C语言编程常见问题解答之数据文件

                                      第4章  数据文件   

    本章重点讨论C语言的强大功能之一 —— 磁盘输入和输出。多年来，最快、最简单的专业程序都是用C语言编写的，并且受益于C语言优化了的文件I／O程序。   
    处理数据文件有时是比较困难的，本章将综合分析这方面的一些常见问题，例如流(stream)、文件模式(文本(text)和二进制(binary))以及文件和目录的处理等。目前，大多数专业程序是面向网络的，因此本章末尾讨论了有关文件共享和一致性控制的一些问题，希望读者认真阅读。此外，本章也讨论了许多与文件有关的问题，例如DOS中的文件句柄和硬件错误处理程序的安装。

    4. 1 当errno为一个非零值时，是否有错误发生?
    许多标准的C库函数都通过全局变量errno向程序传递一个错误号，以表明发生哪种错误，但是，你的程序不应该通过检查errno的值来判定是否发生了错误。通常，被调用的标准的C库函数都有一个返回值，该值将表示是否发生了错误，并且表示是否已给errno赋予了相应的错误号。在没有发生错误或所调用的函数不使用errno时，在errno中很可能仍然保留着一个错误号。有时，为了改善运行速度，使用errno的函数并不将errno清零。  
    总之，绝对不能单凭errno的值来判定是否发生了错误，而应该根据函数的返回值来判定是否应该检查errno的值。请参考你所使用的编译程序的有关文档，看看哪些函数使用了errno全局变量，以及errno的有效值清单。

    4. 2 什么是流(stream)?
    流是程序输入或输出的一个连续的字节序列，设备(例如鼠标、键盘、磁盘、屏幕、调制解调器和打印机)的输入和输出都是用流来处理的。在C语言中，所有的流均以文件的形式出现----不一定是物理磁盘文件，还可以是对应于某个输入／输出源的逻辑文件。C语言提供了5种标准的流，你的程序在任何时候都可以使用它们，并且不必打开或关闭它们。以下列出了这5种标准的流。
------------------------------------------------
    名称          描  述            例  子
------------------------------------------------
    stdin        标准输入           键盘
    stdout       标准输出            屏幕
    stderr       标准错误            屏幕
    stdprn       标准打印机          LPT1端口
    stdaux       标准串行设备        COM1端口
------------------------------------------------
    需要注重的是，stdprn和stdaux并不总是预先定义好的，因为LPT1和COM1端口在某些操作系统中是没有意义的，而stdin，stdout和stderr总是预先定义好的。此外，stdin并不一定来自键盘，stdout也并不一定显示在屏幕上，它们都可以重定向到磁盘文件或其它设备上。

    请参见：
    4．3 怎样重定向一个标准流?
    4．4 怎样恢复一个重定向了的标准流?
    4．5 stdout能被强制打印到非屏幕设备上吗?

    4．3 怎样重定向一个标准流?
    包括DOS在内的大多数操作系统，都提供了将程序的输入和输出重定向到不同设备上的手段。这就是说，程序的输出并不一定是到屏幕上，还可以重定向到文件或打印机端口上；程序的输入并不一定来自键盘，还可以重定向到文件上。
    在DOS中，重定向是通过重定向字符“<”和“>”来实现的。例如，假如你要求程序PRINTIT．EXE的输入来自文件STRINGS．TXT，你就可以在DOS提示符下键入如下命令：
    C:\>PRINTIT<STRINGS．TXT
   请注重，可执行文件的名称总是第一个出现。“<”符号告诉DOS将STRINGS．TXT中的字符串作为程序PRINTIT．EXE的输入。关于重定向stdout标准流的例子请看4. 5。
    标准流的重定向并不一定总在操作系统下进行，在程序内部，用标准C库函数freopen()同样可以重定向标准流。例如，假如你要求在程序内部将标准流stdout重定向到文件OUTPUT．TXT，你就可以象下面这样使用freopen()函数：
    freopen("output．txt"，"w"，stdout);
    现在，程序中每条输出语句(例如prinft()；puts()，putch()等)输出的内容都将出现在文件OUTPUT．TXT中。

   请参见：
    4．2 什么是流(stream)?
    4．4 怎样恢复一个重定向了的标准流?
    4．5 stdout能被强制打印到非屏幕设备上吗?
  
