Как записать структуру в файл в си
Хотя функции getc()/putc() позволяют вносить в файл отдельные символы, но фактически мы имеем дело с бинарными файлами. Если мы записываем в файл строку, то в принципе мы даже можем открыть записанный файл любом текстовом редакторе и понять, что там было записано. Но не всегда данные могут представлять строки. И чтобы более наглядно разобраться с работой с бинарными файлами, рассмотрим еще одни пример — с записью-чтением структуры из файла.
В данном случае запись и чтение структуры выделены в отдельные функции: save() и load() соответственно.
Для записи в функции save() через параметр struct person *p получаем указатель на сохраняемую структур. Фактически его значением является начальный адрес блока памяти, где располагается структура.
Функция putc записывает отдельный символ в файл, однако нам надо записать структуру. Для этого мы создаем указатель на символ (который по сути представляет один байт) и устанавливаем этот указатель на начало блока памяти, выделенного для структуры.
То есть в данном случае мы получаем адрес в памяти первого байта из блока памяти, которая выделена для структуры. И затем мы можем пройтись по всему этому блоку и получить отдельные байты и занести их в файл:
И в данном случае нам не важно, какие поля имеет структура, какой она имеет размер. Мы работаем с ней как с набором байт и заносим эти байты в файл. После занесения каждого отдельного байта в файл указатель c в блоке памяти перемещается на один байт вперед.
При чтении файла в функции load() используется похожий принцип только в обратную сторону.
Во-первых, для считывания структуры из файла мы выделяем блок динамической памяти для хранения прочитанных данных:
После этого указатель ptr будет указывать на первый адрес блока из 20 байт (наша структура занимает 20 байт = 16 символов и 4 байта для числа int ).
Затем так как при прочтении мы получаем символы, устанавливаем указатель на первый байт выделенного блока и в цикле считываем данные из файла в этот блок:
Здесь стоит обратить внимание на то, что в данном случае на самом деле считываем даже не символ, а числовой код символа в переменную типа int и только потом передаем значение указателю c. Это сделано для корректной обработки окончания файла EOF. Это значение может представлять любое отрицательное число. И если бы мы сохранили отрицательное число (например, возраст пользователя был бы отрицательным), то оно было бы некорректно интерпретировано при чтении как конец файла, и итоговый результа был бы неопределенным. Поэтому более правильно считывать именно числовой код символа в переменную int, а затем числовой код передавать в char.
Запись и чтение массива структур
Выше приведен пример по работе с одной структурой. Но, как правило, при работе с файлами мы оперируем не одной структурой, а каким-то набором структур. Поэтому усложним задачу и сохраним и считаем из файла массив структур:
Данная задача усложнена тем, что нам надо хранить массив структур, количество которых точно может быть неизвестно. Один из вариантов рещения этой проблемы состоит в сохранении некоторой метаинформации о файле в начале файла. В частности, в данном случае в начале файла сохраняется число записанных структур.
Запись во многом аналогична записи одной структуры. Сначала устанавливаем указатель на число n , которое представляет количество структур, и все байты этого числа записываем в файл:
Затем подобным образом записываем все байты из массива структур — устанавливаем указатель на первый байт массива структур и записываем size байт в файл:
При чтении нам придется файктически считывать из файла два значения: количество структур и их массив. Поэтому при чтении два раза выделяется память. Вначале для количества элементов:
Работа с файлами
Для удобства обращения информация в запоминающих устройствах хранится в виде файлов.
Файл – именованная область внешней памяти, выделенная для хранения массива данных. Данные, содержащиеся в файлах, имеют самый разнообразный характер: программы на алгоритмическом или машинном языке; исходные данные для работы программ или результаты выполнения программ; произвольные тексты; графические изображения и т. п.
Каталог ( папка , директория ) – именованная совокупность байтов на носителе информации, содержащая название подкаталогов и файлов, используется в файловой системе для упрощения организации файлов.
