02: 変数と標準入出力

Transcription

1 C プログラミング入門 基幹 7 ( 水 5) 1 10: ファイル入出力 Linux にログインし 以下の講義ページを開いておくこと 2/CPR1/

2 今日の内容 2 標準ライブラリ関数によりファイルの出力を行う画像ファイルの生成を例題として 配列の作成を復習する 文字列の扱いを復習する 関数を作ってプログラムを構造化する

3 テキストファイルの中を覗いてみる 3 文字コードの羅列でできているもの Dear all, I hope you and your family are fine.... Linux のコンソールで, od -ctx1 ファイル名 とすると 文字コードを表示できる コマンドの詳細は man od で見れる

4 PGM 画像ファイル 4 Portable gray map image 他に PPM ( カラー ), PBM (2 値 ) がある 単純なフォーマット テキスト形式とバイナリ形式がある PGM 画像ファイルの例 ( テキスト形式 ) PGM 画像 (4 4 pixel) header 画素値 P フォーマットを識別するマジックナンバー 横幅高さ [pixels] 画素値の最大値 (= 白 )

5 実演 : PGM 画像ファイルを手で作る 5 1. テキストエディタで 前頁のテキストファイルを作り mini.pgm というファイル名で保存する 2. ダブルクリックして画像ビューアで開く 4x4 ピクセルなので 拡大しないと見えない 手で作ると大変なので プログラムで作りだそうというのが 今日の本題です

6 ファイル入出力の流れ 6 1. ファイルを開く プログラムから指定してた名前のファイルに読み書きできるように準備すること 2. ファイルを読む ファイルに書き込む I/O (input/output) と呼ばれる 通常は ファイルの内容を順番にアクセスする ( シーケンシャルアクセス ; sequential access) ランダムアクセス (random access) 3. ファイルを閉じる ファイルの処理を完了し バッファに残っているものを全て出力する

7 例題 : PGM ファイルの出力 7 #include <stdio.h> int main(void) { FILE *fp; fopen(), fprintf(), fclose() などは stdio.h で宣言されている 開いたファイルを識別するため情報を指すポインタファイルポインタと呼ばれる 変数名は何でもよい fp = fopen("mini.pgm", "w"); fprintf(fp, "P2\n"); fprintf(fp, "4 4\n"); fprintf(fp, "255\n"); fprintf(fp, " \n");... fclose(fp);... ファイル閉じる ファイルを mini.pgm という名前で 書きこみモードで開く ファイルに文字列を書きこむ

8 ファイルを開く 8 fopen() にファイル名とモードを指定 FILE 型へのポインタが返る ファイルを操作するために必要な情報が入っている 変数に入れて使う 構造体 ( 今後の講義で解説 ) であるが 内容を理解する必要は通常ない モード "r" "w" "a" 意味 読み込み (read) ファイルがなければエラーとなる 書き込み (write) 既存のファイルは削除される 追記 (append) 既存のファイルがあればその末尾に追記され なければ新規作成される fopen() のプロトタイプ #include <stdio.h> FILE *fopen(const char *filename, const char *mode );

9 ファイルオープンの失敗 9 ファイルが開けない場合がある 読み込みモードで ファイルが存在しない場合 書き込みモードで 書き込み禁止の場所の場合 etc... 失敗した場合 NULL ポインタが返る { FILE *fp; fp = fopen("some.file", "w"); if(fp == NULL) { // エラー処理を行う

10 NULL ポインタ 10 アドレスとしてどこも指さないことを示す特殊な値を持つポインタ ポインタ変数に 0 を与えると NULL ポインタとなる ただし アドレスが 0 というわけではない ポインタとみなすとき 特別扱いされるだけである NULL ポインタを表記するために NULL というマクロが <stdlib.h> で定義されている if(fp == NULL) { // エラー処理 どちらを使ってもよい if(fp == 0) { // エラー処理

11 ファイルに文字列を書きだす 11 ファイルに書き込むための関数を利用 fprintf() は printf() と同じ使い方だが 第 1 引数にファイルポインタを与える fprintf() のプロトタイプ #include <stdio.h> int fprintf(file *stream, const char *format,...); その他のファイル書き込み関数 関数 fwrite fputc (putc) fputs fflush 内容 ポインタで指すメモリ領域を指定したサイズだけ読み取って ファイルに書き込む 1 バイトだけファイルに書き込む 文字列をファイルに書き込む バッファの中身をすべて書きだす

12 ファイルを閉じる 12 ファイルポインタを引数に fclose() を呼ぶ ファイルの書き込みは 効率のためにバッファリングがされるが fclose() は自動的に fflush() を呼び出す fclose() のプロトタイプ #include <stdio.h> int fclose(file *fp);

13 大きい画像を作る 13 特定のパターンならループを使ってファイルを書きだせば書けそう 複雑な場合は? 画素値 0, 50, 100, 150 のグラデーション { FILE *fp; int i; fp = fopen("grad.pgm", "w");... for(i = 0; i < 4; ++i) { fprintf(fp, "%d %d %d %d\n", i*50, i*50, i*50, i*50); }...