    4．4 怎样恢复一个重定向了的标准流?
    4．3中的例子演示了如何在程序内部重定向标准流。假如要将重定向了的标准流恢复到初始状态，可以使用标准C库函数dup()和fdopen()。
    dup()函数可以复制一个文件句柄，你可以用dup()函数保存对应于stdout标准流的文件句柄。fdopen()函数可以打开一个已用dup()函数复制了的流。这样，你就可以重定向并恢复标准流，请看下例：   

#include <stdio.h>
void main(void);
void main(void)
{
    int orig-stdout;
    / * Duplicate the stdout file handle and store it in orig_stdout.  */
    orig_stdout = dup (fileno (stdout));
    / * This text appears on-screen.  * /
    printf("Writing to original stdout... \n") ;
    / * Reopen stdout and redirect it to the "redir. txt" file.  * /
    freopen("redir.txt", "w", stdout);
    / * This text appears in the "redir. txt" file.  * /
    printf("Writing to redirected stdout.., \n");
    /* Close the redirected stdout.  * /
    fclose (stdout);
    / * Restore the original stdout and print to the screen again.  * /
    fdopen(orig_stdout, "w" );
    printf("I'm back writing to the original stdout. \n");
}

   4．2 什么是流(stream)?
    4．3 怎样重定向一个标准流?
    4. 5 stdout能被强制打印到非屏幕设备上吗?

    4. 5 stdout能被强制打印到非屏幕设备上吗?
    尽管标准流stdout的缺省方式是打印在屏幕上，但你可以将它重定向到其它设备上。请看下面的例子：
  /* redir.c */
  #include<stdio.h>   
  void main(void);
  void main(void)
  {
      printf(”Let's get redirectedI＼n”)，
  }
  在DOS提示符下，通过重定向字符“>”，可以将上例对应的可执行程序的输出重定向到非屏幕设备上。例如，下例将该程序的输出重定向到prn设备(通常就是连接到LPTl端口的打印机)上：   

C:\>REDIR>PRN

同样，你也可以将该程序的输出重定向到一个文件上，请看下例：
    C：\>REDIR>REDIR．OUT   
    在上例中，原来在屏幕上显示的输出内容将全部写入文件REDIR．OUT中。

    请参见：   
    4．2什么是流(stream)?
    4．3怎样重定向一个标准流?
    4．4怎样恢复一个重定向了的标准流?

    4. 6  文本模式(textmode)和二进制模式(binarymode)有什么区别?
    流可以分为两种类型：文本流和二进制流。文本流是解释性的，最长可达2 55个字符，其中回车/换行将被转换为换行符“\n”，反之亦然。二进制流是非解释性的，一次处理一个字符，并且不转换字符。   
    通常，文本流用来读写标准的文本文件，或者将字符输出到屏幕或打印机，或者接受键盘的输入；而二进制流用来读写二进制文件(例如图形或字处理文档)，或者读取鼠标输入，或者读写调制解调器。   

    请参见：
    4．18怎样读写以逗号分界的文本?

    4．7  怎样判定是使用流函数还是使用低级函数?
  流函数(如fread()和fwrite())带缓冲区，在读写文本或二进制文件时效率更高。因此，一般来说，使用流函数比使用不带缓冲区的低级函数(如read()和write())会使程序性能更好。
    然而，在多用户环境中，文件需要共享，文件中的一部分会不断地被加锁、读、写或解锁，这时流函数的性能就不如低级函数好，因为共享文件的内容变化频繁，很难对它进行缓冲。因此，通常用带缓冲区的流函数存取非共享文件，用低级函数存取共享文件。

    4．8  怎样列出某个目录下的文件?
    C语言本身没有提供象dir_list()这样的函数来列出某个目录下所有的文件。不过，利用C语言的几个目录函数，你可以自己编写一个dir_list()函数。   
   首先，头文件dos．h定义了一个find_t结构，它可以描述DOS下的文件信息，包括文件名、时间、日期、大小和属性。其次，C编译程序库中有_dos_findfirst()和_dos_findnext()这样两个函数，利用它们可以找到某个目录下符合查找要求的第一个或下一个文件。   
    dos_findfirst()函数有三个参数，第一个参数指明要查找的文件名，例如你可以用“*.*”指明要查找某个目录下的所有文件。第二个参数指明要查找的文件属性，例如你可以指明只查找隐含文件或子目录。第三个参数是指向一个find_t变量的指针，查找到的文件的有关信息将存放到该变量中。   
    dos_findnext()函数在相应的目录中继续查找由_dos_findfirst()函数的第一个参数指明的文件。_dos_findnext()函数只有一个参数，它同样是指向一个find_t变量的指针，查找到刚文件的有关信息同样将存放到该变量中。
    利用上述两个函数和find_t结构，你就可以遍历磁盘上的某个目录，并列出该目录下所有的文件，请看下例：   

