ID: 85783

Название работы: Работа с двоичными файлами в ОС Windows на языке С++

Категория: Лабораторная работа

Предметная область: Информатика, кибернетика и программирование

Описание: Цель работы: изучение методов работы с двоичными файлами и битовой информацией в ОС Windows на языке С++ При записи информации в двоичный файл символы и числа преобразуются в последовательность из байтов. Для того чтобы записать данные в двоичный файл, необходимо: описать файловую переменную...

Язык: Русский

Дата добавления: 2015-03-30

Размер файла: 67.89 KB

Работу скачали: 2 чел.

Лабораторная работа 2. Работа с двоичными файлами в ОС Windows на языке С++

Цель работы: изучение методов работы с двоичными файлами и битовой информацией в ОС Windows на языке С++

При записи информации в двоичный файл символы и числа преобразуются в последовательность из байтов.

Для того чтобы записать данные в двоичный файл, необходимо:

1.  описать файловую переменную типа FAIL * с помощью оператора FILE *filename;. Здесь filename — имя переменной, где будет храниться указатель на файл.
2.  открыть файл с помощью функции fopen
3.  записать информацию в файл с помощью функции fwrite
4.  закрыть файл с помощью функции fclose

Для того чтобы считать данные из двоичного файла, необходимо:

1.  описать переменную типа FILE *
2.  открыть файл с помощью функции fopen
3.  считать необходимую информацию из файла с помощью функции fread, при этом следить за тем достигнут ли конец файла.
4.  закрыть файл с помощью функции fclose

Рассмотрим основные функции, необходимые для работы с двоичными файлами.

Для открытия файла в зависимости от используемых библиотек используются функции fopen или fopen_s . В них последним параметром является mode - строка, определяющая режим работы с файлом; возможны следующие ее значения:

1.  «rb» — открываем двоичный файл в режиме чтения;
2.  «wb» — создаем двоичный файл для записи; если он существует, то его содержимое очищается;
3.  «ab» — создаем или открываем двоичный файл для дозаписи в конец файла;
4.  «rb+» — открываем существующий двоичный файл в режиме чтения и записи;
5.  «wb+» — открываем двоичный файл в режиме чтения и записи, существующий файл очищается;
6.  «ab+» — двоичный файл открывается или создается для исправления существующий информации и добавления новой в конец файла.

Для закрытия файла предназначена функция fclose

int fclose(FILE *filename);

Возвращает 0 при успешном закрытие файла и NULL в противном случае. Функция remove предназначена для удаления файлов.

int remove(const char *filename);

Эта функция удаляет с диска файл с именем filenаmе. Удаляемый файл должен быть закрыт. Функция возвращает ненулевое значение, если файл не удалось удалить.

Для переименования файлов предназначена функция rename:

int rename(const char *oldfilename, const char *newfilename);

Первый параметр — старое имя файла, второй — новое. Возвращает 0 при удачном завершении программы.

Чтение из двоичного файла осуществляется с помощью функции fread:

fread(void *ptr, size, n, FILE *filename);

Функция fread считывает из файла filename в массив ptr n элементов размера size. Функция возвращает количество считанных элементов. После чтения из файла его указатель смещается на n*size байт.

Запись в двоичный файл осуществляется с помощью функции fwrite:

fwrite(const void *ptr, size, n, FILE *filename);

Функция fwrite записывает в файл filename из массива ptr n элементов размера size. Функция возвращает количество записанных элементов. После записи информации в файл указатель смещается на n*size байт.

Для контроля достижения конца файла есть функция feof:

int feof(FILE *filename);

Она возвращает ненулевое значение если достигнут конец файла.

Для просмотра содержимого двоичных (бинарных) файлов необходимы специальные программы. Обычно они представляют двоичную байтовую информацию в шестнадцатеричной системе счисления. В ней каждый байт, состоящий из 8 бит, разбивается на две тетрады (части по 4 бита), которые заменяются одной шестнадцатеричной цифрой по правилу:

1.  00002 -  016;   8)   10002 -  816;
   1.  00012 -  116;   9)   10012 -  916;
   2.  00102 -  216;    10) 10102 -  A16;
   3.  00112 -  316;    11) 10112 -  B16;
   4.  01002 -  416;    12) 11002 -  C16;
   5.  01012 -  516;    13) 11012 -  D16;
   6.  01102 -  616;    14) 11102 -  E16;
   7.  01112 -  716;    15) 11112 -  F16.

