Описание и внутреннее представление файлов

Файлы отличаются друг от друга. Все файлы, хранящиеся в компьютере, имеют специальные атрибуты, т.е. специальные способы описания, позволяющие отличить один файл от другого: 1)имя; 2)размер; 3)дата и время; 4)значок.

У каждого файла есть имя - имя файла. Имя файла описывает его содержимое или подсказывает, для чего он может использоваться. Имя присваивается файлу при его создании. Это относится ко всем файлам.

Каждый файл имеет физический размер. Файл занимает некоторый объем памяти компьютера и некоторый объем дискового пространства.

В момент создания файла операционная система на него ставит печать с указанием даты и времени создания. Это позволяет сортировать файлы по дате и времени и таким образом наводить порядок в компьютере. Также отмечается дата и время обновления или изменения файла.

Каждый файл относится к определенному типу, тесно связанному со значком файла, который мы видим. Тип файла зависит от его содержимого. Каждая программа присваивает созданному документу определенный тип и соответствующий значок.

Размер файла измеряется в байтах, как и объем памяти.

Размер файла может составлять 0 байт, это значит, что файл существует, но ничего в себе не содержит. S Максимальный размер файла - 4 Гбайт. Но такие огромные файлы встречаются очень редко.

Встроенные часы компьютера нужны, в частности, для присвоения файлам времени и даты их создания. Этим объясняется то, как важно правильно настроить эти часы. Есть еще и дополнительные атрибуты для описания файлов, например системные файлы, скрытые файлы, файлы, предназначенные только для чтения, архивные файлы и т.д. Операционная система с этим разберется сама.

Каждый файл имеет уникальный индекс. Индекс содержит информацию, необходимую любому процессу для того, чтобы обратиться к файлу. Процессы обращаются к файлам, используя четко определенный набор системных вызовов и идентифицируя файл строкой символов, выступающих в качестве составного имени файла. Каждое составное имя однозначно определяет файл, благодаря чему ядро системы преобразует это имя в индекс файла. Индекс включает в себя таблицу адресов расположения информации файла на диске. Так как каждый блок на диске адресуется по своему номеру, в этой таблице хранится совокупность номеров дисковых блоков. В целях повышения гибкости ядро присоединяет к файлу по одному блоку, позволяя информации файла быть разбросанной по всей файловой системе. Но такая схема размещения усложняет задачу поиска данных. Таблица адресов содержит список номеров блоков, содержащих принадлежащую файлу информацию, однако простые вычисления показывают, что линейным списком блоков файла в индексе трудно управлять. Для того, чтобы небольшая структура индекса позволяла работать с большими файлами, таблица адресов дисковых блоков приводится в соответствие со структурой.

Текстовые и бинарные файлы

Файлы позволяют пользователю считывать большие объемы данных непосредственно с диска, не вводя их с клавиатуры. Существуют два основных типа файлов: текстовые и двоичные.

Текстовыми называются файлы, состоящие из любых символов. Они организуются по строкам, каждая из которых заканчивается символом «конца строки» . Конец самого файла обозначается символом «конца файла» . При записи информации в текстовый файл, просмотреть который можно с помощью любого текстового редактора, все данные преобразуются к символьному типу и хранятся в символьном виде.

В двоичных файлах информация считывается и записывается в виде блоков определенного размера, в которых могут храниться данные любого вида и структуры.

Для работы с файлами используются специальные типы данных, называемые потоками. Поток ifstreamслужит для работы с файлами в режиме чтения, а ifstream в режиме записи. Для работы с файлами в режимах, как записи, так и чтения служит поток ifstream.

В программах на C++ при работе с текстовыми файлами необходимо подключать библиотекиifstream и iostream.

Для того чтобы записывать данные в текстовый файл, необходимо: 1)описать переменную типа ofstream open ; 3)вывести информацию в файл; 4)обязательно закрыть файл.

Для считывания данных из текстового файла, необходимо:

1)описать переменную типа ifstream ; 2)открыть файл с помощью функции open ; 3)считать информацию из файла, при считывании каждой порции данных необходимо проверять, достигнут ли конец файла; 4)закрыть файл.

