3 ファイル処理の方法

3.1 ファイル処理の流れ

先ほどの例でファイル処理の大体の方法を理解したと思う．C言語に限らず，ほとんどのプログラム言語のファイルの処理はどれも似かよっている．それは，図 2のようになっている．人間がデータを記録している本やノートなどを見る動作と同じようにしている．オープンと読み書き，クローズは約束事と理解する必要がある．

**図 2:** コンピューターのファイル処理と人間の読み書き方法
$\includegraphics[keepaspectratio, scale=1.0]{figure/flow_file_manage.eps}$

リスト1や2のプログラムの中で，これらの約束事の記述の例を図3に示す．人間の動作を考えれば，取り立ててその流れは難しくない．

fopen()関数でファイルをオープンしている．
fprintf()やfscanf()関数で，ファイルのデータを読み書きしている．
fclose()関数で，ファイルをクローズしている．

**図 3:** C言語でのファイル処理の例
$\includegraphics[keepaspectratio, scale=1.0]{figure/flow_file_manage_ex.eps}$

図3を見て分かるように，実際のC言語ではオープンと読み書き，クローズの他に，ファイルポインターの宣言が必要である．ファイルポインターについては，次の節で述べることにする．C言語のプログラムでファイル処理をする場合は，図4に示す手順に従えば良い．ただし，実際のプログラムではエラー処理を書かなくてはならないが，ここでは示していない．

**図 4:** C言語でのファイル処理の流れ
$\includegraphics[keepaspectratio, scale=1.0]{figure/flow_file_manage_C.eps}$

3.2 ファイルのオープンとクローズ

3.2.1 ファイルポインターの宣言

ファイル処理にはそれに関わる多くの情報が必要である．そのために，ファイルの情報をメモリーの一部に格納する必要がある．その格納場所を示すものがファイルポインターである．それは構造体になっており，stdio.hというヘッダーファイルに以下のような内容が定義されている．

ファイルの読み書きをする場合の位置
残っている文字数
バッファー領域の先頭位置
ファイルの状態
ファイル番号

このファイルポインター(fp)を使って，全てのファイル関係の処理を行う．なにせ，ファイルに関する情報が全て書かれているので，これを指定すれば，あとはコンピューターが勝手に処理してくれる．面倒くさい処理はコンピューター任せにして，プログラマーは楽をしようということである．このFILE型の変数(ポインター)を使うためには，次のように宣言する．

FILE *hoge;

これで，FILE型の変数(ポインター)hogeを宣言できる．ただし，hogeは変数名なのでプログラマーが適当な名前をつける．

3.2.2 ファイルのオープン

通常は，fopen()という関数の戻り値をこのポインターに代入する．このファイルをオープンする関数fopen()の書式は，次の通りである．

FILE *fopen(char *filename, char *openmode)

戻り値はFILE型のポインター，ファイル名を表す第一引数はchar型のポインター，オープンモードを表す第2引数はchar型のポインターと言うことである．もし，オープンに失敗すると，NULLという戻り値になる．char型のポインターと難しいことを言っているが，先のプログラムの例(リスト1, 2)でも分かるように，文字列をダブルクォーテーションで囲めば良いのである．例えば，hoge.txtというファイルを読み込みモードでオープンする場合

foo=fopen("hoge.txt", "r");

と書く．

オープンモードについては，いろいろ用意されており，教科書のp.360にまとめてある．細かいファイル処理をする場合は，これらのモードを巧みに使う必要があるが，本講義では，

ファイルからデータを読み込む場合は，オープンモードの部分は"r"
ファイルへデータを書き込む場合は，オープンモードの部分は"w"

とすればよい．

3.2.3 ファイルのクローズ

ファイルをクローズする関数fclose()の書式は，簡単で，次の通りである．

int fclose(FILE *filepointer)

戻り値は，int型で，クローズに成功すると0，失敗するとEOFが返される．引数は，ファイルポインターのみである．ファイルを開いたら閉じるのが礼儀だと心得て，処理の最後に

fclose(foo);

と必ず書く．

3.3 ファイルの入出力関数

3.3.1 入出力の方法

いよいよ，ファイルのデータを読み書きするファイル入出力関数について説明する．難しと思うだろうが，実は非常に簡単である．いままで，標準入力(キーボード)と標準出力(ディスプレイ)に使ってきた関数，printf()とscanf()とほとんど同じである．付録に示すようにキーボードやディスプレイもファイルとして取り扱われるので，同じ手法がハードディスクにも使える．

