C语言程序设计笔记（浙大翁恺版） 第十三周：文件

按照中国大学MOOC上浙江大学翁恺老师主讲的版本所作，B站上也有资源。原课程链接如下：

https://www.icourse163.org/course/ZJU-9001

由于是大三抽空回头整理的，所以可能前五章会记的内容比较简略。此外，作为选学内容的A0：ACLLib的基本图形函数和链表两章也没有做。西电的考试是机试，理论上学到结构体就能够应付考试了，但为了以后的学习考虑建议全学。

 

其他各章节的链接如下：

C语言程序设计笔记（浙大翁恺版） 第一周：程序设计与C语言

C语言程序设计笔记（浙大翁恺版） 第二周：计算

C语言程序设计笔记（浙大翁恺版） 第三周：判断

C语言程序设计笔记（浙大翁恺版） 第四周：循环

C语言程序设计笔记（浙大翁恺版） 第五周：循环控制

C语言程序设计笔记（浙大翁恺版） 第六周：数据类型

C语言程序设计笔记（浙大翁恺版） 第七章：函数

C语言程序设计笔记（浙大翁恺版） 第八周：数组

C语言程序设计笔记（浙大翁恺版） 第九周：指针

C语言程序设计笔记（浙大翁恺版） 第十周：字符串

C语言程序设计笔记（浙大翁恺版） 第十一周：结构类型

C语言程序设计笔记（浙大翁恺版） 第十二周：程序结构

C语言程序设计笔记（浙大翁恺版） 第十三周：文件

 

文件

文件

格式化输入输出

格式化的输入输出

printf %[flags][width][.prec][hIL]type

scanf %[flag]type

 

 

%[flags][width][.prec][hIL]type

 

示例：

#include 

int main(int argc, char const *argv[])
{
    printf("%9d\n", 123);
    printf("%+9d\n", 123);
    printf("%-9d\n", 123);
    printf("%+-9d\n", 123);
    printf("%-+9d\n", 123);
    printf("%-+9d\n", -123);
    printf("%-9d\n", -123);
    printf("%09d\n", 123);
    // printf("%-09d\n", -123);
    
    return 0;
}
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      123
     +123
123
+123
+123
-123
-123
000000123
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8

 

示例2：

#include 

int main(int argc, char const *argv[])
{
    int len = 6;
    printf("%*d\n", len, 123);
    printf("%9.2f\n", 123.0);
    
    return 0;
}
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   123
   123.00
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2

 

示例3：

#include 

int main(int argc, char const *argv[])
{
    printf("%hhd\n",12345);
    
    return 0;
}
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12345=0x3039，0x39=57

改为(char)12345不产生警告

 

示例4：

#include 

int main(int argc, char const *argv[])
{
    int num;
    printf("%hhd%n\n", (char)12345, &num);
    printf("%d\n", num);
    
    printf("%d%n\n", 12345, &num);
    printf("%d\n",num);
    
    printf("%dty%n\n",12345, &num);
    printf("%d\n",num);    
    
    return 0;
}
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57
2
12345
5
12345ty
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%n表示printf到此时已经输出了多少字符，然后填到指针所指的变量里

 

 

scanf：%[flag]type

 

示例：

#include 

int main(int argc, char const *argv[])
{
    int num;
    scanf("%*d%d", &num);
    printf("%d\n", num); 
    
    return 0;
}
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-o选项指定编译产生的可执行文件名

 

示例2：

#include 

int main(int argc, char const *argv[])
{
    int num;
    scanf("%i", &num);
    printf("%d\n", num); 
    
    return 0;
}
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[^.]

示例：

这是GPS模块产生的数据，以”$“开头，所有字段以”,“分隔，有时两个”,“之间可能没有内容，用scanf读入

%*[^.]表示省略到逗号之前的所有内容，%[^.]表示到逗号之前的所有内容作为字符串读入

 

 

printf和scanf的返回值分别是读入的项目数和输出的字符数

在要求严格的程序中，应该判断每次调用scanf或printf的返回值，从而了解程序运行中是否存在问题

示例：

#include 

int main(int argc, char const *argv[])
{
    int num;
    int i1 = scanf("%i", &num);
    int i2 = printf("%d\n", num);
    printf("%d:%d\n", i1, i2);
    
    return 0;
}
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文本文件输入输出

用>和<做重定向

如果程序是用printf和scanf来做输入输出的，可以用程序运行时的重定向，<指定一个文件作为输入，>指定一个文件写入输出

示例：

#include 

int main(int argc, char const *argv[])
{
    int num;
    int i1 = scanf("%i", &num);
    int i2 = printf("%d\n", num);
    printf("%d:%d\n", i1, i2);
    
    return 0;
}
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用cat打开一个文件，重定向到一个文件从而可以往里写内容

 

 

FILE

stdio.h头文件里已经声明了FILE*类型

 

