Работа с двоичными файлами

Вся информация хранится в компьютере в виде 0 и 1, т. е. в двоичном виде. Двоичные файлы отличаются от текстовых только методами работы с ними. Например, если мы записываем в текстовый файл цифру «4», то она записывается как символ, и для ее хранения нужен один байт. Соответственно и размер файла будет равен одному байту. Текстовый файл, содержащий запись: «145687», будет иметь размер шесть байт.

Если же записать целое число 145 687 в двоичный файл, то он будет иметь размер четыре байта, так как именно столько необходимо для хранения данных типа int. То есть двоичные файлы более компактны и в некоторых случаях более удобны для обработки.

Запись стандартных типов данных в двоичные файлы

Для того чтобы открыть двоичный файл, необходимо задать режим доступа ios::binary (в некоторых компиляторах C++ - ios::bin).

Для создания выходного файла создают объект:

ofstream outBinFile("out.bin", ios::out | ios::binary);

/* создание объекта класса ofstream out. bin

if (! out_f і 1) //стандартная проверка

Запись данных происходит с помощью метода write (), который имеет два параметра: первый - указатель на начало (адрес начала) записываемых данных, второй - количество записываемых байтов. При этом указатель необходимо явно преобразовать к типу char.

Пример 1. Записать в двоичный файл переменные различного типа:

ofstream outBinFile("test.bin", ios::out I

ios: :binary) ; /^создание объекта класса of stream и попытка связать его с файлом test. bin в режиме записи двоичного файла */

int а - 145687; //объявление целой переменной а

outBinFi le. write ((char*) &а, sizeof (а)) ; /^запись в файл

переменной а как потока байтов, т. е. запись в файл внутреннего представления целой переменной а */ float х - 123.25; // объявление вещественной переменной х

outBinFile .write ((char*) &х, sizeof (х)) ; /^запись в файл

переменной х как потока байтов, т. е. запись в файл внутреннего представления целой переменной х*/

//определение символьной переменной с и инициализация ее символом g outBinFile.write((char*)&c, sizeof(c));

//запись символа g в файл

outBinFile.close(); return 0;

Если открыть содержимое файла test .bin текстовым редактором, то он будет иметь вид:

а размер файла составит 9 байт.

Чтение стандартных типов данных из двоичных файлов

Для того чтобы открыть существующий двоичный файл для чтения, нужно создать объект:

ifstream inpBinFile("inp.bin", ios::in I ios::binary);

/* используем дизъюнкцию флагов, указывающую на то что файл открывается на чтение в двоичном виде*/

if (! inpBinFile)

coutДля чтения данных используем функцию read(), имеющую аналогичные функции write() параметры.

#include using namespace std; int main()

ifstream inpBinFile("test.bin", ios::in I

ios: : binary) ; //открываем файл на чтение в двоичном виде

int а; float х; char с = "g";

inpBinFile.read((char*)&a, sizeof(a));

//читаем целочисленную переменную inpBinFile.read((char*)&x, sizeof(x));

//читаем вещественную переменную inpBinFile.read((char*)&c, sizeof (c));

//читаем символьную переменную

inpBinFile.close(); cout

Результат работы программы:

а = 145687 х = 123.25 с = g

Обратите внимание, что при использовании функции write и read не происходит никакого преобразования информации. В файл записывается и считывается внутреннее представление данных. Именно поэтому две предыдущие программы дали правильный результат.

Запись и чтение пользовательских типов данных в двоичные файлы

В отличие от текстовых файлов, работа с пользовательскими типами данных с использованием двоичных файлов ничем не отличается от стандартных типов данных. Аналогично используются методы write() и read(). Программисту только остается указать адрес записываемого участка памяти и количество записываемых байтов, учтя при этом, что никакого преобразования данных не происходит, записывается и считывается только внутреннее представление информации.

Также при работе с двоичными файлами могут использоваться методы seekg(), tellg(), seekp(), tellp().

Пример 3. Написать программу, которая записывает сведения о группе туристов в двоичный файл.

fstream BinFile("ankety.bin", ios::in I ios::out | ios::binary);

Anketa Gruppa = ; for (int i = 0; i

BinFile.write((char*)&Gruppa[i], sizeof(Anketa)); BinFile.close(); return 0;

Пример 4. В файле «ankety.bin» содержатся данные о группе туристов, необходимо считать их и вывести на экран.

