第12周：文件、位运算

C

12.1.1 文件：格式化输入输出

格式化的输入输出

• printf
  
  • %[flags][width][.prec][hlL]type

• scanf
  
  • %[flag]type

printf和scanf的返回值

• 读入的项目数
• 输出的字符数
• 在要求严格的程序中，应该判断每次调用scanf或printf的返回值，从而了解程序运行中是否存在问题

12.1.2 文件：文件输入输出

文件输入输出

• 用<和>做重定向

FILE

• FILE* fopen(const char * restrict path, const char * restrict mode);
• int fclose(FILE *stream);
• fscanf(FILE*, ...)
• fprintf(FILE*, ...)

打开文件的标准代码

 FILE* fp = fopen("file", "r");
 if (fp) {
    fscanf(fp,...);
    fclose(fp);
 } else {
    ...
 }

fopen

12.1.3 文件：二进制文件

二进制文件

• 其实所有的文件最终都是二进制的
• 文本文件无非是用最简单的方式可以读写的文件
  
  • more、tail
  • cat
  • vi
• 而二进制文件是需要专门的程序来读写的文件
• 文本文件的输入输出是格式化，可能经过转码

文本vs二进制

• Unix喜欢用文本文件来做数据存储和程序配置
  
  • 交互式终端的出现使得人们喜欢用文本和计算机“talk”
  • Unix的shell提供了一些读写文本的小程序

• Windows喜欢用二进制文件

  • DOS是草根文化，并不继承和熟悉Unix文化
  • PC刚开始的时候能力有限，DOS的能力更有限，二进制更接近底层

• 文本的优势是方便人类读写，而且跨平台

• 文本的缺点是程序输入输出要经过格式化，开销大
• 二进制的缺点是人类读写困难，而且不跨平台
  
  • int的大小不一致，大小端的问题...
• 二进制的优点是程序读写快

程序为什么要文件

• 配置
  
  • Unix文本，Windows用注册表
• 数据
  
  • 稍微有点量的数据都放数据库了
• 媒体
  
  • 这个只能是二进制的
• 现实是，程序通过第三方库来读写文件，很少直接读写二进制文件了

可移植性

• 二进制文件不具有可移植性
  
  • 在int为32位的机器上写成的数据文件无法直接在int为64位的机器上正确读出
• 解决方案之一是放弃使用int，而是typedef具有明确大小的类型
• 更好的方案是用文本

12.2.1 位运算：按位运算

按位运算

• C有这些按位运算的运算符：
  
  • & 按位的与
  • | 按位的或
  • ~ 按位的反
  • ^ 按位的异或
  • << 左移
  • >> 右移

按位与 &

• 如果 (x)i == 1 并且 (y)i == 1，那么 (x&y)i = 1
• 否则的话 (x&y)i = 0
• 按位与常用于两种应用：
  
  • 让某一位或某些位为0：x & 0xFE
  • 取一个数中的一段：x & 0xFF

按位或 |

• 如果 (x)i == 1 或 (y)i == 1，那么 (x | y)i = 1
• 否则的话 (x | y)i = 0
• 按位或常用于两种应用：
  
  • 使得一位或几个位为1：x | 0x01
  • 把两个数拼起来：0x00FF | 0XFF00

按位取反 ~

• (~x)i = 1 - (x)i
• 把1位变0,0位变1
• 想得到全部位为1的数：~0
• 7的二进制是0111，x | 7 使得低3位为1，而 x & ~7 ，就使得低三为位0

逻辑运算vs按位运算

• 对于逻辑运算，它只看到两个值：0和1
• 可以认为逻辑运算相当于把所有非0值都变成1，然后按位运算
  
  • 5 & 4 -> 4 而 5 && 4 -> 1 & 1 -> 1
  • 5 | 4 -> 5 而 5 || 4 -> 1 | 1 -> 1
  • ~4 -> 3 而 !4 -> !1 -> 0

按位异或^

• 如果 (x)i == (y)i，那么 (x ^ y)i = 0
• 否则的话 (x ^ y)i = 1
• 如果两个位相等，那么结果为0,；不相等，结果为1
• 如果x和y相等，那么x^y的结果为0
• 对一个变量用同一个值异或两次，等于什么也没有做
  
  • x ^ y ^ y -> x

12.2.2 位运算：移位运算

左移 <<

• i << j
• i中所有的位向左移动j个位置，而右边填入0
• 所有小于int的类型，移位以int的方式来做，结果小于int
• x <<= 1 等价于 x *= 2
• x <<= n 等价于 x *= 2^n

右移 >>

• i >> j
• i中所有的位向右移动j个位置
• 所有小于int的类型，移位以int的方式来做，结果是int
• 对于unsigned的类型，左边填入0
• 对于signed的类型，左边填入原来的最高位（保持符号不变）
• x >>= 1 等价于 x /= 2
• x >>= n 等价于 x /= 2^n
• 移位的位数不要用负数，这是没有定义的行为

12.2.3 位运算：位段

位段

• 把一个int的若干位组合成一个结构

struct {
    unsigned int leading : 3;
    unsigned int FLAG1 : 1;
    unsigned int FLAG2 : 1;
    int trailing : 11;  
};

• 可以直接用位段的成员名称来访问
  
  • 比移位、与、或还方便
• 编译器会安排其中的位的排列，不具有可移植性
• 当所需的位超过一个int时会采用多个int