第 4 回ファイル

本日の内容

4-1. 前回の演習の復習
4-2. 式の値
4-3. ファイル
4-4. 演習
4-5. (参考)標準入出力
4-6. (参考)Visual Studio .NET での標準入出力のリダイレクト

このドキュメントは http://edu.net.c.dendai.ac.jp/ 上で公開されています。

4-1. 前回の演習の復習

文字列をつなげるには


#include <stdio.h>
main(){
  char x[]="abc";
  char y[]="def";
  char z[50];

  /* 文字列をつなげる処理 */
  printf("文字列 %s と %s をつなげると %s になる\n",x,y,z);
}

C 言語には文字列型という変数はありません。従って、「文字列型変数へ文字列を代入」という操作はできません。あるのは、文字型だけなので、一文字一文字コピーしていくしかありません。まず、問題を簡単にするために、文字配列 z[] に x[] をコピーしていくことを考えましょう。これは、 x[0] を z[0] に、 x[1] を z[1] にと、文字列が終るまで('\0' が見つかるまで)繰り返せば良いので、次のように書けます。


int i;
for(i=0;x[i]!='\0';i++){
  z[i]=x[i];
}

但しこの手法だと、 '\0' を検出するとコピーを止めますので(図1)、 '\0' 自体はコピーされません。従って、z[] の最後の文字は '\0' で終ってません。但し、コピーが終った後、 x[i] は '\0' を示しています。そして z[i] は x[i] をコピーし終った直後を示してます。そこで、z[i] に y[0] を、z[i+1] に y[1] をと y[] が終るまでコピーすれば、これで x[] と y[] をつなげることになります(図2)。別の変数 j を用意すれば、z[i+j] に y[j] をコピーすれば良いので、次のように書けます(j は宣言済みとします)。

図1

図2


for(j=0;y[j]!='\0';j++){
  z[i+j]=y[j];
}

そして、z[] の最後に '\0' を入れます。これらをまとめると、文字列の結合ができます。


#include <stdio.h>
main(){
  char x[]="abc";
  char y[]="def";
  char z[50];
  int i,j;
  for(i=0;x[i]!='\0';i++){
    z[i]=x[i];
  }
  for(j=0;y[j]!='\0';j++){
    z[i+j]=y[j];
  }
  z[i+j]='\0';
  printf("文字列 %s と %s をつなげると %s になる\n",x,y,z);
}

なお、 z[i+j] の代わりに z[i] とし、 j と一緒に i を増やしていっても良い。

4-2. 式の値

C 言語では全ての文や式に値を持ちます。例えば代入文は代入した数を値に持ちます。 j=0 という代入文の値は 0 です。従って次のような記法が可能です(代入文は右から処理されます)。

i=j=0

この場合、「j=0」により j に 0 が代入されますが、「j=0」の式の値は 0 なので、 i にはこの式の値 0 が代入されます。

条件文の式の値は、真であれば 1、偽であれば 0 です。従って、 0==0 は 1、1==0 は 0 の値を持ちます。一方、条件文では、 0 なら偽、0 以外の値なら真だと判定します。したがって、次の文は同じ意味を持ちます。

if(x!=0){}
if(x){}

4-3. ファイル

従来は標準入出力(Standard I/O)をやってましたが、 Microsoft Visual Studio .NET では正常に動作しません。ここではファイル名を指定する形のファイルの入出力を取り上げます。

ファイル出力

いままでは文字を画面に出力していましたが、ここでは画面と同じようなイメージでファイルを作成することを考えます。

ファイルに出力するには fprintf という関数があり、使用方法はほぼ printf と同様です。但し、ファイルを扱うには識別子(ファイルハンドル)が必要です。これは fopen 関数でファイル名を指定して取得します。では、ここでファイルを扱う手順を説明します。

ファイルを取り扱うにはオープンする必要があります。これには fopen 関数を使用します。引数はファイル名と、モードの二つの文字列を取ります。モードは読み込みモードの "r" と書き込みモードの "w" があります。 fopen 関数を実行すると FILE 型のポインタの値としてファイルハンドルが得られます。なお、ファイルのオープンに失敗すると NULL が返されます。
fprintf 関数は fprintf(ファイルハンドル, 制御文字列, 変数列) のように使用します。
fclose(ファイルハンドル)を実行するとファイル処理を終了します。

以下はファイル hello.txt に Hello World! を書き込むプログラムです。


#include <stdio.h>
main(){
  FILE *fh;
  if((fh=fopen("hello.txt","w"))!=NULL){
    fprintf(fh,"Hello World.\n");
    fclose(fh);
  }else{
    fprintf(stderr,"ファイルを作成できませんでした\n");
  }
}

なお、ここで stderr はシステムで用意されているエラーを出力するための特殊なファイルハンドルです。因みに stdin は標準入力、 stdout は標準出力といい、それぞれキーボード、画面に割り当てられています。 stdin, stdout, stderr はオープン、クローズの必要はありません。

入力

C 言語でファイルから一文字得るには getc() 関数を使います。この関数を使用すると、入力された文字が文字型の値として得ることができます。つまり c=getc(ファイルハンドル); とすると、一文字得ることができます。一方、ファイルの終りに達すると EOF という値になります。

なお、 EOF は '\0' と違い、文字ではありません。したがって、 c を文字型で定義すると誤動作します。 getc の出力を受けとるには必ず int で宣言する必要があります。