 

打开文件的标准代码

指针变量fp指向一个FILE结构，该结构代表了打开文件的一些信息

fopen没有打开文件会返回NULL

 

示例：

#include 

int main(int argc, char const *argv[])
{
    FILE *fp = fopen("12.in", "r");
    if ( fp ) {
        int num;
        fscanf(fp, "%d", &num);
        printf("%d\n", num);
        fclose(fp);
    } else {
        printf("无法打开文件\n");
    }
    return 0;
}
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fopen

 

二进制文件

之前见的所有文件都是文本文件，输入输出都是文本方式。当printf一个int时实际上是把这个int格式化成人可读的字符串形式，该int在计算机内部是二进制形式，用4B表达。当输入一个int时，scanf扫描输入字符串从中识别出int填到一个int类型变量里

 

二进制文件

其实所有的文件最终都是二进制的，只不过文本文件表现为人可以阅读的形式，无非就是可以用最简单的方式读写

在Unix下，有很多简单的工具对文本文件进行操作，如可用more，tail，cat，vi打开和编辑文件。但是二进制文件，如可执行文件、JPG图片、MP3音频等需要专门的程序来查看和读写

 

 

文本 vs 二进制

Unix喜欢用文本文件来做数据存储和程序配置

• 交互式终端的出现使得人们可以喜欢用文本和计算机“talk”，输入和输出可见都是文本
• Unix的shell提供了一些可以读写的程序

Windows喜欢用二进制文件

• DOS是草根文化，并不继承和熟悉Unix文件
• PC刚开始的时候能力有限，DOS的能力更有先，二进制更接近底层

 

文本的优势是方便人类读写，而且跨平台。文本的缺点是程序输入输出需要格式化，开销大

二进制的的缺点是人类读写困难，而且不跨平台（int的大小不一致，大小端的问题 …）。二进制的优点是程序读写快

 

 

程序为什么要操作文件

配置：程序有配置信息，比如窗口大小、字体颜色等等。Unix传统用文本文件配置数据，直接用vi就能编辑。Windows传统将这些配置数据写在注册表里，注册表是一个非常大的二进制文件，整个Windows所有软件的配置信息都写在里面，需要用专门的工具如regedit注册表编辑器才能编辑

数据： 稍微有点量的数据都放数据库了。有数据库的接口库，用函数调用读写数据库

媒体：图片、声音、视频等肯定是二进制的

现实是，程序通过第三方库来读写文件，很少直接读写二进制文件了

 

 

二进制读写

ptr指向要读写的内存，size表示这块内存有多大，nitems表示有几个这样的内存，stream是文件指针

二进制文件的读写一般都是通过对一个结构变量的操作来进行的，要写的数据在一个结构里，一次写一个或多个结构。所以size其实指的是一个结构的大小，nitems就是用来说明这次读写几个结构变量

 

示例：

 

 

 

 

用图形工具打开二进制文件student.data，左边是二进制数据，右边试图把这些二进制数据变成字符串让用户看到

 

 

在文件中定位

 

示例：

 

 

可移植性

这样的二进制不具有可移植性。如在int为32位的机器上写成的数据文件无法直接在int为64位的机器上正确读出

解决方案之一是放弃使用int，而是typedef具有明确大小的类型

更好的方案是用文本

 

位运算

按位运算

按位运算

C有这些按位运算的运算符

• & 按位的与
• | 按位的或
• ~ 按位取反
• ^ 按位的异或
• << 左移
• >> 右移

 

按位与&

如果$(x{)}_i==1$并且$(y{)}_i==1$，那么$(x\&y{)}_i=1$，否则$(x\&y{)}_i=0$

按位与常用于两种应用：

• 让某一位或某些位为0：x & 0xFE
• 去某一个数中的某一段：x & 0xFF

 

 

按位或|

如果$(x{)}_i==1$或$(y{)}_i==1$，那么$(x|y{)}_i=1$，否则$(x|y{)}_i=0$

按位或常用于两种应用：

• 让某一位或某些位为1：x | 0x01
• 把两个数拼起来：0x00FF & 0xFF00

 

 

按位取反~

$(\sim x{)}_i=1-(x{)}_i$，把1位变0，0位变1

• 想得到全部位为1的数：~0
• 7的二进制是0111，x | 7使得低3位为1，而x & ~7就使得低3位为0

 

按位取反和算补码不一样，算补码要做减法

 

示例：

0xAA的按位取反和做补码

#include 

int main(int argc, char const *argv[])
{
    unsigned char c = 0xAA;
    printf(" c=%hhx\n", c);
    printf("~c=%hhx\n", (char)~c);
    printf("-c=%hhx\n", (char)-c);
    return 0;
}
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 c=aa
~c=55
-c=56
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3

有符号数求相反数的实现就是求补码

按位取反和做补码计算结果是int，期望作为一个字节大小的整数输出，所以类型转换为char

 

