Что такое файл в программировании

Обновлено: 05.07.2024

Компьютерный файл — это компьютерный ресурс для дискретной записи данных на запоминающее устройство компьютера. Как слова можно записать на бумагу, так и информацию можно записать в компьютерный файл.

Существуют разные типы компьютерных файлов, предназначенные для разных целей. Файл может быть предназначен для хранения изображения, письменного сообщения, видео, компьютерной программы или множества других типов данных. Некоторые типы файлов могут хранить несколько типов информации одновременно.

С помощью компьютерных программ человек может открывать, читать, изменять и закрывать компьютерный файл. Компьютерные файлы могут быть повторно открыты, изменены и скопированы произвольное количество раз. [1]

Обсуждение

В компьютерном программировании стандартные потоки представляют собой предварительно подключенные входные и выходные каналы связи между компьютерной программой и ее средой, когда она начинает выполняться. Три соединения ввода-вывода (I/O) называются стандартным вводом (stdin — клавиатура), стандартным выводом (stdout — изначально принтер) и стандартной ошибкой (stderr — монитор). Потоки могут быть перенаправлены на другие устройства и/или файлы. В текущих средах стандартный вывод обычно перенаправляется на монитор. [2]

Компьютерные файлы хранятся на вторичных запоминающих устройствах и используются для сохранения программных данных с течением времени. Большинство языков программирования имеют встроенные функции или библиотеки для поддержки обработки файлов как текстовых потоков. Нам нужно понять, как открывать, читать, записывать и закрывать текстовые файлы. Объясняются следующие термины ввода/вывода файлов:

Текстовый файл — файл, состоящий из символов из набора кодов символов ASCII. Текстовые файлы (также известные как текстовые файлы ASCII) содержат символьные данные. Когда мы создаем текстовый файл, мы обычно думаем, что он состоит из набора строк. В каждой строке есть несколько символов (включая пробелы, знаки препинания и т. д.), и мы обычно заканчиваем строку возвратом (символом в кодовом наборе символов ASCII). Возврат также известен как символ новой строки. Скорее всего, вы уже знакомы с escape-кодом \n, который используется во многих языках программирования для обозначения символа возврата при использовании в литеральной строке.

Имя файла — имя и его расширение. Большинство операционных систем имеют ограничения на использование символов в именах файлов. Пример Lab_05.txt

Поскольку некоторые операционные системы не допускают использование пробелов, мы рекомендуем использовать символ подчеркивания там, где это необходимо для пробела в имени файла.

Путь (Filespec) — расположение файла вместе с его именем. Filespec — это сокращение от спецификации файла. В большинстве операционных систем есть набор правил, как указывать диск и каталог (или путь через несколько уровней каталога) вместе с именем файла. Пример: C:\myfiles\cosc_1436\Lab_05.txt

Поскольку некоторые операционные системы не позволяют использовать пробелы, мы рекомендуем вам использовать символ подчеркивания там, где это необходимо, при создании папок или подкаталогов.

Открыть. Ваша программа запрашивает у операционной системы доступ к существующему файлу или открытие нового файла. В большинстве современных языков программирования существует файловый тип данных, который используется для обработки файлов. Файловая переменная будет использоваться для хранения токена устройства, который операционная система присваивает открываемому файлу. Открытая функция или метод используется для извлечения токена устройства и обычно требует как минимум два параметра: путь и режим (чтение, запись, добавление или их комбинация). Соответствующий псевдокод будет таким:

Функция open предоставляет операционной системе возвращаемое значение токена устройства, которое сохраняется в переменной с именем data.

Определение правильности открытия файла считается хорошей практикой программирования. Причина, по которой операционная система обычно не может открыть файл, заключается в том, что спецификация файла неверна (в некоторых операционных системах написана ошибка или не указан регистр) или файл не хранится в указанном месте. Доступ к файлам, хранящимся в сети или Интернете, может завершиться ошибкой из-за сетевой ошибки.

Проверка правильности открытия файла выполняется с помощью структуры контроля условий. Эта структура может быть оператором if-then-else или обработчиком ошибок try-catch/try-except, в зависимости от используемого языка программирования.