Следует отметить, что во всех рассмотренных выше примерах функция fopen() в режимах “r” и “w” открывает текстовый файл на чтение и запись соответственно. Это означает, что некоторые символы форматирования текста, например возврат каретки ‘\r’ не могут быть считаны как отдельные символы, их как бы ни существует в файле, но при этом они там есть. Это особенность текстового режима файла. Для более «тонкой» работы с содержимым файлов существует бинарный режим, который представляет содержимое файла как последовательность байтов, где все возможные управляющие коды являются просто числами. Именно в этом режиме возможно удаление или добавление управляющих символов недоступных в текстовом режиме. Для того чтобы открыть файл в бинарном режиме используется также функция fopen() с последним параметром равным “rb” и “wb” соответственно для чтения и записи.

Бинарный файл - это любой файл на вашем компьютере. Вся информация на компьютере и связанных с ним носителях записана в битах (отсюда и название). Однако, для сравнения, текстовый файл можно прочитать в соответствующих расширению ридерах (простейшие - даже в Блокноте), а исполняемый файл - нет. И хоть фактически txt-файл является тем же бинарным файлом, но когда говорят о проблеме открытия содержимого бинарных файлов, имеют ввиду исполняемые файлы, а также сжатые данные.

Вам понадобится

• - программа Hex Edit.

Инструкция

Загрузите на винчестер прогамму Hex Edit - редактор файлов, представляющий их содержимое в двоичном виде. Откройте программу, дважды кликнув мышью по стартовому файлу. Данное программное обеспечение позволяет в режиме реального времени читать бинарные файлы, изменять содержимое, добавлять свои собственные записи и многое другое. Чтобы полноценно работать в данной среде, вам нужно немного знать об общих понятиях бинарных файлов.

Окно программы мало чем отличается от обычного редактора: знакомые меню и панель с кнопками, тело редактируемого файла, закладки и строка состояния. Откройте бинарный файл через меню File или кликнув по соответствующей пиктограмме на панели. Бинарный файл предстанет перед вами в виде строк с цифрами и буквами. Не путайте эти символы с печатными данными текстовых файлов. Их можно также править, удаляя символы, однако при этом вы удалите ячейки с данными, кусочки файла.

Внесите изменения в содержимое файла. Приложение может показать важные части файла для более удобного поиска, а также имеет гибкую настройку графического отображения двоичного кода. Переключите вид содержимого в режим ASCII+IBM/OEM, чтобы увидеть программный код файла. Если вы внесете неправильные строки в файл, он может работать некорректно, вызвав при этом серьезные последствия у операционной системы персонального компьютера.

Сохраните изменения. Если у вас нет опыта в таком редактировании файлов, будьте готовы к тому, что файл не откроется и откажется работать после внесения изменений. Вы, скорее всего, испортите несколько копий, прежде чем добьетесь результата. Старайтесь не сохранять все изменения в исходный файл, чтобы его содержимое оставалось неизменным.

В приведенном выше примере самым "длинным" является вариант "b ": для него требуется 23 байта (21 байт для строки и 2 байта для целого числа). Для вариантов "n " и "m " требуется 4 и 5 байт соответственно (см. таблицу).

name, publisher item Вариантная часть

Бинарные файлы

Бинарные файлы хранят информацию в том виде, в каком она представлена в памяти компьютера, и потому неудобны для человека. Заглянув в такой файл, невозможно понять, что в нем записано; его нельзя создавать или исправлять вручную - в каком-нибудь текстовом редакторе - и т.п. Однако все эти неудобства компенсируются скоростью работы с данными.

Кроме того, текстовые файлы относятся к структурам последовательного доступа, а бинарные - прямого. Это означает, что в любой момент времени можно обратиться к любому, а не только к текущему элементубинарного файла .