まず，入力であるが，一般のファイルと標準入力の場合を並べて書くと

ファイル入力 int fscanf(ファイルポインター,書式指定,引数並び)

標準入力 int scanf(書式指定,引数並び)

ファイル入力	`int fscanf(`ファイルポインター`,`書式指定`,`引数並び`)`
標準入力	`int scanf(`書式指定`,`引数並び`)`

となる．ファイルポインターを指定する以外，すべて標準入力の場合と同じである．非常に単純で簡単である．実際の動作もキーボードからデータを入力するのも，ファイルから読み込むのも同じイメージで取り扱える．戻り値の整数は入力したデータの個数である．もし，ファイルの最後あるいは読み込みに失敗するとEOFを返す．

出力もまったく同じである．

ファイル出力 int fprintf(ファイルポインター ,書式指定,引数並び)

標準出力 int printf(書式指定,引数並び)

ファイル出力	`int fprintf(`ファイルポインター `,`書式指定`,`引数並び`)`
標準出力	`int printf(`書式指定`,`引数並び`)`

ハードディスクのファイルにデータを書き込むのは，ディスプレイにデータを出力するのと全く同じイメージである．実際，ファイル出力されたデータを見ると，ディスプレイと同じであることが分かる．戻り値の整数は出力した文字数である．書き込みに失敗すると負の値を返す．

これまでから，コンソール入出力(キーボード入力とディスプレイ出力)とファイル入出力は同じ取り扱いができることが理解できたであろう．

3.4 ファイル出力の実際

計算結果などを大量のデータはハードディスクに保存しなくてはならない．ファイル出力のコツは，

表をイメージして，データをファイルに書き出す．
1行に複数のデータがある場合は，"\t"を用いてタブ区切り ⁴とする．
ループ文(for, while, do while)を用いて，fprintf()関数を繰り返し使う．

である．

リスト3に三角関数の値をファイル出力するプログラムを示す．

   1 #include <stdio.h>
   2 #include <math.h>
   3 
   4 int main(void)
   5 {
   6   FILE *out_file;          // FILE型のポインターの宣言
   7   double x, y1, y2, y3;
   8   double dphi;
   9   int i, n;
  10   
  11   n = 360;
  12   
  13   dphi = 2*M_PI/n;
  14   
  15   out_file = fopen("trifunc.txt","w");     //ファイルのオープン
  16   
  17   for(i=0; i<n; i++){
  18     x=i*dphi-M_PI;
  19     y1 = sin(x);
  20     y2 = cos(x);
  21     y3 = tan(x);	  
  22     fprintf(out_file, "%e\t%e\t%e\t%e\n", x, y1, y2, y3);  //書き込み
  23   }
  24   
  25   fclose(out_file);                        //ファイルのクローズ
  26 
  27   return 0;
  28 }

3.5 ファイル入力の実際

コンピューターを使ったデータ処理では，対象となる大量のデータをハードディスクから読み込むことが多い．ファイルからのデータ入力のコツは，

データ数が多い場合，読み込んだデータは配列(あるいは構造体)に格納する．
ループ文を用いて，fscanf()関数を繰り返し使い，データを読み込む．
fscanf()関数の戻り値がEOFの場合⁵，データの読み込みを止める．

である．

リスト4に先ほど作成したファイル内容を読み込み，各列の2乗平均値を計算する．

   1 #include <stdio.h>
   2 #include <stdlib.h>
   3 
   4 int main(void)
   5 {
   6   FILE *in_file;
   7   double x[500], y1[500], y2[500], y3[500];
   8   double sum2_x=0, sum2_y1=0, sum2_y2=0, sum2_y3=0;
   9   int i=0;
  10 
  11 
  12   in_file = fopen("trifunc.txt","r");
  13 
  14   while(fscanf(in_file, "%lf%lf%lf%lf",&x[i], &y1[i], &y2[i], &y3[i])!=EOF){
  15     sum2_x += x[i]*x[i];
  16     sum2_y1 += y1[i]*y1[i];
  17     sum2_y2 += y2[i]*y2[i];
  18     sum2_y3 += y3[i]*y3[i];
  19     i++;
  20   }
  21  
  22   fclose(in_file);
  23   printf("ave x^2=%f\n",sum2_x/i);
  24   printf("ave y1^2=%f\n",sum2_y1/i);
  25   printf("ave y2^2=%f\n",sum2_y2/i);
  26   printf("ave y3^2=%f\n",sum2_y3);
  27 
  28 
  29   return 0;
  30 }

ホームページ: Yamamoto's laboratory
著者: 山本昌志

Yamamoto Masashi
平成19年4月30日