Файловой системой называется функциональная часть операционной системы, обеспечивающая выполнение операций над файлами. Примерами файловых систем являются FAT (FAT – File Allocation Table, таблица размещения файлов), NTFS, UDF (используется на компакт-дисках).
Существуют три основные версии FAT: FAT12, FAT16 и FAT32. Они отличаются разрядностью записей в дисковой структуре, т.е. количеством бит, отведённых для хранения номера кластера. FAT12 применяется в основном для дискет (до 4 кбайт), FAT16 – для дисков малого объёма, FAT32 – для FLASH-накопителей большой емкости (до 32 Гбайт).
Рассмотрим структуру файловой системы на примере FAT32.
Файловая структура FAT32
Устройства внешней памяти в системе FAT32 имеют не байтовую, а блочную адресацию. Запись информации в устройство внешней памяти осуществляется блоками или секторами.
Сектор – минимальная адресуемая единица хранения информации на внешних запоминающих устройствах. Как правило, размер сектора фиксирован и составляет 512 байт. Для увеличения адресного пространства устройств внешней памяти сектора объединяют в группы, называемые кластерами.
Кластер – объединение нескольких секторов, которое может рассматриваться как самостоятельная единица, обладающая определёнными свойствами. Основным свойством кластера является его размер, измеряемый в количестве секторов или количестве байт.
Файловая система FAT32 имеет следующую структуру. 
Нумерация кластеров, используемых для записи файлов, ведется с 2. Как правило, кластер №2 используется корневым каталогом, а начиная с кластера №3 хранится массив данных. Сектора, используемые для хранения информации, представленной выше корневого каталога, в кластеры не объединяются.
Минимальный размер файла, занимаемый на диске, соответствует 1 кластеру.
Загрузочный сектор начинается следующей информацией:
- EB 58 90 – безусловный переход и сигнатура;
- 4D 53 44 4F 53 35 2E 30 MSDOS5.0;
- 00 02 – количество байт в секторе (обычно 512);
- 1 байт – количество секторов в кластере;
- 2 байта – количество резервных секторов.
Кроме того, загрузочный сектор содержит следующую важную информацию:
- 0x10 (1 байт) – количество таблиц FAT (обычно 2);
- 0x20 (4 байта) – количество секторов на диске;
- 0x2С (4 байта) – номер кластера корневого каталога;
- 0x47 (11 байт) – метка тома;
- 0x1FE (2 байта) – сигнатура загрузочного сектора ( 55 AA ).
Сектор информации файловой системы содержит:
- 0x00 (4 байта) – сигнатура ( 52 52 61 41 );
- 0x1E4 (4 байта) – сигнатура ( 72 72 41 61 );
- 0x1E8 (4 байта) – количество свободных кластеров, -1 если не известно;
- 0x1EС (4 байта) – номер последнего записанного кластера;
- 0x1FE (2 байта) – сигнатура ( 55 AA ).
Таблица FAT содержит информацию о состоянии каждого кластера на диске. Младшие 2 байт таблицы FAT хранят F8 FF FF 0F FF FF FF FF (что соответствует состоянию кластеров 0 и 1, физически отсутствующих). Далее состояние каждого кластера содержит номер кластера, в котором продолжается текущий файл или следующую информацию:
- 00 00 00 00 – кластер свободен;
- FF FF FF 0F – конец текущего файла.
Корневой каталог содержит набор 32-битных записей информации о каждом файле, содержащих следующую информацию:
- 8 байт – имя файла;
- 3 байта – расширение файла;
Корневой каталог содержит набор 32-битных записей информации о каждом файле, содержащих следующую информацию:
- 8 байт – имя файла;
- 3 байта – расширение файла;
- 1 байт – атрибут файла:
- 1 байт – зарезервирован;
- 1 байт – время создания (миллисекунды) (число от 0 до 199);
- 2 байта – время создания (с точностью до 2с):
- 2 байта – дата создания:
- 2 байта – дата последнего доступа;
- 2 байта – старшие 2 байта начального кластера;
- 2 байта – время последней модификации;
- 2 байта – дата последней модификации;
- 2 байта – младшие 2 байта начального кластера;
- 4 байта – размер файла (в байтах).