Для записи целых шестнадцатеричных чисел в отдельные байты в языке С++ используется шестнадцатеричная форма записи, начинающаяся с Ох. Например, после присваиваний:

char s1,s2

s1=OxAB;   

s2=Ox2F;

в байтах  s1 и s2 будут содержаться шестнадцатеричные числа AB16 и 2F16, которые соответствуют двоичным словам  101010112 и 001011112.

Шестнадцатеричная система счисления позволяет непосредственно записывать двоичные числа в байты. Например, если в байт s1 необходимо записать последовательность значений 8 бит, равную 101011002, то сначала эта последовательность разбивается на две тетрады (10102  и 11002), они переводятся в соответствующие шестнадцатеричные числа (А16 и C16), а затем выполняется присваивание:

s1=OxAC;

Для считывания отдельных байтов (в переменную типа char) с игнорированием пробелов можно использовать создание потока и обычны й потоковый вывод.

Пример 1. Написать функцию prf(string f) для вывода на экран содержимого каждого байта файла с именем f в виде символа, шестнадцатеричного числа и двоичного числа. Между выводимыми числами поставить знак “=” (равенство). Для примера вывести на экран содержимое бинарного  файла C:\\TEXT\\d.dat. Решение: #include "stdafx.h" #include <iostream> #include <fstream> #include <iomanip> #include <stdlib.h> #include <string> using namespace std; void prf(string f); void main(){ string p; p="C:\\TEXT\\d.dat"; prf(p); } void prf(string f) { setlocale (LC_ALL, "RUS"); unsigned int n, i,j,b,b2,st,fc,sc; unsigned char G[16] = {'0','1','2','3','4','5','6','7','8','9','A','B','C','D','E','F'}; unsigned int *d = new unsigned int [8]; unsigned char *a; char ch, F, S; fstream pf; pf.open(f);//открываем файл в режиме чтения a=new unsigned char[1000]; //выделение памяти для буферного массива а i=0; while (!pf.eof()){ //запись содержимого файла в буферный массив а pf>>ch; a[i]=(unsigned int )ch; i+=1; //чтение очередного байта из файла в массив a }; n=i-1; for (i=0; i<n; i++) { cout<<a[i]<<"=";//вывод символа a[i] на экран b=(int)a[i]; //перевод символа в целочисленное представление fc=b/16; sc=b-fc*16; F = G[fc]; S = G[sc];//перевод символа в 16-ричный вид cout<<F<<S<<"=";//вывод 16-ричной кодировки символа a[i] на экран for (j=0; j<8; j++) { b2=b/2; d[j]= b-2*b2; b=b2; };//перевод символа в двоичный вид cout<<d[7]<<d[6]<<d[5]<<d[4]<<d[3]<<d[2]<<d[1]<<d[0];//вывод 2-чной кодировки символа a[i] на экран cout<<endl; // переход на новую строку }; pf.close(); //закрываем файл system("pause"); } Задания: 1. Модифицировать текст программы таким образом, чтобы на экран каждое новое значение выводилось бы в системе счисления с основанием 4. 2. Модифицировать текст программы таким образом, чтобы на экран каждое новое значение выводилось бы в одной строке в системе счисления с основанием 16 через два пробела.          Для считывания всех подряд байтов (в том числе - пустых) можно использовать функцию fscanf_s.  Пример 2. Написать функцию prfp(char * name)для вывода на экран содержимого каждого байта файла с заданным именем в виде символа, шестнадцатеричного числа и двоичного числа. Между выводимыми числами поставить знак “=” (равенство). Для примера вывести на экран содержимое бинарного  файла C:\\TEXT\\d.dat. #include "stdafx.h" #include <iostream> #include <fstream> #include <iomanip> #include <stdlib.h> #include <string> using namespace std; void prfp(char * name); void main(){ char * fileName = "C:\\TEXT\\d.dat"; prf(fileName); } void prfp(char * name) { setlocale (LC_ALL, "RUS"); int n, i,j,b,b2,fc,sc; unsigned char G[16] = {'0','1','2','3','4','5','6','7','8','9','A','B','C','D','E','F'}; unsigned int *d = new unsigned int [8]; unsigned char a; unsigned char F, S; FILE *f; char c; char *mc; mc = new char[1000]; int err=fopen_s(&f, name, "r"); if(err){return;}; cout<<"FILE = "; i=-1; while(fscanf_s(f,"%c",&c,1)==1) { i=i+1;  printf("%c",c);  mc[i]=c; }; n=i+1; cout<<endl; for (i=0; i<n; i++) { cout<<mc[i]<<"=";//вывод символа a[i] на экран a = (unsigned char)mc[i]; b=(int)a; //перевод символа в целочисленное представление fc=b/16; sc=b-fc*16; //cout<<"fc="<<fc<<"sc="<<sc; F = G[fc]; S = G[sc];//перевод символа в 16-ричный вид cout<<F<<S<<"=";//вывод 16-ричной кодировки символа a[i] на экран for (j=0; j<8; j++) { b2=b/2; d[j]= b-2*b2; b=b2; };//перевод символа в двоичный вид cout<<d[7]<<d[6]<<d[5]<<d[4]<<d[3]<<d[2]<<d[1]<<d[0];//вывод 2-чной кодировки символа a[i] на экран cout<<endl; // переход на новую строку }; fclose(f); system("pause"); } Рассмотрим примеры записи и чтения содержимого двоичных файлов. Пример 3. Создать двоичный файл D:\\str.dat, записать в него вводимое с клавиатуры целое число n , а затем -  n вводимых с клавиатуры вещественных чисел. Решение: #include "stdafx.h" #include <iostream> using namespace std; void main() {    setlocale (LC_ALL, "RUS");    int n, i;    double a;    FILE *f; //описываем файловую переменную    fopen_s(&f,"D:\\str.dat", "wb");//создаем двоичный файл в режиме записи    cout<<"n="; cin>>n; //ввод числа n    fwrite(&n, sizeof(int), 1, f); // запись целого числа n в файл    for (i=0; i<n; i++) { //цикл для ввода c клавиатуры в файл n вещественных чисел      cout<<"a=";//вывод на экран запроса на ввод очередного веществен. числа      cin>>a; //ввод очередного вещественного числа с клавиатуры      fwrite(&a, sizeof(double), 1, f); //запись вещественного числа в двоичный файл    } fclose(f); //закрываем файл system("pause"); } Задания: 1. Модифицировать текст программы таким образом, чтобы в файл записывались не вещественные, а целочисленные значения. 2. Модифицировать текст программы таким образом, чтобы в файл  после каждого вещественного числа записывалось целочисленное значение, равное вещественному с отброшенной дробной частью. 3. Модифицировать текст программы таким образом, чтобы в заданный двоичный файл записывались 5 вводимых с экрана логических значений (0 – false, 1 - true). Пример 4. Вывести на экран содержимое созданного в прошлой задаче двоичного файла D:\\str.dat в виде вещественных чисел. Решение: #include "stdafx.h" #include <iostream> using namespace std; int main() {   setlocale (LC_ALL, "RUS");   int n, i;   double *a;   FILE *f; //описание файловой переменной   fopen_s(&f,"D:\\str.dat", "rb");//открытие двоичного файла в режиме чтения   fread(&n, sizeof(int), 1, f); //чтение из файла 1-го целого числа в переменную n   cout<<"n="<<n<<endl; //вывод числа n на экран   a=new double[n]; //выделение памяти для массива а из n вещественных чисел   fread(a, sizeof(double), n, f); //чтение n веществен. чисел из файла в массив a   for (i=0; i<n; i++) cout<<a[i]<<"\t";//вывод массива а на экран   cout<<endl; // переход на новую строку   fclose(f); //закрываем файл   system("pause");   return 0; } Задания: 1. Модифицировать текст программы таким образом, чтобы при выводе на экран, каждое новое значение записывалось с новой строки. 2. Модифицировать текст программы таким образом, чтобы вещественные числа выводились на экран трижды подряд.