Чтение — перемещение данных с открытого устройства в область памяти, указанную в вашей программе. Например:
text = read(datafile)
или
text = datafile.read()

Запись — перемещение данных из области памяти, определенной в вашей программе, на открытое устройство. Например:
write(datafile, text)
или
datafile.write(text)

Закрыть: ваша программа запрашивает операционную систему, чтобы освободить ранее открытый файл. Есть две причины закрыть файл. Во-первых, он освобождает файл и освобождает связанные с ним ресурсы операционной системы.Во-вторых, при закрытии файла, который был открыт для вывода; он очистит буфер операционной системы и гарантирует, что все данные физически сохранены в выходном файле. Например:

close(datafile)
или
datafile.close()

Использование / С — оболочка вокруг блока обработки, которая автоматически закрывает открытые ресурсы, доступные в некоторых языках программирования. Например:

Ключевые термины

close Ваша программа запрашивает операционную систему, чтобы освободить ранее открытый файл. токен устройства Значение ключа, предоставляемое операционной системой для связывания устройства с вашей программой. имя файла Имя и его расширение. filespec Расположение файла вместе с его именем. open Ваша программа запрашивает у операционной системы доступ к существующему файлу или открытие нового файла. read Перемещение данных с устройства, которое было открыто, в ячейку памяти, указанную в вашей программе. поток Последовательность элементов данных, доступных с течением времени. [3] stdin Стандартный поток ввода, обычно клавиатура. [4] stderr Стандартный поток ошибок вывода, обычно монитор. [5] stdout Стандартный поток вывода, первоначально принтер, но теперь обычно монитор. [6] текстовый файл Файл, состоящий из символов из набора кодов символов ASCII. использование / с Оболочкой вокруг блока обработки, которая автоматически закроет открытые ресурсы. write Перемещение данных из области памяти, определенной в вашей программе, на открытое устройство.

Файл может относиться к любому из следующего:

<р>1. Файл — это объект на компьютере, в котором хранятся данные, информация, настройки или команды, используемые с компьютерной программой. На компьютере есть три типа файлов: файлы приложений, файлы данных и системные файлы.

В GUI (графическом пользовательском интерфейсе), таком как Microsoft Windows, файлы отображаются в виде значков, относящихся к программе, открывающей файл. Например, все значки PDF выглядят одинаково и открываются в Adobe Acrobat или программе чтения, связанной с файлами PDF. Если программа связана с программой, двойной щелчок по значку открывает ее в программе по умолчанию.

Как создаются файлы?

Файл создается с помощью компьютерной программы. Например, для создания текстового файла вы должны использовать текстовый редактор, для создания файла изображения — редактор изображений, а для создания документа — текстовый процессор.

Где хранятся файлы?

Компьютерные файлы хранятся на диске (например, на жестком диске), диске (например, DVD) и дискете (например, на гибком диске) и могут находиться в папке (каталоге) на этом носителе.

Сохраняя файл на свой компьютер, вы сохраняете файл на жесткий диск.

Управление файлами

Пользователи компьютеров Microsoft Windows могут просматривать, управлять и упорядочивать свои файлы с помощью Проводника Windows, а пользователи Apple могут использовать Finder. Дополнительную информацию об управлении файлами см. в нашем определении файловой системы.

Расширения файлов и типы файлов

Сегодня на компьютерах используются миллионы файлов, которые идентифицируются либо по расширению файла, либо по данным файла. Например, изображение проводника Windows выше — это файл «Regedit.exe». «Regedit» — это имя файла, а «.exe» — это расширение файла, которое идентифицирует файл как исполняемый файл. Следующий файл «RtlExUpd.dll» — это DLL-файл и еще один пример файла.

В новых версиях Windows расширения файлов по умолчанию скрыты. Если расширения файлов скрыты, вы также можете получить общее представление о типе файла, взглянув на столбец Тип. В приведенном выше примере файл «Regedit.exe» является «приложением», а файл «RtlExUpd.dll» — «расширением приложения».

Какой длины может быть файл?

В более ранних версиях Microsoft Windows и MS-DOS используется соглашение об именах файлов, называемое форматом 8.3. Это соглашение поддерживало максимальное имя файла из восьми символов и до трех символов в расширении.

С появлением Windows 95 Windows присоединилась к другим операционным системам в поддержке длинных имен файлов. Теперь все последние версии Windows могут поддерживать имена файлов длиной до 255 символов.

Почему у файлов разные значки?

Поскольку существуют тысячи различных форматов файлов, для определения типа файла или связанной с ним программы используются разные значки. Например, при прокрутке сотен файлов текстовый файл можно определить по значку файла, который выглядит как блокнот.Наличие уникальных значков также полезно, когда расширения файлов скрыты.

Иконка файла чаще всего меняется, когда изменяется программа по умолчанию, используемая для открытия файла.

Недопустимые символы файла

В большинстве операционных систем указанные ниже символы считаются недопустимыми и не могут использоваться. Попытка создать файл с этими символами в имени файла приведет к ошибке или сделает файл недоступным.