14 配列をキャンバスに使う 14 配列の各要素を画素値だと思って そこに絵を書く ループを使ってファイルに書き出す unsigned char image[32][32] ただし 配列はそんなに大きいものが作れないので 場合によっては今後説明する動的メモリ確保が必要となる 画素値の配列を作って 絵を書く

15 コード例 15 { FILE *fp; int x, y; unsigned char image[32][32] = {{0}}; ピクセルの配列をつくり ゼロで初期化する // image に絵を書く... // ファイル出力 fp = fopen("image.pgm", "w"); // エラーチェックをしてヘッダを書きだす... for(y = 0: y < 32; ++y) for(x = 0; x < 32; ++x) { fprintf(fp, "%d ", image[y][x]); } fclose(fp);... 配列 image に画素値をいろいろ入れる 空白でそれぞれの画素値が区切られるようにする 行 列の順番で考えている

16 PGM のバイナリ形式の場合 16 1 バイト (unsigned char) の配列をそのままファイルに書いた形式 ヘッダは P5 fwrite() を使って書きだす unsigned char image[32][32] fwrite() のプロトタイプ buf の指す場所から size [bytes] * count [ 個 ] の領域の値を fp の指すファイルに書き出す #include <stdio.h> size_t fwrite(const void *buf, size_t size, size_t count, FILE *fp);

17 配列に絵を書く関数 17 配列に様々な絵を書きこむ関数を実現するには 配列へのポインタとサイズを渡す 配列のサイズを関数は直接知ることができない // width x height の画像 img を color で塗りつぶす void fill(unsigned char *img, int width, int height, int color) { } int x, y; for(y = 0; y < height; ++y) { for(x = 0; x < width; ++x) { // NG: img[y][x] = color; img[x + y*width] = color; } } width x height の領域の先頭へのポインタ ポインタ引数で配列の先頭位置を知っただけなので 2 次元配列としてアクセスできない 代わりに 座標からメモリ上の位置を計算する

18 配列に文字列を書きこむ 18 ファイル名などをプログラムで生成 自動的に日付を付ける 連番にする etc... 文字配列に出力するには sprintf() を使う c.f. printf() 標準出力 ( 画面 ) c.f. fprintf() ファイル sprintf() のプロトタイプ メモリ領域の先頭へのポインタ #include <stdio.h> int sprintf(char *buffer, const char *format,...);

19 sprintf() の使い方 19 sprintf() が書きだすのに十分大きい配列を用意しておく はみ出してもエラーは出ない 他の使われている領域を破壊する可能性がある { char filename[10] = ""; sprintf(filename, "img-%d.pgm", 5); char filename[10] '\0' '\0''\0' '\0''\0' '\0' '\0' '\0' '\0' '\0' 'i' 'm' 'g' '-' '5' '.' 'p' 'g' 'm' '\0' 実用上は 256 など 大きい値を指定する たとえば ここが変数となり ループなどで変化する この例ではぎりぎりの文字数となる 5 の代わりに 10 としたら はみ出してメモリ破壊をしてしまう

20 printf と stdout 20 printf は fprintf(stdout, "format string", ); と同じ ファイルポインタ stdout は標準出力といい <stdio.h> で定義されている 画面を一種のファイルとして扱っている

21 まとめ 21 printf => 標準出力 ( 画面 ) fprintf => ファイル sprintf => メモリ ( 配列 ) ( 実は printf は stdout ファイルを指定した fprintf と同じ )

22 テキストファイルの読み込み 22 手順 fopen() のモードを "r" で開く fgetc(), fgets() で文字列を読み込み メモリに書きこむ fscanf() によって文字列を数値などに変換してメモリに書きこむ その後 sscanf() によって処理をしてもよい 読み込みの処理は 書きこむよりも難しいことが多い ファイルに 正しい 情報があるとは限らない EOF の処理については省略