Introduzione al C. Unità 9 File. D. Bloisi, S. Peluso, A. Pennisi, S. Salza

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1 Corso di Fondamenti di Informatica Ingegneria delle Comunicazioni BCOR Ingegneria Elettronica BELR Introduzione al C Unità 9 File D. Bloisi, S. Peluso, A. Pennisi, S. Salza

2 Sommario Input/Output Stream File Pagina 2

3 I/O in C Il sistema di I/O del C è una interfaccia uniforme per il programmatore indipendentemente dal dispositivo di lettura e scrittura utilizzato. Scrivere o leggere da file o da video/tastiera non comporta differenze. Il video del nostro PC è considerato come il dispositivo standard di input, La tastiera è il dispositivo standard di output Il sistema di I/O del C crea un livello di astrazione tra il programmatore e l oggetto (sia esso un file o dispositivo). Viene creato un meccanismo di astrazione tramite un flusso di dati o stream. Pagina 3

4 Schema di un calcolatore Tastiera Mouse Stampante Modem Porte I/O CPU Controller Dischi Scheda Video Hard Disk CD-ROM DVD Monitor Memoria Scheda Audio Altoparlanti Microfono Scheda Rete Internet Bus Pagina 4

5 Stream Uno stream (flusso di dati) fornisce un canale di comunicazione tra il programma e l esterno (file o device). Uno stream è una struttura costituita da una sequenza di byte terminante con un apposito byte che ne identifica la fine (EOF). Gli stream possono essere associati a: Dispositivi fisici collegati al computer (tastiera, video, stampante, ecc.) File residenti su memoria di massa Pagina 5

6 Stream come flussi di byte Gli stream sono di fatto flussi di byte (una sequenza di byte). Ad ogni byte corrisponde un carattere, nella codifica ASCII La fine di uno stream è indicata dal valore speciale EOF (End- Of-File). EOF è una macro definita in stdio.h Pagina 6

7 Bufferizzazione in lettura L accesso ai dispositivi di I/O ha un costo significativo (in termini di tempo) Es: una lettura su disco richiede tempi di accesso e di trasferimento dell ordine di molti ms Lettura e scrittura sui dispositivi di I/O viene effettuata a livello di blocchi di molti byte In tal modo, per leggere n byte consecutivi vengono fatti in realtà solo én/bù accessi (dove B è la dimensione del blocco), invece di n accessi Pagina 7

8 Bufferizzazione in scrittura Analogo procedimento si adotta in scrittura Invece di effettuare un accesso per ogni byte scritto, conviene accumulare un intero blocco di byte, e poi effettuare la scrittura del blocco con un singolo accesso. ES Se il tempo di accesso è di 5 ms e la dimensione del blocco di 1024 Byte, per scrivere un blocco bastano 5 ms, mentre scrivendo i singoli byte individualmente si occuperebbe il disco per oltre 5 s (N.B. i tempi di trasferimento sono trascurabili rispetto ai tempi di accesso Pagina 8

9 Gestione dei buffer 1/2 La bufferizzazione di I/O viene gestita in modo trasparente per il programmatore, il quale può tuttavia intervenire L I/O transita per aree di memoria centrale dette buffer le quali contengono: Per la lettura l ultimo blocco letto dal dispositivo Per la scrittura il blocco corrente che va accumulandosi Quando il blocco corrente si esaurisce (o si completa) viene effettuata rispettivamente una lettura o scrittura sul dispositivo Gli stream di I/O sono bufferizzati: le funzioni C che vedremo leggono/scrivono i byte non direttamente dai dispositivi, ma da questi buffer Pagina 9

10 Gestione dei buffer 2/2 La bufferizzazione rende efficiente l'i/o ed è trasparente, ma proprio per questo è necessario fare attenzione, soprattutto in scrittura: Le singole scritture vengono effettuate sul buffer e non sul file (cioè sul dispositivo) Il buffer è scaricato sul file solo quando si è riempito (o viene forzato) Ad esempio quando l output è verso lo schermo, il buffer è a livello di linea e viene automaticamente scaricato quando si immette il carattere \n (a capo) Pagina 10