#include <stdio.h>
#include <direct.h>
#include <dos.h>
#include <malloc.h>
#include <memory.h>
#include <string.h>
typedef struct find_t FILE_BLOCK
void main(void);
void main(void)
{
      FILE_BLOCK f-block;         /* Define the find_t structure variable * /
      int   ret_code;             / * Define a variable to store the return codes * /
      / * Use the "*.*" file mask and the 0xFF attribute mask to list
           all files in the directory, including system files, hidden
           files, and subdirectory names.  * /
      ret_code = _dos_findfirst(" *. * ", 0xFF, &f_block);
      /* The _dos_findfirst() function returns a 0 when it is successful
         and has found a valid filename in the directory.  * /
     while (ret_code == 0)
     {
          /* Print the file's name * /
          printf(" %-12s\n, f_block, name);
          / * Use the -dos_findnext() function to look
               for the next file in the directory.  * /
          ret_code = _dos_findnext (&f_block);
     }
     printf("\nEnd of directory listing. \n" );
}

    请参见：
    4. 9  怎样列出一个文件的日期和时间?
    4. 10 怎样对某个目录下的文件名进行排序?
    4. 11 怎样判定一个文件的属性?

    4. 9  怎样列出一个文件的日期和时间?
在_dos_findirst()和_dos_findfnext()函数所返回的find_t结构中(请参见4．8)，存放着查找到的文件的日期和时间，因此，只要对4．8中的例子稍作改动，就可以列出每个文件的日
  期、时间和文件名。
    文件的日期和时间存放在结构成员find_t.wr_date和find_t.wr_time中。文件的时间存放在一个双字节的无符号整数中，见下表：   
-------------------------------------------------------------   
  元  素    位域大小               取值范围
-------------------------------------------------------------
    秒        5位             0—29(乘以2后为秒值)
    分        6位             0—59
    时        5位             0—23
-------------------------------------------------------------
    文件的日期同样也存放在一个双字节的无符号整数中，见下表：
-------------------------------------------------------------
  元  素    位域大小             取值范围
-------------------------------------------------------------
    日        5位                1—31
    月        4位                1—12   
    年        7位                1--127(加上1980后为年值)
-------------------------------------------------------------
    因为DOS存储文件的秒数的间隔为两秒，所以只需使用0--29这个范围内的值。此外，DOS产生于1980年，因此文件的日期不可能早于1980年，你必须加上“1980”这个值才能得到真正的年值。
    以下是列出某个目录下所有的文件及其日期和时间的一个例子:

#include <stdio.h>
#include <direct.h>
#include <dos. h>
#include <malloc.h>
#include <memory.h>
#include <string.h>
typedef struct find_t FILE_BLOCK
void main(void);
void main(void)
{
      FILE_BLOCK f_block;  /* Define the find-t structure variable * /
      int ret-code;        / * Define a variable to store return codes * /
      int hour;            / * We're going to use a 12-hour clockl * /
      char * am_pm;        / * Used to print "am" or "pm" * /

      printf("\nDireetory listing of all files in this directory:\n\n");
      / * Use the ' *. * ' file mask and the 0xFF attribute mask to list
           all files in the directory, including system files, hidden
           files, and subdirectory names.  * /

      ret_code = _dos_findfirst(" *.* ", 0xFF, &f_block);
/* The_dos_findfirst() function returns a 0 when it is successful
  and has found a valid filename in the directory.  * /
    while (ret_code == 0)
    {
         / * Convert from a 24-hour format to a 12-hour format.  * /
         hour = (f_block. wr_time>>11);
         if (hour > 12)
         {
              hour = hour - 12;
              am_pm = "pm";
         }
         else
              am_pm="am";
         / * Print the file's name, date stamp, and time stamp.  * /
         printf("%-12s %2d/%2d/%4d  %2d:%2d:%02d %s\n",
                      f_block.name,                        / * name * /
                      (f-block.wr_date >> 5) & 0x0F,       / * month * /
                      (f_block.wr_date) & 0x1F,            / * day   * /
                      (f_block.wr_date >> 9) + 1980 ,      / * year * /
                      hour,                                / * hour * /
                      (f-block. wr_time >> 5) & 0x3F,      / * minute * /
                      (f_block. wr_time & 0x1F) * 2,       / * seconds * /
                      am_pm);
         /* Use the _ dos_findnext() function to look
              for the next file in the directory.  * /
 
         ret_code = _dos_findnext (&f_block);
    }
    printf("\End of directory listing. \n" );
}

   请注重，为了获得时间变量和日期变量的各个元素，要进行大量移位操作和位处理操作，假如你非常讨厌这些操作，你可以自己定义一个find_t这样的结构，并为C语言定义的find_t结构和你自己定义的结构创建一个共用体(请看下例)，从而改进上例中的代码。   

/ * This is the find_t structure as defined by ANSI C.  * /
struct find_t
{
     char reserved[21];
     char attrib;
     unsigned wr_time;
    unsigned wr_date;
     long size;
     char name[13];
/ * This is a custom find_t structure where we
     separate out the bits used for date and time.  * /
struet my_find_t
{
     char reserved[21];
     char attrib;
     unstgned seconds: 5;
     unsigned minutes: 6;
     unsigned hours: 5;
     unsigned day: 5;
     unstgned month: 4;
     unsigned year: 7;
     long size;
     char name[13];
}