#include using namespace std; struct Anketa {

char name; int age;

структурного типа данных Anketa на экран*/

ostream& operator

fstream BinFile("ankety.bin", ios::in | ios::out | ios::binary); if (!BinFile)

for (int i = 0; i

//сразу читаем все байты, занимаемые переменной типа Anketa BinFile.read((char*)&Gruppa[i], sizeof(Anketa));

BinFile.close(); return 0;

Результат работы программы:

Ivanov, 23 Sidorov, 21 Petrov,22

Для продолжения нажмите любую клавишу. . .

Разработка собственных классов для работы с файлами

Постоянно пользоваться методами write() и read() неудобно, гораздо приятнее иметь возможность пользоваться операциями «>» по аналогии с текстовыми файлами. Приведем пример реализации своего класса для работы с двоичными файлами.

using namespace std;

struct Anketa //объявляем структуру для хранения информации

/*перегрузка операции вставки в поток для вывода пользовательского

структурного типа данных Anketa на экран*/

ostream& operator

class outBinaryFile: public of stream /^определяем свой класс для работы с выходными бинарными файлами. Порождаем его от класса работы с выходными файловыми потоками*/

/*при описании конструктора порожденного класса не забываем вызвать конструктор базового, передав ему необходимые параметры*/

outBinaryFile(char* name) : ofstream(name, ios::out I ios::binary)

//перегружаем необходимые операции как методы класса outBinaryFile& operator

write((char*)&chislo, sizeof(chislo)); return *this;

outBinaryFile& operator

write((char*)&ank, sizeof(ank)); return *this;

class inpBinaryFile: public if stream /* определяем свои класс для работы с входными бинарными файлами. Порождаем его от класса работы с входными файловыми потоками*/

inpBinaryFile(char* name) : ifstream(name, ios::in I ios::binary)

/*вызова конструктора базового класса с необходимыми параметрами,

достаточно для конструктора порожденного класса */

//перегружаем необходимые операции

inpBinaryFile& operator >> (int& chislo)

read((char*)&chislo, sizeof(chislo)); return *this;

inpBinaryFile& operator >> (Anketa& ank)

read((char*)&ank, sizeof(ank)); return *this;

int а = 111, b = 112; outBinaryFile outFile("dannye.bin");

//открываем файл на чтение

inpBinaryFile inpFile("dannye.bin"); if (!inpFile)

for (int і = 0; i

inpFile >> a; //читаем анкету из файла

cout //и выводим ее на экран

inpFile >> anketa; cout

Результат работы программы:

Kolya, 1990, 582-78-95.

Для продолжения нажмите любую клавишу. . .

1. Можно ли в программе использовать операцию?

ios::in I ios::out

• а) да, в любом случае;
• б) да, но только при работе с текстовыми файлами;
• в) нет, в любом случае.
• 2. Укажите правильный вариант открытия текстового файла для чтения:
  • а) ifstream inpF("input.txt", ios::in);
  • б) ifstream inpF("input.txt", ios::input);
  • в) ifstream inpF(ios:in, "input.txt").

З.Что будет выведено на экран в результате выполнения следующего кода?

inputFile.get(с);

next - inputFile.peek();

if (next == EOF)

• а) содержимое файла, связанного с потоком inputFile, выведется на экран один раз;
• б) содержимое файла, связанного с потоком inputFile, будет выводиться на экран бесконечное число раз;
• в) на экран ничего не будет выведено.
• 4. Сколько символов содержится в файле?
• 12 3 4 5 6
• а) 6;
• б) 7;
• в) 11.
• 5. Какие методы позволяют определить конец файла?
• а) eof();
• б) good();
• в) оба указанных метода.
• 6. Для чего предназначена функция getline()?
• а) считывает слово из файла;
• б) считывает все содержимое файла;
• в) считывает строку из файла.
• 7. Чтобы записывать/считывать пользовательские типы данных в файл, необходимо:
  • а) перегрузить операции «>>» и «
  • б) запись и чтение пользовательских типов данных доступны без дополнительных действий;
  • в) запись и чтение пользовательских типов данных в файл невозможны.
• 8. Какие функции используются для записи/чтения информации в двоичном виде?
• а) printf / scanf;
• б) write / read;
• в) put / get.