В случае работы с длинными именами файлов (включая русские имена) кодировка имени файла производится в системе кодировки UTF-16. При этого для кодирования каждого символа отводится 2 байта. При этом имя файла записывается в виде следующей структуры:
- 1 байт последовательности;
- 10 байт содержат младшие 5 символов имени файла;
- 1 байт атрибут;
- 1 байт резервный;
- 1 байт – контрольная сумма имени DOS;
- 12 байт содержат младшие 3 символа имени файла;
- 2 байта – номер первого кластера;
- остальные символы длинного имени.
Далее следует запись, включающая имя файла в формате 8.3 в обычном формате.
Работа с файлами в языке Си
Для программиста открытый файл представляется как последовательность считываемых или записываемых данных. При открытии файла с ним связывается поток ввода-вывода . Выводимая информация записывается в поток, вводимая информация считывается из потока.
Когда поток открывается для ввода-вывода, он связывается со стандартной структурой типа FILE , которая определена в stdio.h . Структура FILE содержит необходимую информацию о файле.
Открытие файла осуществляется с помощью функции fopen() , которая возвращает указатель на структуру типа FILE , который можно использовать для последующих операций с файлом.
- "r" — открыть файл для чтения (файл должен существовать);
- "w" — открыть пустой файл для записи; если файл существует, то его содержимое теряется;
- "a" — открыть файл для записи в конец (для добавления); файл создается, если он не существует;
- "r+" — открыть файл для чтения и записи (файл должен существовать);
- "w+" — открыть пустой файл для чтения и записи; если файл существует, то его содержимое теряется;
- "a+" — открыть файл для чтения и дополнения, если файл не существует, то он создаётся.
Возвращаемое значение — указатель на открытый поток. Если обнаружена ошибка, то возвращается значение NULL .
Функция fclose() закрывает поток или потоки, связанные с открытыми при помощи функции fopen() файлами. Закрываемый поток определяется аргументом функции fclose() .
Возвращаемое значение: значение 0, если поток успешно закрыт; константа EOF , если произошла ошибка.
Чтение символа из файла:
Аргументом функции является указатель на поток типа FILE . Функция возвращает код считанного символа. Если достигнут конец файла или возникла ошибка, возвращается константа EOF .
Запись символа в файл:
Аргументами функции являются символ и указатель на поток типа FILE . Функция возвращает код считанного символа.
Функции fscanf() и fprintf() аналогичны функциям scanf() и printf() , но работают с файлами данных, и имеют первый аргумент — указатель на файл.
Функции fgets() и fputs() предназначены для ввода-вывода строк, они являются аналогами функций gets() и puts() для работы с файлами.
Символы читаются из потока до тех пор, пока не будет прочитан символ новой строки ‘\n’ , который включается в строку, или пока не наступит конец потока EOF или не будет прочитано максимальное количество символов. Результат помещается в указатель на строку и заканчивается нуль- символом ‘\0’ . Функция возвращает адрес строки.
Результат выполнения — 2 файла 
Работа с файлами в C++ описана здесь.
Как записать структуру в файл в си
БлогNot. Структура со строками string и файловые чтение/запись массива таких структур
Структура со строками string и файловые чтение/запись массива таких структур
В отличие от этого примера, используем в структурном типе данных более удобные в обращении и современные строки string и файловые потоки вместо классических си-строк char * и файлов из <cstdio> . Лекции по всем этим темам можно найти в оглавлении.
В итоге должна получиться программка, которая покажет непосредственное задание значений полям структурной переменной и ввод значений полей с консоли, а также запись файла структур и последующее его контрольное чтение. Проверяться она будет в консоли Visual Studio 2015, проект создан как вот здесь.