11 La struttura FILE 1/2 Esiste una struttura di dati FILE, interna al C, che rappresenta uno stream ed è definita nel header stdio.h Viene usato il nome FILE per motivi storici La struttura FILE può anche essere usata per rappresentare un oggetto diverso da un file in senso tecnico Nei programmi C si deve fare riferimento alla struttura FILE quando si realizza l'i/o utilizzando uno stream. Pagina 11

12 La struttura FILE 2/2 La struttura FILE rappresenta un puntatore ai byte dello stream. In stdio.h sono definiti tre puntatori a FILE particolari: stdin: rappresenta lo standard input (normalmente la tastiera) stdout: rappresenta lo standard output (normalmente il video) stderr: rappresenta lo standard error (normalmente il video sul quale vengono presentati i messaggi di errore) Per esempio le funzioni scanf e printf leggono e scrivono rispettivamente su stdin e stdout Pagina 12

13 File I file rappresentano la principale struttura per la memorizzazione permanente di dati (che cioè sopravvive allo spegnimento della macchina) su memoria di massa File di testo: sequenze di caratteri alfanumerici codificati in formato standard (es. ASCII) direttamente leggibili dall utente File binari: contenenti dati in un formato interpretabile dai programmi In questo corso tratteremo solo file di testo Solitamente i file di testo sono organizzati in linee, cioè sequenze di caratteri separate dal carattere \n. Pagina 13

14 File e directory Il C poggia sulla gestione della memoria di massa da parte del Sistema Operativo, tramite il File System Ogni file è caratterizzato da un nome e risiede in un determinato percorso (file path) che indica la posizione del file nel file system, cioè nell albero delle directory Le operazioni fondamentali sui file sono: creazione, lettura, scrittura, ridenominazione ed eliminazione Queste operazioni possono essere effettuate sia tramite il sistema operativo (o altri programmi applicativi) oppure mediante apposite istruzioni del linguaggio C Pagina 14

15 Operazioni sui file Per poter eseguire operazioni di lettura e scrittura su di un file è necessario: Aprire il file prima di eseguire le operazioni Chiudere il file dopo aver eseguito le operazioni All atto dell apertura di un file viene allocato il relativo buffer attraverso il quale transitano le letture o scritture All atto della chiusura di un file il blocco che è presente nel buffer viene scritto nel file in memoria secondaria. È tuttavia possibile per il programmatore forzare la scrittura del buffer su memoria secondare quando necessario Pagina 15

16 Aperura di un file in C In C un file deve essere sempre aperto prima che si effettui su di esso un qualsiasi accesso L apertura di un file avviene per mezzo della funzione fopen: FILE *fopen(const char *path, const char *mode); path è una stringa che indica il percorso ed il nome del file. mode è una stringa che indica la modalità di accesso. Il tipo di ritorno (FILE *) è un puntatore al file pointer associato allo stream. Pagina 16

17 Percorso di un file (file path) Il percorso del file (file path) può essere e espresso in modo: Assoluto: cioè specificato per esteso a partire dalla directory radice del file system (root), ad es. C:\ Relativo: cioè relativo alla directory di lavoro (cioè la directory in cui si lancia il programma) In particolare se si specifica solo il nome del file, il suo percorso è relativo alla directory di lavoro (quindi il file deve risiedere in tale directory) Il modo di indicare il percorso del file dipende dal sistema operativo in cui si opera, ad es.: X:\...\...\nomefile in Windows X:/ / /nomefile in Unix, Linux e Mac OsX Pagina 17

18 Modalità di accesso r: apre il file in sola lettura. Lo stream è posizionato all inizio del file. Il file deve esistere. r+: apre il file in lettura e scrittura. Lo stream è posizionato all inizio del file. w: apre il file in sola scrittura. Se il file non esiste lo crea, se esiste cancella il contenuto. Lo stream è posizionato all inizio del file. w+: come w ma apre il file sia in lettura che in scrittura. a: (append) come w ma il puntatore allo stream è posizionato alla fine del file. a+: (append) come w+ ma il puntatore in lettura è posizionato all inizio del file, mentre il puntatore in scrittura è posizionato alla fine del file. Pagina 18

19 Modalità di accesso: esempi Apertura del file C:\Programmi\dati.txt, supponendo che il file si trovi nella directory di lavoro // In lettura path espresso in modo relativo FILE *fp1 = fopen("dati.txt", "r"); // In lettura path espresso in modo assoluto FILE *fp1 = fopen("c:\programmi\dati.txt", "r"); // In lettura e scrittura FILE *fp2 = fopen("dati.txt", "w+"); Pagina 19