Двоичный файл — последовательная структура данных, после открытия файла доступен первый байт, хранящийся в нем. Можно последовательно записывать или считывать данные из файла.

В случае объемных файлов удобнее использовать функцию fseek перемещения указателя файла к заданному байту.

int fseek(FILE *filename, long int offset, int origin);

Функция устанавливает указатель текущий позиции файла F в соответствии со значением начала отсчета origin и смещения offset. Параметр offset равен количеству байтов, на которые будет смещен указатель файла относительно начала отсчета, заданного параметром origin. В качестве значения для параметра origin должно быть взято одно из следующих значений отсчета смещения offset, определенных в заголовке stdio.h:

1.  SEEK_SET — с начала файла;
2.  SEEK_CUR — с текущей позиции;
3.  SEEK_END — с конца файла.

Функция возвращает нулевое значение при успешном выполнение операции, ненулевое — при возникновении сбоя при выполнении смещения

Функция fseek фактически реализует прямой доступ к любому значению в файле. Необходимо только знать месторасположение (номер байта) значения в файле.

Пример 5. Выдать вещественное число с номером 15 из двоичного файла "D:\\num.dat", содержащего вещественные числа, на экран двумя  способами: 1) c помощью последовательного доступа (вариант 1); 2) при помощи указателя fseek (вариант 2)..

Решение.