Типизированные файлы

Переменные структурированных типов данных (кроме строкового) невозможно считать из текстового файла. Например, если нужно ввести из текстового файла данные для наполнения записи toy информацией об имеющихся в продаже игрушках (название товара, цена товара и возрастной диапазон, для которого игрушка предназначена):

age: set of 0..18; {в файле задано границами}

то придется написать следующий код:

c: char; i,j,min,max: integer;

a: array of toy;

begin assign(f,input); reset(f);

for i:=1 to 100 do if not eof(f)

then with a[i] do

begin readln(f,name,price,min,max); age:=;

for j:= min to max do age:=age+[j];

Как видим, такое поэлементное считывание весьма неудобно и трудоемко.

Выход из этой ситуации предлагают типизированные файлы - их элементы могут относиться к любому базовому или структурированному типу данных. Единственное ограничение: все элементы должны быть одного и того же типа. Это кажущееся неудобство является

непременным условием для организации прямого доступа к элементам бинарного файла : как и в случае массивов, если точно известна длина каждого компонента структуры, то адрес любого компонента может быть вычислен по очень простой формуле:

<начало_структуры> + <номер_компонента>*<длина_компонента>

Описание типизированных файлов

В разделе var файловые переменные, предназначенные для работы стипизированными файлами , описываются следующим образом:

var <файловая_перем>: file of <тип_элементов_файла>;

Никакая файловая переменная не может быть задана константой.

Назначение типизированного файла

С этого момента и до конца раздела под словом "файл" мы будем подразумевать "бинарный типизированный файл " (разумеется, если специально не оговорено иное).

Команда assign(f,"<имя_файла>"); служит для установления связи между файловой переменнойf и именем того файла, за работу с которым эта переменная будет отвечать.

Строка "<имя_файла> " может содержать полный путь к файлу. Если путь не указан, файл считается расположенным в той же директории, что и исполняемый модуль программы.

Открытие и закрытие типизированного файла

В зависимости от того, какие действия ваша программа собирается производить с открываемым файлом, возможно двоякое его открытие:

reset(f); - открытие файла для считывания из него информации и одновременно длязаписи в него (если такого файла не существует, попытка открытия вызовет ошибку). Эта же команда служит для возвращения указателя на начало файла;

rewrite(f); - открытие файла длязаписи в него информации; если такого файла не существует, он будет создан; если файл с таким именем уже есть, вся содержавшаяся в нем ранее информация исчезнет.

Закрываются типизированные файлы процедуройclose(f) , общей для всех типов файлов.

Считывание из типизированного файла

Чтение из файла, открытого для считывания, производится с помощью команды read() . В скобках сначала указывается имя файловой переменной, а затем - список ввода1) :

Вводить из файла можно только переменные соответствующего объявлению типа, но этот тип данных может быть и структурированным. Cкажем, если вернуться к примеру, приведенному в начале п. "Типизированные файлы ", то станет очевидным, что использованиетипизированного файла вместо текстового позволит значительно сократить текст программы:

type toy = record name: string; price: real;

age: set of 0..18; {задано границами}

var f: file of toy;

a: array of toy; begin

assign(f,input);

for i:=1 to 100 do

if not eof(f) then read(f,a[i]); close(f);

Поиск в типизированном файле

Уже знакомая нам функция eof(f:file):boolean сообщает о достигнутом конце файла. Все остальные функции "поиска конца" (eoln() ,seekeof() иseekeoln() ), свойственные текстовым файлам, нельзя применять к файламтипизированным .

Зато существуют специальные подпрограммы, которые позволяют работать с типизированными файлами как со структурами прямого доступа:

1. Функция filepos(f:file):longint сообщит текущее положение указателя в файлеf . Если он указывает на самый конец файла, содержащегоN элементов, то эта функция выдаст результатN . Это легко объяснимо: элементы файла нумеруются начиная с нуля, поэтому последний элемент имеет номер N-1 . А номерN принадлежит, таким образом, "несуществующему" элементу - признаку конца файла.

2. Функция filesize(f:file):longint вычислит длину файлаf .

3. Процедура seek(f:file,n:longint) передвинет указатель в файлеf на началозаписи с номеромN . Если окажется, чтоn больше фактической длины файла, то указатель будет передвинут и за реальный конец файла.

4. Процедура truncate(f:file) обрежет "хвост" файлаf : все элементы начиная с текущего и до конца файла будут из него удалены. На самом же деле произойдет лишь переписывание признака "конец файла" в то место, куда указывал указатель, а физически "отрезанные" значения останутся на прежних местах - просто они станут "бесхозными".