• 1. Написать программу, которая записывает в файл буквы английского алфавита.
• 2. В файле input.txt записана информация из нескольких текстовых строк. Вывести содержимое этого файла на экран, посчитать количество строк в файле.
• 3. На диске находится файл result.txt с результатами химических экспериментов. Написать программу, создающую копию этого файла с именем copy_resylt.txt.
• 4. С клавиатуры ввести имя файла. В указанном файле удалить все четные строки.
• 5. Написать программу, которая в текстовом файле, заменяет все строчные буквы прописными, и наоборот.
• 6. В исходном текстовом файле находятся числа, разделенные пробелами. Сформировать два новых файла: первый должен содержать только четные числа, а второй - нечетные.
• 7. В файл записаны вещественные числа. Написать программу, которая отбрасывает дробную часть у этих чисел и записывает их в новый файл.
• 8. В текстовом файле записана информация о рейсах авиакомпании. Выбрать из этих данных рейсы, вылетающие после обеда, и вывести их на экран.
• 9. Перегрузить операторы >> и
• 10. Написать собственный класс для работы с бинарными файлами.
• 11. Записать список 10 учеников класса в текстовый файл и в двоичный файл. Сравнить эти файлы. Объяснить полученное отличие.
• 12. Разработать класс, который записывает в файл информацию об автомобилях (год выпуска, марку, цвет и т. д.) в текстовый файл. При этом каждый символ информации заменяется своим АБО 1-кодом. Полученный файл вывести на экран.

Контрольные вопросы

• 1. Какие классы используются для работы с файловыми потоками?
• 2. Какие режимы доступа могут использоваться при работе с файлами? Приведите примеры.
• 3. Какой метод служит для открытия файла? Приведите примеры.
• 4. Какие операции доступны для работы с файлами? Какие функции предназначены для выполнения этих операций?
• 5. Какие методы позволяют определить конец файла при чтении из него информации? В чем отличие этих методов? Приведите примеры.
• 6. Каким образом можно считать переменные стандартных типов данных из текстовых файлов?
• 7. Можно ли считывать из текстовых файлов переменные пользовательских типов данных?
• 8. Какие функции предназначены для произвольного чтения информации из файла? Приведите примеры.
• 9. Назовите особенности двоичных файлов. В чем преимущества использования таких файлов?
• 10. С помощью каких функций можно записывать/считывать информацию в двоичные файлы?
• 11. Как считать переменные стандартных типов данных из двоичного файла?
• 12. Какие особенности нужно учитывать при чтении пользовательских типов данных из двоичных файлов?

• "Ivanov", 23}, {"Sidorov", 21},

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.

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.

Файлам. При этом с точки зрения технической реализации на уровне аппаратуры, текстовые файлы являются частным случаем двоичных файлов, и, таким образом, в широком значении слова под определение «двоичный файл» подходит любой файл.

В целом данный термин представляет собой меру отношения потребителя бинарного файла и самого файла. Если потребитель знает структуру и правила, по которым он способен преобразовать данный файл к более высокоуровневому, то он не является для него бинарным. Например, исполняемые файлы являются бинарными для пользователя компьютера, но при этом не являются таковыми для операционной системы . [ ]

Визуализация

Для наглядного представления двоичного файла он разбивается на куски равного размера, представляемые в виде чисел, записываемых, обычно, в шестнадцатеричной системе , иногда в восьмеричной , двоичной или десятичной . Означенный размер куска может быть равен одному октету , а также двум или четырём (в случае разбиения на куски по несколько октетов применяется порядок байтов , принятый на используемой платформе). Зависимость диапазона представляемых чисел от размера куска показана в таблице:

октетов	кол-во бит	шестнадцатеричное	восьмеричное	десятичное беззнаковое	десятичное знаковое
1	8	00 … FF	000 … 377	0 … 255	-128 … 127
2	16	0000 … FFFF	000000 … 177777	0 … 65535	-32768 … 32767
4	32	00000000 … FFFFFFFF	00000000000 … 37777777777	0 … 4294967295	-2147483648 … 2147483647

Нередко, помимо числовых значений байт, выводятся также символы кодовой страницы , например ASCII . Нижеследующий пример показывает т. н. классический дамп (пооктетное шестнадцатеричное представление по 16 байт в строке, с печатными ASCII-символами справа) начала PNG -файла логотипа Википедии:

00000000 89 50 4e 47 0d 0a 1a 0a 00 00 00 0d 49 48 44 52 |.PNG........IHDR| 00000010 00 00 00 87 00 00 00 a0 08 03 00 00 00 11 90 8f |................| 00000020 b6 00 00 00 04 67 41 4d 41 00 00 d6 d8 d4 4f 58 |.....gAMA.....OX| 00000030 32 00 00 00 19 74 45 58 74 53 6f 66 74 77 61 72 |2....tEXtSoftwar| 00000040 65 00 41 64 6f 62 65 20 49 6d 61 67 65 52 65 61 |e.Adobe ImageRea| 00000050 64 79 71 c9 65 3c 00 00 03 00 50 4c 54 45 22 22 |dyq.e<....PLTE""| 00000060 22 56 56 56 47 47 47 33 33 33 30 30 30 42 42 42 |"VVVGGG333000BBB| 00000070 4b 4b 4b 40 40 40 15 15 15 4f 4f 4f 2c 2c 2c 3c |KKK@@@...OOO,<| 00000080 3c 3c 3e 3e 3e 3a 39 39 04 04 04 1d 1d 1d 35 35 |<<>>>:99......55| 00000090 35 51 50 50 37 37 37 11 11 11 25 25 25 0d 0d 0d |5QPP777...%%%...| 000000a0 27 27 27 1a 1a 1a 38 38 38 2a 2a 2a 08 08 08 20 |"""...888**... | 000000b0 20 20 17 17 17 2e 2e 2e 13 13 13 bb bb bb 88 88 | ..............|