#include "stdafx.h"

#include <iostream>

using namespace std;

void main() { setlocale (LC_ALL, "RUS");

  int n, i;

  double a;

  FILE *f;

  fopen_s(&f,"D:\\num.dat", "rb");

  for (i=0; i<14; i++)

  fread(&a, sizeof(double), 1, f);

  cout<<"Var1 a="<<a<<"\n";

  fseek(f,14*sizeof(double),SEEK_SET);

  fread(&a,sizeof(double),1,f);

  cout<<"Var2 a="<<a<<"\n";

  fclose(f);

  system("pause");

}

Задания:

1. Модифицировать текст программы для аналогичного считывания из файла, содержащего целые числа типа int.

2. Модифицировать текст программы таким образом, чтобы на экран трижды было выведено последнее число файла, а затем дважды – предпоследнее.

Пример 6. В созданном ранее двоичном файле D:\\str.dat поменять местами наибольшее и наименьшее из вещественных чисел.

Решение. Алгоритм решения задачи состоит из следующих этапов:

1.  чтение вещественных чисел из файла в массив a.
2.  поиск в массиве а максимального (max) и минимального (min) значения и их номеров (imax, imin).
3.  перемещения указателя файла к максимальному значению и запись min.
4.  перемещения указателя файла к минимальному значению и запись max.

Текст программы решения задачи с комментариями.

#include "stdafx.h"

#include <iostream>

using namespace std;

int main()

{

setlocale (LC_ALL, "RUS");

int n, i, imax, imin;

double *a, max, min;

FILE *f;

//открытие файла в режиме чтения и записи

fopen_s(&f,"D:\\str.dat", "rb+");

//считываем из файла в переменную n количество

//вещественных чисел в файле

fread(&n, sizeof(int), 1, f);

cout<<"n="<<n<<endl;

a=new double[n]; //выделение памяти для хранения вещ. чисел в массиве a

fread(a, sizeof(double), n, f); //считывание из файла в массив а вещ. чисел

//поиск максимального и минимального элементов и их индексов в массиве а

for (imax=imin=0, max=min=a[0], i=1; i<n; i++){

if (a[i]>max){max=a[i];imax=i;}

if (a[i]<min){min=a[i];imin=i;}

}

//перемещение указателя к максимальному элементу

fseek(f, sizeof(int)+imax*sizeof(double), SEEK_SET);

//запись min вместо максимального элемента файла

fwrite(&min, sizeof(double), 1, f);

//перемещение указателя к минимальному элементу

fseek(f, sizeof(int)+imin*sizeof(double), SEEK_SET);

//запись max вместо минимального элемента файла

fwrite(&max, sizeof(double), 1, f);

fclose(f); //закрытие файла

cout<<"Максимальный элемент = "<<max<<"\n";

cout<<"Минимальный элемент = "<<min<<"\n";

delete []a; //освобождение памяти

system("pause");

return 0;

}

Задания:

1. Модифицировать текст программы таким образом, чтобы на экран дополнительно выводились номера максимального и минимального значения.

2. Модифицировать текст программы таким образом, чтобы максимальный элемент менялся бы местами с начальным элементом файла, а минимальный – с последним.

Байтовые величины, содержащие по 8 бит, имеют тип char. Зачастую требуется определить либо изменить отдельные биты внутри байта. Для этого необходимо использовать двоичную запись целого числа типа int, соответствующего байту.

Переход от символьной кодировки к коду целого числа типа int  осуществляется путем изменения их типа. Затем для перехода  к двоичному представлению полученное число необходимо разложить по степеням числа 2.

Пример 7. Для байта ch, который находится на 8 месте в файле  D:\\fсhar.dat с символьной информацией, найти двоичные разряды в его двоичном представлении, занести их в массив d[8] и выдать на экран. Для поиска байта использовать указатель  fseek.

Решение.. 

#include "stdafx.h"

#include <iostream>

using namespace std;

void main() { setlocale (LC_ALL, "RUS");

   int  n,  i, ost, r;

   char a;

   FILE *f;

   fopen_s(&f,"D:\\num.dat", "rb");

   fseek(f,7*sizeof(char),SEEK_SET);

   fread(&a,sizeof(char),1,f);

   cout<<"char  a="<<a<<"\n";

   n = (int) a;

   cout<<" int n="<<n<<"\n";

   int d = new int [8];

   for (i=0,  i<8; i++) { d[7-i]= (n mod 2);  n=n/2; cout<<" d["<<7-i<<"]=”<<d[7-i]<<”\n";};

   fclose(f);

   system("pause");

}

Пример 8. Логический  массив  int d[8] содержит логические значения false (0) и true (1). Значения элементов массива инициализируются в программе. Требуется сформировать в файле  D:\\fсhar.dat байт ch с номером 5, который в своих разрядах содержит данные логические значения. Например, для массива d[8] = {1,0,1,1,0,0,1,0} должен быть сформирован байт ch с содержимым 101100102. Все предыдущие байты заполнить нулевыми значениями.