Запись в типизированный файл

Сохранять переменные в файл, открытый для записи , можно при помощи командыwrite() . Так же как и в случае считывания, первой указывается файловая переменная, а за ней - список вывода:

write(f,a,b,c); - записать в файлf (предварительно открытый длязаписи командамиrewrite(f) илиreset(f) ) переменныеa ,b ,c .

Выводить в типизированный файл можно только переменные соответствующего описанию типа данных. Неименованные и нетипизированные константы нельзя выводить в

типизированный файл.

Типизированные файлы рассматриваются как структуры одновременно и прямого, и последовательного доступа. Это означает, чтозапись возможна не только в самый конец файла, но и в любой другой его элемент. Записываемое значение заместит предыдущее значение в этом элементе (старое значение будет "затерто").

Например, если нужно заместить пятый элемент файла значением, хранящимся в переменной а , то следует написать следующий отрывок программы:

seek(f,5); {указатель будет установлен на начало 5-го элемента}

write(f,a); {указатель будет установлен на начало 6-го элемента}

У многих часто возникает вопрос о том, как открыть бинарный файл. Этот документ представляет собой любой файл, который находится на персональном компьютере. Все данные, которые находятся на компьютерах и носителях, связанных с ним, записываются обычно в битах. Именно от этого слова и произошло название. Если в качестве сравнения привести простой текстовый файл, то проблем с его чтением не возникнет. Для этого достаточно иметь на компьютере обычный редактор, сойдет даже блокнот. Для того чтобы открыть бинарный файл, простым блокнотом обойтись не получится. И если говорить о том, что информация текстовых файлов зашифровывается все теми же битами, то обычно, когда говорят о чтении бинарных файлов, подразумевают исполняемые документы.

Инструкция к действию

Во-первых, на жесткий диск персонального компьютера необходимо установить программное средство под названием HexEditor, которое представляет собой простой редактор для бинарных файлов. После установки программу следует открыть, щелкнув для этого два раза кнопкой мыши по иконке. Это средство позволит проводить чтение бинарного файла в реальном режиме. При этом можно изменять данные в файле, добавлять свою информацию и т.д. Для того чтобы работать в данном редакторе и изменять бинарный файл, необходимо обладать хоть какими-нибудь знаниями в этой сфере деятельности.

Во-вторых, необходимо ознакомиться с Главное ее окно не имеет больших отличий от окна обычного редактора. Те же самые кнопки, то же меню, тело документа, закладки и строки состояния. Открыть интересующий файл можно через вкладку File или через специальную кнопку, которая располагается на в программе. После этого можно будет увидеть исполняемый файл, который предстанет в виде цифр и букв. Не стоит путать те символы, с помощью которых представлен бинарный файл, и те, которые имеет обычный редактор. В том случае, если будет принято решение об удалении или изменении какого-либо участка документа, следует понимать, что исчезнет или изменится какая-либо его часть.

В-третьих, с помощью программы можно попробовать изменить какой-либо участок документа. Как было сказано ранее, программное средство показывает файл в таком виде, который улучшает способы поиска необходимой части документа. К тому же программа обладает достаточно гибкой настройкой. С ее помощью можно изменить графическое отображение двоичного кода, который имеет бинарный файл. В том случае, если в какой-то участок файла будут внесены неправильные данные, то он впоследствии может либо полностью перестать работать, либо начнет работать не совсем корректно. В любом случае ввод таких данных вызовет изменения как в операционной системе, так и непосредственно в самом персональном компьютере.

В-четвертых, после изменения, удаления или добавления определенных данных в файле следует сохранить результат своей работы. В том случае, если достаточного опыта в редактировании файлов у вас нет, то следует быть готовым к не совсем приятным последствиям. Например, документ может перестать работать после изменения данных. До тех пор, пока вы не начнете хорошо разбираться в этом вопросе, будет испорчено очень много копий файлов. Если вы не уверены в своих возможностях, то изменять данные самостоятельно не стоит, особенно в тех ситуациях, когда исправить необходимо бинарный файл su.