 

逻辑运算 vs 按位运算

对于逻辑运算，它只看到两个值：0和1

可以认为逻辑运算相当于把所有非0值都变成1，然后做按位运算

示例：

5 & 4 —> 4 而 5 && 4 —> 1 & 1 —> 1

5 | 4 —> 5 而 5 || 4 —> 1 | 1 —> 1

~4 —> 3 而 !4 —> !1 —> 0

 

 

按位异或^

如果$(x{)}_i==(y{)}_i$，那么$(x\text{^}y{)}_i=0$，否则$(x\text{^}y{)}_i=1$

• 如果x和y相等，那么x ^ y的结果为0
• 对一个变量用同一个值异或两次，等于什么也没做：x ^ y ^ y 等于x

 

移位运算

左移<<

i << j i中所有的位向左移动j个位置，而右边填入0

所有小于int的类型，移位以int的方式来做，结果是int

x << 1等价于$x=x\times 2$，x << n等价于$x=x\times 2^n$，最多可以移多少位取决于int有多大

 

示例：

#include 

int main(int argc, char const *argv[])
{
    unsigned char c = 0xA5;
    printf("   c=%hhx\n", c);
    printf("c<<2=%hhx\n", c<<2);
    return 0;
}
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编译时会产生warning，当前编译器所有的按位运算结果都被当作是int

 

如果将printf("c<<2=%hhx\n", c<<2)改为printf("c<<2=%x\n", c<<2)按照int的方式输出，得

 

如果改为printf(" c=%d\n", c)和printf("c<<2=%d\n", c<<2)当作十进制输出，得

165和660之间是4倍关系

 

 

 

右移>>

i >> j i中所有的位向右移j位

所有小于int的类型，移位以int的方式来做，结果是int

对于unsigned的类型，左边填入0。对于signed的类型，左边填入原来的最高位（保持符号不变）

x >> 1等价于$x=x/2$，x << n等价于$x=x/2^n$

 

示例：

#include 

int main(int argc, char const *argv[])
{
    int a = 0x80000000;
    // 1000000000000...000
    // 11000000...00000000
    
    unsigned int b = 0x80000000;
    printf("a=%d\n", a);
    printf("b=%u\n", b);
    printf("a>>1=%d\n", a>>1);
    printf("b>>1=%u\n", b>>1);
    return 0;
}
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如果将printf("a>>1=%d\n", a>>1)和printf("b>>1=%u\n", b>>1)改为printf("a<<1=%u\n", a<<1)和printf("b<<1=%u\n", b<<1)做左移

 

 

移位的位数不要用负数，这是没用定义的行为

 

位运算例子

输出一个数的二进制

示例：

#include 

int main(int argc, char const *argv[])
{
    int number;
    scanf("%d", &number);
    unsigned mask = 1u<<31;
    for ( ; mask ; mask >>=1 ) {
        printf("%d", number & mask?1:0);
    }
    printf("\n");
    
    return 0;
}
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unsigned mask会被编译器理解为unsigned int mask

1u表示最低位为1的unsigned数

 

按照器件手册在单片机程序中用位运算设置特殊功能寄存器（SFR）

 

位段

 

位段

为了简单地控制多个bit，把一个int的若干位组合成一个结构

示例：

struct {
    unsigned int leading : 3;
    unsigned int FLAG1 : 1;
    unsigned int FLAG2 : 1;
    int trailing : 11;
};
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unsigned int leading : 3;表示这个成员占3个bit，最后可能所有成员放在一个int里，而每一个成员占据其中的某些bit

 

示例2：

#include 

void prtBin(unsigned int number);

struct U0 {
    unsigned int leading : 3;
    unsigned int FLAG1 : 1;
    unsigned int FLAG2 : 1;
    int trailing : 27;
};

int main(int argc, char const *argv[])
{
    struct U0 uu;
    uu.leading = 2;
    uu.FLAG1 = 0;
    uu.FLAG2 = 1;
    uu.trailing = 0;
    printf("sizeof(uu)=%lu\n", sizeof(uu));
    prtBin(*(int*)&uu);
    
    return 0;
}

void prtBin(unsigned int number)
{
    unsigned mask = 1u<<31;
    for ( ; mask ; mask >>=1 ) {
        printf("%d", number & mask?1:0);
    }
    printf("\n");
}
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27
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30
31
32

 

如果注释掉int trailing : 27;和uu.trailing = 0，得

前面的部分没有赋初值

 

如果将int trailing : 27;改为int trailing : 32;，得

此时所有的位数加起来已经超过了32，所以需要两个int来表达这个位段

 

 

可以直接用位段的成员名称来访问，比移位、与、或还方便

编译器会安排其中的位的排列，不具有可移植性，在演示的编译器上从最右边排起，可能别的就是从最左边排起

当最所需的位超过一个int时会采用多个int