В начале файла укажем нужные библиотеки и директивы, в комментариях написано, для чего какая служит:
Опишем структурный тип данных, включающий в себя идентификатор (номер) записи, две строки для хранения имени и даты рождения, а также вещественное поле money для хранения, например, зарплаты:
Мы не указываем какие-либо ограничения на длину строки, потому что сами будем управлять этим.
Так как программа может завершиться тремя способами — нормально, при ошибке записи файла и при ошибке его чтения, напишем функцию error с аргументом n (номер ошибки), которая будет за это отвечать. Ошибка номер ноль, как принято в C++, будет означать нормальное завершение. Вообще такую «общую точку выхода» зачастую полезно делать в процедурно-ориентированном коде:
Функция для ввода данных с консоли input получает аргументами адрес структуры a , куда нужно заносить данные (это может быть, в том числе, и адрес элемента массива структур) и идентификатор записи i , остальные поля записи она запрашивает у пользователя.
В реальности стоило бы снабдить код большим количеством проверок корректности данных и вводом их в некую буферную запись, откуда потом скорректированные данные могут быть скопированы в массив или в файл.
Также обратите внимание, что мы не должны «резать» поля структуры кодом вроде
но с отдельной буферной строкой имели бы на это право, конечно же, прежде, чем копировать её в запись, предназначенную для постоянного хранения.
Со всеми этими оговорками, простейшая функция ввода записи получилась такой:
Функция output , соответственно, выводит в консоль поля записи a , переданной аргументом:
При корректных данных должны получиться столбцы правильной ширины.
Главной программе осталось русифицировать консоль и создать массив записей, для простоты предусмотрим там всего 2 элемента:
Первый элемент с id , равным нулю, зададим программно, а второй введём с консоли:
Откроем файл notes.dat для записи и поместим туда данные, заодно печатая их в консоль:
Обратите внимание, что применение sizeof к составному объекту string некорректно, приходится писать в бинарный файл отдельными полями.
После закрытия файла, откроем его вновь для чтения и покажем прочитанные в цикле записи на экране, после чего можно сделать нормальный выход из программы:
Вы понимаете, что наш файл — двоичный, и открывать его текстовым редактором бессмысленно.
Вот лог работы нашей программы:
скриншот 16-ричного вида файла (см. комменты)
- писать и читать только string.c_str() в бинарные файлы, сведя задачу к предыдущей ссылке (но тогда не нужны и string , а можно делать классически на char * );
- всё же отказаться от бинарных, а ограничиться текстовыми файлами и парсить полученные через getline строки;
- предусмотреть в формате файла одновременное сохранение длины строковых данных объекта string .
В последнем случае имеем примерно такой подход (проверен не на структурах, а на паре строк).
Программа для записи набора string в бинарный файл:
Потом читаем это (возможно, с точностью до кодировки):
В моей консоли Visual Studio 2015 обе программки сработали. Итак, если строка string является полем структуры, разницы в подходах нет.
P.P.S. Ну и, раз пошла такая пьянка, теперь разрешим строкам string в массиве структур иметь произвольную длину и содержать пробелы (по умолчанию чтение string из файлового потока прервётся на первом пробельном символе), а сохранять всё будем в текстовом файле, и читать из него же.
Чтобы всё работало, нам пришлось переписать оператор >> для своей структуры.
Программа создаст и затем прочитает такой файл:
При чтении код сам избавится от лишних пробелов в строках между лексемами, следующими после числа.
fwrite
Функция fwrite используется для записи структур в бинарный файл. Эта функция определена в библиотеке cstdio, или более старой stdio.h.
Данная функция позволяет записывать любые структуры, главное указать размер таких элементов. Прототип fwrite выглядит так:
- где ptrvoid — это записываемая структура,
- size — размер одного элемента такой структуры,
- count — количество элементов,
- filestream — файл в который записываются данные.
В данном примере создана пользовательская структура, состоящая из 2 символов. После этого мы открываем файл и записываем массив из 3 структур типа pair. Для этого выделяем при записи место для 3 элементов, каждый из которых занимает в 2 раза больше места, чем символ. Данные записаны, можно закрывать файл.