Основы файловой системы

Тема 6 Файловый ввод-вывод

Потоки и файлы

В системе ввода/вывода С для программ поддерживается единый интерфейс, не зависящий от того, к какому конкретному устройству осуществляется доступ. То есть в этой системе между программой и устройством находится нечто более общее, чем само устройство. Такое обобщенное устройство ввода или вывода (устройство более высокого уровня абстракции) называется потоком, в то время как конкретное устройство называется файлом. (Впрочем, файл – тоже понятие абстрактное.) Очень важно понимать, каким образом происходит взаимодействие потоков и файлов.

Потоки ввода-вывода

Файловая система языка С предназначена для работы с самыми разными устройствами, в том числе терминалами, дисководами и накопителями. Даже если какое-то устройство сильно отличается от других, буферизованная файловая система все равно представит его в виде логического устройства, которое называется потоком. Все потоки ведут себя похожим образом. И так как они в основном не зависят от физических устройств, то та же самая функция, которая выполняет запись в дисковый файл, может эту же операцию выполнять и на другом устройстве, например, на консоли. Потоки бывают двух видов: текстовые и двоичные.

Текстовый поток – это последовательность символов, получаемых путём преобразования данных, хранящихся в оперативной памяти, в данные, хранимые на внешнем устройстве (или наоборот) в соответствии с кодовой таблицей. В стандарте С считается, что текстовый поток организован в виде строк, каждая из которых заканчивается символом новой строки. Однако в конце последней строки этот символ не является обязательным. При этом количество символов, которые пишутся (или читаются), и тех, которые хранятся на внешнем устройстве, может отличаться.

Двоичный поток – это последовательность байтов, которая взаимно однозначно соответствует байтам на внешнем устройстве, причем никакого преобразования символов не происходит. Кроме того, количество тех байтов, которые пишутся (читаются), и тех, которые хранятся на внешнем устройстве, одинаково. Однако в конце двоичного потока может добавляться определённое количество нулевых байтов. Они могут использоваться для заполнения свободного места в блоке памяти незначащей информацией, чтобы она в точности заполнила сектор на диске.

Файлы

В языке С файлом может быть все что угодно, начиная с дискового файла и заканчивая терминалом или принтером. Поток связывают с определенным файлом, выполняя операцию открытия. Как только файл открыт, можно проводить обмен информацией между ним и программой.

Но не у всех файлов одинаковые возможности. Например, к дисковому файлу прямой доступ возможен, в то время как к некоторым принтерам – нет. Таким образом, важный принцип системы ввода/вывода языка С следующий: все потоки одинаковы, а файлы – нет.

Файл отсоединяется от определенного потока (т.е. разрывается связь между файлом и потоком) с помощью операции закрытия. При закрытии файла, открытого с целью вывода, содержимое связанного с ним потока записывается на внешнее устройство. Если программа завершает работу нормально, то все файлы закрываются автоматически. В случае аварийного завершения работы программы файлы не закрываются.

Основная цель разграничения потоков и файлов – это обеспечить единый интерфейс. Для выполнения всех операций ввода/вывода следует использовать только понятия потоков и применять всего лишь одну файловую систему. Ввод или вывод от каждого устройства автоматически преобразуется системой ввода/вывода в легко управляемый поток.

Основы файловой системы

Файловая система языка С состоит из нескольких взаимосвязанных функций. Самые распространенные из них показаны в таблице 9.1. Они объявлены в заголовочном файле <stdio.h>.

Таблица 6.1. Часто используемые функции файловой системы С

Имя	Действие
fopen()	Открывает файл
fclose()	Закрывает файл
fseek()	Устанавливает указатель записи/чтения файла в определённую позицию
ftell()	Возвращает текущее значение указателя текущей позиции в файле
fprintf()	Для файла то же, что printf() для консоли
fscanf()	Для файла то же, что scanf() для консоли
feof()	Возвращает значение true (истина), если достигнут конец файла
ferror()	Возвращает значение true, если произошла ошибка
remove()	Стирает файл
fflush()	Дозапись потока в файл

Указатель файла (файловая переменная) – это то, что соединяет в единое целое всю систему ввода/вывода языка С. Указатель файла – это указатель на структуру типа FILE. Он указывает на структурную переменную, содержащую различные сведения о файле, например, его имя, статус и позицию курсора файла. В сущности, указатель файла определяет конкретный файл и используется соответствующим потоком при выполнении функций ввода/вывода. Чтобы выполнять в файлах операции чтения и записи, программы должны использовать указатели соответствующих файлов. Пример объявления указателя файла (или файловой переменной):

FILE *fp;