Рассматриваемые нами до этого времени примеры демонстрировали форматированный ввод/вывод информации в файлы. Форматированный файловый ввод/вывод чисел целесообразно использовать только при их небольшой величине и малом количестве, а также при необходимости обеспечения возможности просмотра файлов не программными средствами. В противном случае, конечно, гораздо эффективнее использовать двоичный ввод/вывод, при котором числа хранятся таким же образом, как в ОП компьютера, а не в виде символьных строк. Напомню, что целочисленное (int) или вещественное (float) значение занимает в памяти 4 байта, значение типа double – 8 байт, а символьное значение типа char - 1 байт. Например, число 12345 в текстовом (форматированном) файле занимает 5 байт, а в бинарном файле – 4 байта.

Бинарные файлы , т.е. файлы, в которых информация хранится во внутренней форме представления, применяются для последующего использования программными средствами, их невозможно просматривать не программными средствами. Преимущество бинарных файлов состоит в том, что, во-первых, при чтении/записи не тратится время на преобразование данных из символьной формы представления во внутреннюю и обратно, а во-вторых, при этом не происходит потери точности вещественных чисел. Как в случае форматированного ввода/вывода, так и в случае бинарного ввода/вывода для "правильной" обработки информации из файла необходимо знать какие типы данных, каким образом и в какой последовательности записаны в бинарный файл, тем более, что просмотр бинарного файла с помощью текстового редактора ничего не даст.

Рассмотрим пример, демонстрирующий запись целочисленных элементов динамического массива в бинарный файл и чтение их из данного файла.

#include

#include

#include

using namespace std;

cout << "Vvedite kol-vo elementov celochisl. massiva: "; cin >> N;

int *mas = new int [N];

for(i=0; i

cout << " Vvedite " << i << "-i element: "; cin >> mas[i];

cout << "\nIdet zapis dannyh v fail..." << endl;

ofstream fout("c:\\os\\bin.dat", ios::binary); //созд. вых. бинарного потока

if(!fout) { cout << "\n Oshibka otkrytiya faila!"; getch(); return 1; }

fout.write(reinterpret_cast(mas), N*sizeof(int)); //запись массива в файл

fout.close(); //закрытие потока

cout << "Dannye uspeshno zapisany!" << endl;

for(i=0; i

ifstream fin("c:\\os\\bin.dat", ios::binary); //создание потока для чтения файла

if(!fin) { cout << "\n Oshibka otkrytiya faila!"; getch(); return 1; }

cout << "Fail sodergit:" << endl;

fin.read(reinterpret_cast(mas), N*sizeof(int)); //считывание массива из файла

for(i=0; i

getch(); return 0;

Особое внимание в данной программе надо уделить использованию функций write() (метод класса ofstream) и read() (метод класса ifstream). Эти функции думают о данных в терминах байтов и предназначены для переноса определённого количества байт из буфера данных в файл и обратно. Параметрами этих функций являются адрес буфера и его длина в байтах.

Функция write() предназначена для записи в файл указанного во втором параметре числа байт из указанного в первом параметре адреса буфера данных, а функция read() предназначена для считывания данных из файла. Здесь необходимо отметить, что эти функции работают с буфером данных только типа char. В связи с этим, в данной программе мы использовали оператор reinterpret_cast<> , который преобразует буфер наших данных типа int (mas) в буфер типа char.

Необходимо помнить, что приведение типа с помощью оператора reinterpret_cast необходимо только в тех случаях, когда первый параметр функций write() и read() не является символьным массивом (ведь символ типа char занимает только 1 байт). Кроме того, если необходимо записать или прочитать не массив, а отдельные переменные, то нужно использовать ссылочный механизм (ссылку на адрес буфера данных), например:

ofstream fout(filename, ios::app | ios::binary);

fout.write(reinterpret_cast(& cb), sizeof(float));

Теперь необходимо обсудить второй параметр рассматриваемых функций. В данной программе, в качестве второго параметра мы использовали выражение N*sizeof(int), с помощью которого вычислили количество байт. Например, если у нас 5 целочисленных элементов массива, то число байт будет равно 20. Функция sizeof() возвращает количество байт, отводимое под указанный в качестве параметра тип данных. Например, sizeof(int ) вернёт 4.