/* Now, create a union between these two strucures
   so that we can more easily access the elements of
     wr_date and wr_time.  * /

union file_info
{
      struct find_t ft;
      struct my_find_t mft;
}

    用上例中的自定义结构和共用体，你就可以象下例这样来抽取日期变量和时间变量的各个元素，而不必再进行移位操作和位处理操作了：

...
file_info my_file;
...
printf(" %-12s %2d/%2d/%4d %2d: %2d: %2d %s\n",
             my_file, mfr.name,               / * name       * /
             my-file, mfr.month,              / * moth       * /
             my_file, mfr.day,                / * day        * /
             (my-file. mft.year + 1980),      / * year       * /
             my-file, raft. hours,            / * hour       * /
             my- file. mfr. minutes,          / * minute     * /
             (my_file. mft. seconds * 2),     / * deconds    * /
             am_pm);

    请参见：
    4．8  怎样列出某个目录下的文件?
    4．10 怎样对某个目录下的文件名进行排序?
    4. 11 怎样判定一个文件的属性?

    4．10  怎样对某个目录下的文件名进行排序?
    在4．8的例子中，用_dos_findfirst()和_dos_findnext()函数遍历目录结构，每找到一个文件名，就把它打印在屏幕上，因此，文件名是逐个被找到并列出来的。
    当你对某个目录下的文件名进行排序时，这种逐个处理的方式是行不通的。你必须先将文件名存储起来,当所有的文件名都找到后，再对它们进行排序。为了完成这项任务，你可以建立一个指向find_t结构的指针数组，这样，每找到一个文件名，就可以为相应的find_t结构分配一块内存，将其存储起来。当所有的文件名都找到后，就可以用qsort()函数按文件名对所得到的find_t结构数组进行排序了。
    qsort()函数是一个标准C库函数，它有4个参数：指向待排数组的指针，待排元素的数目，每个元素的大小，指向用来比较待排数组中两个元素的函数的指针。比较函数是你要提供的一个用户自定义函数，根据所比较的第一个元素是大于、小于或等于第二个元素，它将返回一个大于、小于或等于0的值。
    请看下例：
#include <stdio.h>
#include <direct.h>
#include <dos.h>
#include <malloc.h>
#include <memory.h>
#include <string.h>
typedef struct find_t FILE_BLOCK ;
int sort_files(FILE_BLOCK * * , FILE-BLOCK * * );
void main(void);
void main(void)
{
      FILE_BLOCK f_block;        /* Define the find_t structure variable * /
      int ret_code;              /* Define a variable to store the retur
                                                  codes * /
      FILE_BLOCK * * file_block; /* Used to sort the files * /
      int file_count;            / * Used to count the flies * /
      int x;                     / * Counter variable * /
      file_count = -1;
      / * Allocate room to hold up to 512 directory entries.  * /
      file_list = (FILE_BLOCK * * ) malloc(sizeof(FILE_BLOCK * ) * 512);
      printf("\nDirectory listing of all files in this directory ; \n\n");
      / * Use the " *. * " file mask and the 0xFF attribute mask to list
            all files in the directory, including system files, hidden
            files, and subdirectory names.  * /
      ret_code = _dos_findfirst(" *.* ", 0xFF, &f_block);
      / * The _dos_findfirst() function returns a 0 when it is successful
          and has found a valid filename in the directory.  * /
      while (ret_code == 0 && file_count < 512)
      {
           / * Add this filename to the file list * /
           file_list[++ file_count] =
                 (FILE_BLOCK * ) malloc (sizeof(FILE_BLOCK));
            * flile_list[file_count] = f_block;
           /* Use the _dos_findnext() function to look
                for the next file in the directory.  * /
           ret_code = _dos_findnext (&f_block);
      }
      /* Sort the files * /
      qsort(file_list, file_count, sizeof(FILE_BLOCK * ), sort_files);
       / * Now, iterate through the sorted array of filenames and
            print each entry.  * /
      for (x=0; x<file_count; x++)
      {
           printf(" %-12s\n", file_list[x]->name);
      }
      printf("\nEnd of directory listing. \n" );
}
int sort_files(FILE_BLOCK* * a, FILE_BLOCK* * b)
{
      return (strcmp((*a)->name, (*b)->name));
}

    在上例中，由用户自定义的函数sort_files()来比较两个文件名，它的返回值实际就是标准C库函数strcmp()的返回值。只要相应地改变sort_files()函数的操作对象，上例就可按日期、时间或扩展名进行排序。   

    请参见：
    4．8  怎样列出某个目录下的文件?
    4．9  怎样列出一个文件的日期和时间?
    4. 11 怎样判定一个文件的属性?