Кроме того, многие операционные системы, включая Windows, имеют зарезервированные слова, которые также нельзя включать в имена файлов. Примеры зарезервированных слов см. в определении зарезервированных слов.

Чем файлы отличаются от каталога или папки?

Каталог (папка) — это область на компьютере, содержащая другие каталоги и файлы, которая помогает поддерживать порядок на компьютере. Файлы могут содержаться в каталоге и содержать информацию, используемую операционной системой или другими программами на компьютере. См. нашу страницу каталогов для получения дополнительной информации о каталогах.

Дополнительная информация

<р>2. Команда Linux, дополнительную информацию об этой команде см. на странице команды файла.

Компьютерный файл используется для хранения данных в цифровом формате, таких как обычный текст, данные изображения или любой другой контент. Компьютерные файлы могут быть организованы в разных каталогах. Файлы используются для хранения цифровых данных, а каталоги — для хранения файлов.

Компьютерные файлы можно рассматривать как цифровой аналог бумажных документов. При программировании вы храните исходный код в текстовых файлах с разными расширениями, например, файлы программирования C заканчиваются расширением .c, файлы программирования Java — .java, а файлы программирования Python — .py.

Ввод/вывод файла

Обычно вы создаете файлы с помощью текстовых редакторов, таких как блокнот, MS Word, MS Excel или MS Powerpoint и т. д. Однако во многих случаях нам необходимо создавать файлы и с помощью компьютерных программ. Мы можем изменить существующий файл с помощью компьютерной программы.

Ввод в файл означает данные, которые записываются в файл, а вывод в файл означает данные, которые считываются из файла. На самом деле термины ввода и вывода больше связаны с вводом и выводом на экран. Когда мы отображаем результат на экране, это называется выводом. Точно так же, если мы предоставляем какой-либо ввод в нашу программу из командной строки, он называется вводом.

На данный момент достаточно помнить, что запись в файл — это ввод файла, а чтение чего-либо из файла — вывод файла.

Режимы работы с файлами

Прежде чем мы начнем работать с любым файлом с помощью компьютерной программы, нам нужно либо создать новый файл, если он не существует, либо открыть уже существующий файл. В любом случае мы можем открыть файл в следующих режимах —

Режим только для чтения. Если вы собираетесь просто прочитать существующий файл и не хотите записывать в него какое-либо дополнительное содержимое, вы откроете файл в режиме только для чтения. Почти все языки программирования предоставляют синтаксис для открытия файлов в режиме только для чтения.

Режим только для записи. Если вы собираетесь записывать в существующий файл или во вновь созданный файл, но не хотите читать какое-либо записанное содержимое из этого файла, вы откроете файл в режиме только для записи. Все языки программирования предоставляют синтаксис для открытия файлов в режиме только для записи.

Режим чтения и записи. Если вы собираетесь читать и записывать в один и тот же файл, вы откроете файл в режиме чтения и записи.

Режим добавления — когда вы открываете файл для записи, он позволяет вам начать запись с начала файла; однако он перезапишет существующий контент, если таковой имеется. Предположим, мы не хотим перезаписывать какой-либо существующий контент, тогда мы открываем файл в режиме добавления. Режим добавления в конечном итоге является режимом записи, который позволяет добавлять содержимое в конец файла. Почти все языки программирования предоставляют синтаксис для открытия файлов в режиме добавления.

В следующих разделах мы узнаем, как открыть новый файл, как записать в него запись, а затем как прочитать и добавить в тот же файл дополнительное содержимое.

Открытие файлов

Вы можете использовать функцию fopen() для создания нового файла или для открытия существующего файла. Этот вызов инициализирует объект типа FILE, который содержит всю информацию, необходимую для управления потоком. Вот прототип, т. е. сигнатура вызова этой функции —

Здесь имя файла — это строковый литерал, который вы будете использовать для имени файла, а режим доступа может иметь одно из следующих значений —

Открывает существующий текстовый файл для чтения.

Открывает текстовый файл для записи. Если его нет, то создается новый файл. Здесь ваша программа начнет записывать содержимое с начала файла.

Открывает текстовый файл для записи в режиме добавления. Если его нет, то создается новый файл. Здесь ваша программа начнет добавлять содержимое в существующее содержимое файла.

Открывает текстовый файл для чтения и записи.

Открывает текстовый файл как для чтения, так и для записи.Сначала он усекает файл до нулевой длины, если он существует; в противном случае создает файл, если он не существует.

Открывает текстовый файл как для чтения, так и для записи. Создает файл, если он не существует. Чтение начнется с начала, но запись может быть только добавлена.