さて、ファイルの終りまで一文字ずつ読みながら処理をするには、一文字読む毎にEOF かどうか判定する必要があります。つまり、プログラムは「(A)一文字読み、読んだ文字が EOF でないとき→(B) 読んだ文字を処理をする」ということ繰り返すことになります。つまり概念的には次のようなプログラムになります。

while(一文字読み、読み込んだ文字が EOF でないとき){
  読んだ文字を処理する
}

while 文の条件は式の値を利用すると次のように書けます。

while((c=getc(fh))!=EOF){
  読み込んだ文字の入っている変数 c に対する処理
}

次はファイル a.txt をファイル b.txt にコピーするプログラムです。

#include <stdio.h>
main(){
  FILE *fa, *fb;
  int c;
  char fileA[]="a.txt";
  char fileB[]="b.txt";
  if((fa=fopen(fileA,"r"))!=NULL){
    if((fb=fopen(fileB,"w"))!=NULL){
      while((c=getc(fa))!=EOF){
        fprintf(fb,"%c",c);
      }
      fclose(fb);
      fclose(fa);
    }else{
      fclose(fa);
      fprintf(stderr,"ファイル %s を開けませんでした",fileB);
    }
  }else{
    fprintf(stderr,"ファイル %s を開けませんでした",fileA);
  }
}

4-4. 演習

次の操作で変数 i,j の値はどうなっているか?
1. i=(j=1)+1;
2. i=((j=0)==0);
3. if(i){i=0;}

次のプログラムを完成させ、ファイルの文字数を数えるようにしなさい。また、このプログラムが何文字あるか、このプログラムそのものを入力ファイルとして与えて調べなさい。

#include <stdio.h>
main(){
  FILE *fh;
  char filename[]="file.txt";
  int c;
  int n=0;
  if((fh=fopen(filename,"r"))!=NULL){
    while((c=getc(fh))!=EOF){
      /* 一文字受けとったら、 n を一増やす */
    }
    printf("合計 %d 文字\n",n);
    fclose(fh);
  }else{
    fprintf(stderr,"ファイル %s を開けませんでした\n",filename);
  }
}

変数 x に文字を与えておき、その文字がファイル中に何文字現れたかを数えるプログラムを書きなさい。
ファイルの中の行が何行あるかを数えるプログラムを書きなさい。
ファイルの中の各行がそれぞれ何文字あるかを出力するプログラムを書きなさい。
入力ファイルに対して、一行が長い場合、 10 文字ずつ折り返すプログラムを作りなさい。

ヒント

きちんとした図形が描けるまではファイルに書かず stdout に書くようにするとデバッグが楽になります。つまり、次のようにします。
```
/* if((fh=fopen(filename,"w"))!=NULL){ */
if(1){  fh=stdout;
```
以下の図形を zukei.txt というファイルに書き込みなさい。但し、辺の長さ 3 は #define で N に定義されている値としなさい。
```
　　○
　○　○
○　　　○
　○　○
　　○
```

4-5. (参考)標準入出力

MS-DOS プロンプトやコマンドプロンプトでは、キーボードを押すと字が入力され、画面に字が表示されます。しかし、このキーボードや画面の関係を変えることが可能です。例えば、プログラムの実行結果をファイルに残したり、プログラムにキーボードからではなくファイルの内容を入力したりできます。コンピュータの入出力は基本的にはキーボードと画面が対応していますが、特定のファイルに変更が可能になっています(この入出力の変更のことをリダイレクトと言います)。

標準出力

標準出力を変更するにはコマンドを入力した後、「> 出力ファイル名」を付け足します。例えば、ディレクトリの内容をファイルに保存するには次のようにします。

dir > file1

このようにするとディレクトリの内容は画面に表示されず、 file1 に保存されます。 echo コマンドは「画面に文字を出すコマンド」として紹介しましたが、実際は標準出力に対して文字を出すコマンドです。次のようにすると、 file2 に abc という内容が書かれます。

echo abc > file2

標準入力

標準入力を変更するにはコマンドを入力した後、「< 入力ファイル名」をつけます。例を説明する前に、次のファイルを作って下さい。ファイル名は file3 にして下さい。

3
1
2

このファイルを sort コマンドに入力するには次のようにします。

sort < file3

すると、画面に与えた数が小さい順に出力されます。

EOF

sort コマンドはファイルの内容を小さい順に並べるコマンドです。ファイルの最後に一番小さい値が来たら、その値を先頭に表示する必要があるため、 sort の処理はファイルを全て読み終えてからでないと実行できません。 sort に限らず、ファイルを処理するプログラムはファイルの終りを知る必要があります。そのため、 OS はファイルが終ると EOF記号(End of File)という特殊な記号 (番兵)をプログラムに与えます。これにより、プログラムはファイルが終ったことを知ることができます。 MS-DOS や Windows では Ctrl-Z という記号になります。例えば、次のようにすると、 sort コマンドはキーボードから入力した数字を並べ替えます。

例
sort[Enter]
3[Enter]
1[Enter]
2[Enter]
[Ctrl-Z][Enter]

その他

コマンドの出力をファイルに「追加」したい時は >> を使用します。

例
echo abc > file1
echo def >> file1

コマンドの出力を、他のコマンドの入力にしたい時は |(縦棒) を使用します。このように複数のコマンドをつなげて処理することをパイプ処理と言います。

例
dir | sort
dir | more
dir | sort | more

4-6. (参考)Visual Studio .NET での標準入出力のリダイレクト

Visual Studio .NET で標準入出力のリダイレクトを使うには以下のようにします。

プロジェクト作成時に「空のプロジェクト」の代わりに「Win32コンソールプロジェクト」を選ぶ
独自のヘッダファイルの include が指定されたファイルができるが、その include は削除しない。必要なファイルの include はさらに指定する。
プロジェクトのプロパティでデバッグペインの動作欄のコマンド引数でリダイレクトを指定する。
「デバッグ無しで実行」ではなく「実行」を選んでプログラムを実行させる。

坂本直志 <sakamoto@c.dendai.ac.jp>
東京電機大学工学部情報通信工学科

第 4 回 ファイル