Инструменты

Для визуализации

• debug (в Microsoft Windows , частично)
• hexdump (в FreeBSD , GNU/Linux и т. п.)

Для редактирования

• HEX-редактор
  • beye (для всех операционных систем, свободная программа)
  • hiew (для DOS, Microsoft Windows, Windows NT)
  • WinHex (для Windows)

Вероятно, вы уже встречали понятия «текстовый» и «бинарный», читая какие-нибудь статьи о файлах . И решили, что всё это для вас слишком сложно, вовек не разобраться, поэтому не стали вникать, махнув на это рукой.

Мы же попытаемся растолковать всё максимально простым языком, ведь такие сведения полезны для каждого пользователя , даже самого неискушённого, потому что имеют непосредственное отношение к азам компьютерной безопасности .

Немного теории

Текстовый файл содержит в себе символы ASCII (аббревиатура расшифровывается как American Standard Code for Information Interchange, что-то вроде «американский стандарт кодировки для обмена информацией »).

Фактически ASCII - это таблица, в которой каждой букве, цифре, знаку пунктуации и разным «собакам» со «снежинками» (в смысле, @ и *) выделено по одному байту. То бишь, по восемь нулей и единиц (бит) . Плюс, конечно, управляющие символы вроде перехода к новой строке.

Программа для открытия файлов с символами ASCII преобразовывает байты в буквы, цифры и прочие печатные знаки на дисплее . Конечно, софт должен понимать ту часть таблицы, которая соответствует русскому языку, но это уже вопрос кодировки.

В бинарном файле нули и единицы выстраиваются в последовательности, которые нужны необязательно для отображения текстов (хотя есть и такие, например, *doc). А для чего же, спросите вы. Ответ прост: для всего остального. Программы, фильмы, музыка, изображения - у каждого формата свои структурные принципы организации данных.

Само слово «бинарный» означает «состоящий из двух компонентов», «двойной». Действительно, чётко определить получается только два компонента - ноль и единицу, биты, «кирпичики», из которых сложен файл. Смысл всего остального может проявляться только во время запуска (открытия, воспроизведения).

Изнанка цифрового мира

Заглянуть внутрь бинарного файла можно с помощью специальной программы - HEX-редактора. (От слова Hexadecimal, обозначающего шестнадцатеричную систему счисления.) Такой софт показывает байты в виде их HEX-обозначений, расположенных фактически тоже в виде таблицы (матрицы).

К примеру, байты изображения в формате JPEG, обычной картинки или фотографии, в окошке редактора будут показаны как FF D8 FF 00 04 3A 29 и так далее.

Специалист поймёт, что последовательность байт FF D8 в самом начале указывает на то, что перед нами - именно JPEG. А неспециалистам всё это не так уж интересно.

В HEX-редакторе можно открыть и текстовый файл, чтобы увидеть, какие байты соответствуют конкретным буквам (символам ASCII). Но только разве что из любопытства, всё равно смысла в этом нет.

А вот бинарные файлы, бывает, просматривают в шестнадцатеричном виде с вполне осмысленно и конкретными целями. Например, специалисты антивирусных лабораторий таким образом ищут вредоносный код, дописанный к основному. Кстати, переходим к вопросам безопасности.

Что способно навредить

Текстовый файл не может содержать ничего, кроме символов ASCII. Однако программы бывают не только бинарными, но и состоящими из вышеуказанных символов. Имеются ввиду скрипты, конечно.

Иными словами, файл *txt не заражается в принципе и угрозы не представляет. А если внутри текстового файла - скрипт, то бед натворить он способен немало.

К примеру, файл *bat содержит код разных команд и запускается двойным кликом, как обычная программа. Написаны те команды символами ASCII, но операционная система умеет их интерпретировать - превращать в такие нули и единицы, какие характерны именно для программ.

Но вы, конечно, не жмёте на неведомые bat-файлы, правда? Вот и хорошо.

Предыдущие публикации:

Последнее редактирование: 2012-11-06 14:45:16

Метки материала: ,