Итак, приведённая в этом примере программа позволяет записать в файл bin.dat данные в бинарном виде и считывать их из этого бинарного файла. Причём после считывания эти данные приводятся к типу int, приобретают структуру массива и с ними можно производить любые операции.

Теперь, представим себе, что необходимо написать программу позволяющую считывать данные из файла bin.dat, причём мы знаем только то, что в данном файле записаны элементы целочисленного массива в бинарном виде. Количество записанных элементов ( N) нам не известно . При создании программы мы не имеем права использовать константный массив, т.е. выделять память под него на этапе создания программы. Это приведет к ошибочному результату. Поскольку слишком малое значение N приведёт к тому, что считаются не все элементы массива, а слишком большое значение N приведёт к заполнению лишних ячеек случайными значениями.

Рассмотрим, пример программы, позволяющей считывать из бинарного файла элементы целочисленного массива, путём динамического выделения памяти, и для доказательства реалистичности считынных данных вычислять их сумму.

#include

#include

#include

using namespace std;

int N, i, sum=0, dfb; //dfb - длина файла в байтах

ifstream fin("c:\\os\\bin.dat", ios::binary );

if(!fin) { cout << "Oshibka otkrytiya faila!"; getch(); return 1; }

fin.seekg(0, ios::end); //устанавливаем позицию чтения на конец файла (от конца 0 байт)

dfb = fin.tellg(); //получаем значение позиции конца файла (в байтах)

N=dfb/4; //зная, что целое число занимает 4 байта, вычисляем кол-во чисел

int *arr = new int [N]; //создаём динамический массив

fin.seekg(0, ios::beg); //перед чтением данных, перемещаем текущую позицию на начало файла

fin.read(reinterpret_cast(arr), dfb);

cout << "Iz faila schitano " << N << " elementov:" << endl;

for(i=0; i

for(i=0; i

cout << "\n Ih summa = " << sum;

getch(); return 0;

Рассмотрим детально данную программу, в которой мы активно использовали функции seekg() и tellg(), являющиеся методами класса ifstream. Здесь необходимо отметить, что с любым файлом при его открытии связывается так называемая текущая позиция чтения или записи . Когда файл открывается для чтения, эта позиция по умолчанию устанавливается на начало файла. Но достаточно часто бывает нужно контролировать позицию вручную, чтобы иметь возможность читать и писать, начиная с произвольного места файла. Функции seekg() и tellg() позволяют устанавливать и проверять текущий указатель чтения, а функции seekp() и tellp() – выполнять те же действия для указателя записи.

Метод seekg(1_параметр, 2_параметр) перемещает текущую позицию чтения из файла на указанное в 1_параметре число байт относительно указанного во 2_параметре места. 2_параметр может принимать одно из трёх значений:

ios::beg – от начала файла;

ios::cur – от текущей позиции;

ios::end – от конца файла.

Здесь beg, cur и end – являются константами, определёнными в классе ios, а символы:: означают операцию доступа к этому классу. Например, оператор fin.seekg(-10, ios::end); позволяет установить текущую позицию чтения из файла за 10 байтов до конца файла.

Теперь вернёмся к описанию работы программы. Исходя из того, что нам не известно количество чисел записанных в файл, вначале необходимо узнать число чисел. Для этого, с помощью fin.seekg(0, ios::end); мы перемещаемся в конец файла и посредством функции tellg() возвращаем в переменную dfb длину файла в байтах. Функция tellg() возвращает текущую позицию указателя в байтах. Так как длина одного целого числа в байтах нам известна (4 байта), нетрудно вычислить количество записанных в файл чисел, зная длину файла в байтах (N=dfb/4; ). Узнав количество чисел, создаём динамический массив и перемещаемся в начало файла для того, чтобы начать считывание данных с помощью функции read(). После того, как указанное нами число байт данных (dfb) перенесено в буфер данных (arr), считанные таким образом данные приобретают структуру массива и становятся полностью пригодны для каких укодно операций и преобразований.