Закрытие файла

Чтобы закрыть файл, используйте функцию fclose(). Прототип этой функции —

Функция fclose() возвращает ноль в случае успеха или специальный символ EOF, если при закрытии файла возникла ошибка. Эта функция фактически сбрасывает все данные, все еще ожидающие в буфере, в файл, закрывает файл и освобождает всю память, используемую для файла. EOF — это константа, определенная в заголовочном файле stdio.h.

Стандартная библиотека C предоставляет различные функции для чтения и записи файла посимвольно или в виде строки фиксированной длины. Давайте рассмотрим некоторые из них в следующем разделе.

Запись файла

Ниже приведена простейшая функция для записи отдельных символов в поток —

Функция fputc() записывает символьное значение аргумента c в выходной поток, на который ссылается fp. Он возвращает письменный символ, записанный в случае успеха, иначе EOF, если есть ошибка. Вы можете использовать следующие функции для записи строки с завершающим нулем в поток —

Функция fputs() записывает строку s в файл, на который ссылается fp. В случае успеха он возвращает неотрицательное значение, в противном случае в случае какой-либо ошибки возвращается EOF. Вы также можете использовать функцию int fprintf(FILE *fp,const char *format, . ) для записи строки в файл. Попробуйте следующий пример —

Когда приведенный выше код скомпилирован и выполнен, он создает новый файл test.txt в каталоге /tmp и записывает две строки, используя две разные функции. Давайте прочитаем этот файл в следующем разделе.

Чтение файла

Ниже приведена простейшая функция для чтения текстового файла посимвольно —

Функция fgetc() считывает символ из входного файла, на который ссылается fp. Возвращаемое значение — это прочитанный символ; или в случае какой-либо ошибки он возвращает EOF. Следующая функция позволяет вам читать строку из потока —

Функция fgets() считывает до n-1 символов из входного потока, на который ссылается fp. Он копирует прочитанную строку в буфер buf, добавляя нулевой символ для завершения строки.

Если эта функция встречает символ новой строки '\n' или EOF до того, как будет прочитано максимальное количество символов, она возвращает только символы, прочитанные до этой точки, включая символ новой строки. Вы также можете использовать int fscanf(FILE *fp, const char *format, . ) для чтения строк из файла, но он останавливает чтение после встречи с первым символом пробела.

Когда приведенный выше код компилируется и выполняется, он считывает файл, созданный в предыдущем разделе, и выдает следующий результат —

Давайте проанализируем, что здесь произошло. Во-первых, метод fscanf() читает это, потому что после этого он столкнулся с пробелом. Второй вызов предназначен для fgets(), которая считывает оставшуюся строку до тех пор, пока не встретит конец строки. Наконец, последний вызов fgets() полностью считывает вторую строку.

Файловый ввод-вывод в Java

Java предоставляет еще более богатый набор функций для обработки файлового ввода-вывода. Чтобы узнать больше по этой теме, мы предлагаем вам ознакомиться с нашими учебными пособиями по Java.

Здесь мы увидим простую программу на языке Java, которая эквивалентна программе на языке C, описанной выше. Эта программа откроет текстовый файл, напишет в него несколько текстовых строк и закроет файл. Наконец, тот же файл открывается, а затем считывается из уже созданного файла. Вы можете попробовать выполнить следующую программу, чтобы увидеть результат —

Когда вышеуказанная программа выполняется, она дает следующий результат —

Файловый ввод-вывод в Python

Следующая программа демонстрирует ту же функциональность для открытия нового файла, записи в него некоторого содержимого и, наконец, чтения того же файла —

В этом руководстве вы узнаете об обработке файлов в C. Вы научитесь обрабатывать стандартный ввод-вывод в C с помощью функций fprintf(), fscanf(), fread(), fwrite(), fseek() и т. д. помощь примеров.

Файл — это контейнер на компьютерных запоминающих устройствах, используемый для хранения данных.

Зачем нужны файлы?

При завершении программы все данные теряются. Сохранение в файле сохранит ваши данные, даже если программа завершит работу.
Если вам нужно ввести большое количество данных, ввод их всех займет много времени.
Однако, если у вас есть файл, содержащий все данные, вы можете легко получить доступ к содержимому файла с помощью нескольких команд на языке C.
Вы можете легко перенести свои данные с одного компьютера на другой без каких-либо изменений.

Типы файлов

При работе с файлами необходимо знать два типа файлов:

1. Текстовые файлы

Текстовые файлы — это обычные файлы .txt. Вы можете легко создавать текстовые файлы с помощью любых простых текстовых редакторов, таких как Блокнот.

Когда вы откроете эти файлы, вы увидите все содержимое файла в виде обычного текста. Вы можете легко редактировать или удалять содержимое.