Решение.. 

#include "stdafx.h"

#include <iostream>

using namespace std;

void main() { setlocale (LC_ALL, "RUS");

   int  n,  i, st, b;

   int d=new int[8];

   d = {1,0,1,0,1,0,1,0};

   char  ch;

   FILE *f;

   fopen_s(&f," D:\\fсhar.dat ", "wb");

   for (i=0,  i<5; i++) {// запись нулевых значений в файл

         fwrite(0, 1, 1, f);

   }

   st=1; b=0;

  for (i=0,  i<8; i++) {// формирование 5-го байта файла 

   b+=d[7-i]*st; st*=2;

  };

  Ch = (char) b;

  fwrite(ch, 1, 1, f); // запись 5-го байта в файл

  fclose(f);

  system("pause");

}

Задания для самостоятельного выполнения.

1.  Для заданного двоичного файла записать два новых файла. Первый содержит нечётные байты исходного, второй – чётные. Вывести содержимое исходного и итоговых файлов  на экран.
2.  Записать двоичный файл, у которого  каждый байт задает двоичный код чисел от 0 до 255. По нему создать новый двоичный файл, у которого байты упорядочены по возрастанию числа 1 в записи числа. Вывести содержимое исходного и итогового файлов  на экран.
3.  По заданному двоичному файлу с произвольным числом и содержанием байтов создать два новых  двоичных  файла. В первом файле каждый байт исходного умножен на 4 по модулю 255. Во втором файле каждый байт исходного умножен на 5 по модулю 255. Вывести содержимое исходного и итоговых файлов  на экран.
4.  Ввести с клавиатуры по запросу содержимое двоичного файла, у которого  байты задают  в двоичной системе числа от 0 до 12. По нему создать новый двоичный  файл, у которого во всех байтах обнулены 3 младших разряда. Вывести содержимое исходного и итогового файлов  на экран.
5.   Ввести с клавиатуры в  двоичный файл заданное число байтов. Создать новый двоичный файл удвоенной длины,  в котором  каждый байт  исходного входит дважды подряд. Вывести содержимое исходного и итогового файлов  на экран.
6.  Ввести в байты массива сh размерности 15 циклически повторяющиеся двоичные слова вида 000001112, 000011102, 000111002, 001110002, 011100002, 111000002. Сохранить массив ch в исходном файле. Перевести двоичные числа в десятичный вид, прибавить к ним их номер в массиве, преобразовать опять к двоичному виду и записать в новый файл. Вывести содержимое исходного и итогового файлов  на экран.
7.  По заданному двоичному файлу с произвольным содержанием  создать новый  двоичный  файл, у которого байты переставлены в обратном порядке. Вывести содержимое исходного и итогового файлов  на экран.
8.   По заданному двоичному файлу с произвольным числом и содержанием байтов создать новый  двоичный  файл, который обнулены 2 старших бита во всех байтах. Вывести содержимое исходного и итогового файлов  на экран.
9.  По заданному двоичному файлу с произвольным содержанием  создать новый  двоичный  файл, у которого содержимое пяти младших разрядов каждого байта инвертировано в двоичной системе  счисления. Вывести содержимое исходного и итогового файлов  на экран в двоичной системе счисления.
10.  По заданному двоичному файлу с произвольным содержанием  создать новый  двоичный  файл, у которого во всех байтах в 2 старших разрядах вставлены значения 1. Вывести содержимое исходного и итогового файлов  на экран.
11.  По двум заданным двоичным файлам создать новый двоичный файл, в котором на нечетных местах (1,3,5,…) стоят байты из первого файла, а на четных местах (2,4,6,…) – байты из второго файла. Вывести содержимое исходных и итогового файлов  на экран.
12.  Ввести в байты массива сh размерности 20 циклически повторяющиеся двоичные слова вида 010110102, 110011112, 111010012, 110000112. Записать массив в исходный двоичный файл. Инвертировать содержимое всех байтов и записать их в новый двоичный файл. Вывести содержимое исходного и итогового файлов  на экран.
13.  По заданному двоичному файлу с произвольным содержанием  создать новый  двоичный  файл, у которого содержимое трех старших разрядов каждого байта инвертировано в двоичной системе  счисления. Вывести содержимое исходного и итогового файлов  на экран в двоичной системе счисления.