20 Chiusura del file La chiusura di uno stream libera le risorse ad esso associate e si effettua attraverso la funzione fclose: int fclose(file *fp); fp: file pointer associato allo stream da chiudere Restituisce 0 in caso di successo, EOF in caso di errore Nel caso di file aperti in scrittura, la chiusura provoca anche lo scarico del buffer in memoria di massa Anche se la terminazione del programma provoca automatimente la chiusura di tutti i file ancora aperti è buona norma effetuare sempre le chiusure esplicitamente Pagina 20

21 La funzione fprintf Analoga alla printf, viene usata per scrivere su uno stream generico: int fprintf(file *stream, const char *format, <argomenti>); stream: lo stream su cui scrivere format e <argomenti>: come per la printf. Restituisce il numero di caratteri scritti. Pagina 21

22 La funzione fscanf Analoga alla scanf, viene usata per leggere da uno stream generico: int fscanf(file *stream, const char *format, <argomenti>); stream: lo stream da cui leggere. format e <argomenti>: come per la scanf. Restituisce il numero di elementi correttamente letti, o EOF se la fine dello stream è stata raggiunta. Pagina 22

23 fprintf e fscanf: casi particolari Come si è detto printf e scanf sono casi particolari relayivi agli stream stdin e stdout printf(<format>, <args>) corrisponde a: fprintf(stdout,<format>,<args>) scanf(<format>, <args>) corrisponde a: fscanf(stdin,<format>,<args>) Pagina 23

24 Esempio Scrivere i primi 10 numeri interi in un file data.txt int main (void) { int i; FILE *fp = fopen("data.txt", "w"); for (i = 1; i <= 10; i++) { fprintf(fp, "%d\n", i); } fclose(fp); return 0; } Pagina 24

25 Esempio Leggere 10 numeri interi da un file data.txt e stamparli a video int main (void) { int i, x; FILE *fp = fopen("data.txt", "r"); for (i = 1; i <= 10; i++) { fscanf(fp, "%d", &x); printf("%d\n", x); } fclose(fp); return 0; } Pagina 25

26 Eccezioni Nell aprire un file può accadere che qualcosa vada storto (es.: il file non esiste, errori di I/O, ecc.) In tal caso la fopen restituisce il puntatore nullo: NULL Dopo la fopen occorre quindi eseguire sempre un controllo ESEMPIO FILE *fp = fopen("input.txt", "r"); if (fp == NULL) { // gestione dell errore printf("errore nell aprire il file\n"); exit(1); } Pagina 26

27 Modello ideale per il file Un file può essere immaginato come un nastro sul quale sono scritte delle informazioni e una testina di lettura/scrittura che è l indicatore di posizione La testina viene spostata da funzioni come fscanf e fprintf, o in modo esplicito con fseek C i a o EOF Pagina 27

28 Funzione fseek int fseek(file *stream, long offset, int whence); Imposta la nuova posizione dell indicatore di posizione puntato da stream. La nuova posizione (in bytes) è ottenuta sommando offset alla posizione specificata da whence. Se whence è SEEK_SET, SEEK_CUR, o SEEK_END l offset è relativo rispettivamente all inizio del file, alla posizione corrente dell indicatore di posizione oppure alla fine del file. Ritorna 0 in caso di successo, -1 altrimenti. Pagina 28

29 Leggere e scrivere caratteri int fgetc(file *stream); Analoga a getchar(), ma legge su uno stream qualsiasi. int fputc(int c, FILE *stream); Analoga a putchar(c), ma scrive su uno stream qualsiasi. Pagina 29

30 End-Of-File La fine del file EOF viene codificata con un valore speciale dipendente dalla macchina: Tipicamente: Ctrl-z su Windows Ctrl-d su Unix/Linux/MacOs Pagina 30

31 Riassumendo 1. Dichiarazione del file pointer: FILE *fp; 2. Apertura del file: fp = fopen(<path>, <mode>); 3. Lettura/scrittura su file (es.: fprintf, fscanf,fgetc,fputc) 4. Chiusura del file: fclose(fp); Pagina 31