Они требуют минимальных усилий для обслуживания, легко читаются, обеспечивают наименьшую безопасность и занимают больше места для хранения.

2. Бинарные файлы

Двоичные файлы — это в основном файлы .bin на вашем компьютере.

Вместо того, чтобы хранить данные в виде обычного текста, они хранят их в двоичной форме (0 и 1).

Они могут содержать больший объем данных, их нелегко читать, и они обеспечивают более высокий уровень безопасности, чем текстовые файлы.

Операции с файлами

В C вы можете выполнять четыре основные операции с файлами, текстовыми или двоичными:

Создание нового файла
Открытие существующего файла
Закрытие файла
Чтение и запись информации в файл

Работа с файлами

При работе с файлами необходимо объявить указатель типа файл. Это объявление необходимо для связи между файлом и программой.

Открытие файла — для создания и редактирования

Открытие файла выполняется с помощью функции fopen(), определенной в заголовочном файле stdio.h.

Синтаксис открытия файла в стандартном вводе-выводе:

Предположим, что файл newprogram.txt не существует в папке E:\cprogram. Первая функция создает новый файл с именем newprogram.txt и открывает его для записи в соответствии с режимом 'w'.
Режим записи позволяет создавать и редактировать (перезаписывать) содержимое файла.
Теперь предположим, что второй двоичный файл oldprogram.bin существует в папке E:\cprogram. Вторая функция открывает существующий файл для чтения в бинарном режиме 'rb'.
Режим чтения позволяет только читать файл, вы не можете записывать в файл.

Закрытие файла

Файл (как текстовый, так и двоичный) должен быть закрыт после чтения/записи.

Закрытие файла выполняется с помощью функции fclose().

Здесь fptr — это указатель файла, связанный с файлом, который нужно закрыть.

Чтение и запись в текстовый файл

Для чтения и записи в текстовый файл мы используем функции fprintf() и fscanf().

Это просто версии файлов printf() и scanf() . Единственное отличие состоит в том, что fprintf() и fscanf() ожидают указатель на структуру FILE.

Пример 1. Запись в текстовый файл

Эта программа получает номер от пользователя и сохраняет его в файле program.txt .

После того, как вы скомпилируете и запустите эту программу, вы увидите текстовый файл program.txt, созданный на диске C вашего компьютера. Когда вы откроете файл, вы увидите введенное целое число.

Пример 2. Чтение из текстового файла

Эта программа считывает целое число из файла program.txt и выводит его на экран.

Если вы успешно создали файл из примера 1, запустив эту программу, вы получите введенное целое число.

Другие функции, такие как fgetchar() , fputc() и т. д., можно использовать аналогичным образом.

Чтение и запись в двоичный файл

Функции fread() и fwrite() используются для чтения и записи в файл на диске соответственно в случае двоичных файлов.

Запись в двоичный файл

Для записи в двоичный файл необходимо использовать функцию fwrite(). Функции принимают четыре аргумента:

адрес данных для записи на диск
размер данных для записи на диск
количество таких данных
указатель на файл, в который вы хотите записать.

Пример 3. Запись в двоичный файл с помощью fwrite()

В этой программе мы создаем новый файл program.bin на диске C.

Мы объявляем структуру threeNum с тремя числами — n1, n2 и n3 и определяем ее в основной функции как num.

Теперь внутри цикла for мы сохраняем значение в файле с помощью fwrite() .

Первый параметр принимает адрес num, а второй параметр принимает размер структуры threeNum .

Поскольку мы вставляем только один экземпляр num , третий параметр равен 1 . И последний параметр *fptr указывает на файл, в котором мы сохраняем данные.

Наконец, мы закрываем файл.

Чтение из двоичного файла

Функция fread() также принимает 4 аргумента, как и функция fwrite(), описанная выше.

Пример 4. Чтение из двоичного файла с помощью функции fread()

В этой программе вы читаете один и тот же файл program.bin и перебираете записи одну за другой.

Проще говоря, вы читаете одну запись threeNum размера threeNum из файла, на который указывает *fptr, в структуру num .

Вы получите те же записи, что и в примере 3.

Получение данных с помощью fseek()

Если у вас есть много записей в файле и вам нужно получить доступ к записи в определенной позиции, вам нужно пройтись по всем записям перед этим, чтобы получить запись.

Это приведет к потере большого количества памяти и рабочего времени.Более простой способ получить необходимые данные можно с помощью fseek() .

Как следует из названия, fseek() ищет курсор для данной записи в файле.

Синтаксис fseek()

Первый поток параметров — это указатель на файл. Второй параметр — это позиция искомой записи, а третий параметр указывает место, где начинается смещение.