows 下也有支持 POSIX 的编译器 (Cygwin( Cygwin) 在 POSIX 的世界里具有可移植性 (TC( 并没有完全遵守这个标准 ) ANSI C 有自己的标准文件操作函数它们包装了操作系统提供的文件操作接口在 C 语言的世界里具有可移植性 Input and Output Input and Output 24 6

7 ANSI C 的打开文件下面介绍的函数均定义在 <stdio.h> 中 FILE* fopen(const char *filename, const char *mode); FILE *fp* = fopen("c:\\autoexec.bat", "r+"); filename 是文件名, 包含路径如果不含路径, 表示打开当前目录下的文件 mode 是打开方式, 常用为 "r" "w" "a",, 分别表示只读只读只写只写 ( 如文件已存在, 则覆盖, 否则建立新文件 ) 和添加和 ( 文件位置指针指向末尾如文件不存在, 就建立新文件 ) "+" 用在 "r" "w" "a" 之后, 表示按读写方式打开 "b" 和上面的各种组合合用 ( 不可做第一个字符 ), 表示按二进制方式打开, 否则就是文本方式 (Unix/Linux( 下忽略 ) 返回值是什么? fopen 的返回值 FILE 是 C 语言定义的一个结构类型不同的库在成员的定义上会有所不同 stdin stdout 和 stderr 的类型是 FILE* fopen 成功后建立一个 FILE 结构的全局变量, 该变量里记录了访问文件的重要信息文件位置标记, 缓冲区指针, 文件句柄等该变量的地址作为返回值返回 fopen 失败后返回 NULL Input and Output Input and Output 26 ANSI C 的文件操作 int fgetc(file * int fputc(int c, FILE *fp* char *fgets( fgets(char *s, int n, FILE *fp* int fputs(const char *s, FILE *fp* int fscanf(file *fp, const char *format,...); int fprintf(file *fp, const char *format,...); Input and Output 27 ANSI C 的文件操作 size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *fp* size_t fwrite(const void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *fp* int feof(file * int fseek(file *fp, long offset, int whence); long ftell(file * int fflush(file * int fclose(file * copy_err.c Input and Output 28 7

8 错误处理文件操作是事故多发区文件不存在磁盘满写一个只读文件, 读一个只写文件设备损坏在事故发生时, 程序必须能自如应对, 这就需要错误处理技术错误处理技术 assert 一个宏, 处理由程序 bug 引起的错误 bug 解除, 就不会 abort 了最终的执行文件中不应该包含 assert bug 已经都消灭了在 #include<assert.h assert.h> 之前,#define, NDEBUG,, 所有 assert 失效分支处理由外界引起的错误用户输入文件内存系统需要仔细规划流程, 用简单直接的方法处理复杂的错误 Input and Output Input and Output 30 针对文件的错误处理策略函数 fopen() fprintf() fputc() putc() fwrite() fputs() fgets() fscanf() fgetc() getc() fread() fclose() fflush() 当返回值 ==NULL <0 ==EOF <nmemb ==EOF ==NULL ==0 或 ==EOF ==EOF <nmemb ==EOF 常用策略转入错误处理流程停止再次调用该函数, 继续下一步忽略 Input and Output 31 错误处理流程根据 errno,, 做适当的处理 extern int errno; stdio 模块中定义的全局变量它的值说明错误类型用 perror 告诉用户错误的具体信息, 使其可以协助排除错误 void perror(const char *string); 向 stderr 输出 string,, 并在其后附加一个 ':',, 再输出错误对应的文字信息 if (fp!= NULL) fclose( 回正常流程从头再来转做其它事情或退出程序等 copy.c sorttext.c sortbin.c Input and Output 32 8

9 流 (Stream) 子在川上曰 : 逝者如斯夫时间水过客你或许会记下她的样子, 但她将永远不再出现计算机中的流, 数据流也有叫做字节流比特流的, 还有很具体的文件流网络流视频流音频流等 C 语言中的输入与输出都是以流的方式处理的计算机中的输入与输出也几乎都是以流的方式处理 Input and Output 33 从文件说开去 open read write close 这种模式成为使用数据流的经典模式比如网络数据流操作就是使用此模式, 甚至在一些平台上可以和文件采用完全相同的函数操作 seek 并不是所有的流都支持网络流就不支持对于不能进行流控的流如果当前数据不立即处理后来的数据就可能会冲走当前数据于是当前数据丢失流控成为流处理中的一个专门技术缓冲握手协议 Input and Output 34 9

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附錄C.doc C C C-1 C -2 C -3 C -4 C -5 / C -6 2 C/C++ C-1 FILE* fopen(const char* filename, const char* mode) filename NULL FILE* freopen(const