Otevírání souborů

Abychom mohli s nějakým souborem začít pracovat, musíme ho nejprve v našem programu otevřít, aby byl vytvořen souborový deskriptor, do kterého pak můžeme zapisovat či z něj číst data. K tomu slouží funkce fopen, která má následující signaturu:

FILE* fopen(const char* filename, const char* mode);

Cesta k souboru

Jako svůj první parametr funkce fopen očekává řetězec s cestou k souboru, který má být otevřen. Cestu můžete zadat dvěma způsoby:

• Absolutní cesta (absolute path) je cesta, která začíná kořenovým adresářem souborového systému, například /home/student/upr/soubor.txt¹. Aby byla cesta absolutní, musí na Linuxu začínat dopředným lomítkem.

  ¹Na Windows by podobná cesta mohla vypadat například takto: C:\Users\student\upr\soubor.txt.

• Relativní cesta (relative path) se vyhodnotí relativně k tzv. pracovnímu adresáři (working directory) běžícího programu. Pokud spustíte váš program z terminálu, tak se pracovní adresář implicitně nastaví na adresář, ze kterého jste program spustili. Pokud tedy například spustíte váš program z adresáře /home/student/upr a funkci fopen předáte cestu soubor.txt, tak se funkce pokusí otevřít soubor na cestě /home/student/upr/soubor.txt.

Při zadávání cesty můžete využít speciální odkazy . a .., které jsou užitečné zejména u relativních cest:

• Odkaz . se odkazuje na současný adresář, ./soubor.txt je tedy to samé jako soubor.txt.
• Odkaz .. se odkazuje na rodičovský adresář, ../data/abc.txt tedy říká: Podívej se do rodičovského adresáře, tam vyhledej adresář data a v něm soubor abc.txt.

Nepokoušejte se však zadávat cesty k neexistujícím adresářům. fopen sice umí vytvořit nový soubor (pokud použijete odpovídající mód), neexistující adresář za vás nicméně nevytvoří.

Doposud jsme používali prvky C, které byly vesměs nezávislé na použitém operačním systému. Jakmile ale naše programy začnou interagovat se souborovým systémem (file system), budeme muset začít respektovat zákonitosti operačního systému, na kterém náš program poběží. Proto například u cesty k souborům vždy používejte dopředná lomítka (/) pro oddělování adresářů, pokud program budete spouštět na Linuxu.

Mód otevření

Druhým parametrem funkce fopen je řetězec, jehož obsah určuje, v jakém módu (mode) se má soubor otevřít. Kompletní seznam všech kombinací módů naleznete v dokumentaci, zde je seznam běžných variant:

Při otevírání souboru si musíte rozmyslet, jestli z něj chcete číst, zapisovat do něj nebo provádět obojí. Zároveň si musíte určit, jestli chcete soubor vytvořit v případě, že neexistuje, popřípadě jestli má být jeho obsah smazán, pokud už existuje. Podle těchto vlastností si pak zvolte odpovídající mód otevření souboru. Nejběžněji používanými módy jsou "r" pro čtení ze souboru a "w" pro zápis do souboru.

Textový vs binární režim

Pokud použijete jeden ze základních módů, soubor se otevře v tzv. textovém režimu. V tomto režimu dochází ke konverzi určitých bytů při čtení a zápisu ze souboru. Asi nejdůležitějším znakem, který je takto konvertován, je '\n', neboli odřádkování (newline). Různé operační systémy totiž při interpretaci souborů používají různé znaky pro odlišení situace, kdy má dojít k přesunu kurzoru na nový řádek:

• LF: Linux a macOS² používají pro konec řádku přímo ASCII znak LF (line feed), který lze v C zapsat jako '\n'.

  ²V dávných dobách používal Mac OS pro odřádkování pouze znak CR.

• CRLF: Windows používá pro konec řádku dvojici ASCII znaků CR (carriage return) a LF (v tomto pořadí). CR lze v C zapsat jako '\r'.

Na Windows tak při zápisu do souborů otevřených v textovém módu dojde ke konverzi znaku odřádkování \n na dvojici znaků \r\n. Stejně tak při načítání dat ze souboru se dvojice znaků \r\n převedou na \n. Na Linuxu textový mód v podstatě nic nedělá, protože se zde pro odřádkování používá přímo znak \n.

Pokud byste však chtěli mít jistotu, že opravdu k žádné konverzi nedojde, a budete zapisovat data, která nemají být interpretována jako text, můžete na konec módu přidat znak b. Poté se soubor otevře v tzv. binární režimu, kde k žádné konverzi nedochází. Mód "rb" tak například říká Otevři soubor pro čtení v binárním režimu.

Pokud byste chtěli explicitně říct, že se má použít textový režim, můžete na konec módu přidat znak t. Například mód "rt" je ekvivalentní s módem "r" a označuje otevření souboru pro textové čtení.

Ošetření chyb

Jakmile řeknete funkci fopen jaký soubor (a v jakém módu) má otevřít, funkce jej otevře a vrátí vám ukazatel na strukturu FILE, pomocí které můžete se souborem dále pracovat³. Stejně jako u jakékoliv práce se vstupem a výstupem i při práci se soubory však může často docházet k různým chybám.

Pokud byste se například pokoušeli otevřít neexistující soubor v módu pro čtení "r", dojde k chybě. V takovém případě vám funkce fopen vrátí adresu nula (tzv. NULL ukazatel). Po každém pokusu o otevření souboru byste tak měli ověřit, zdali se otevření opravdu podařilo nebo ne. Pokud při otevření došlo k chybě, tak se do globální proměnné errno uloží číslo, které identifikuje, o jaký typ chyby šlo⁴. K proměnné budete mít přístup, pokud do svého programu vložíte soubor <errno.h>. Pomocí funkce strerror ze souboru <string.h> pak můžete získat řetězec, který danou chybu popisuje:

#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>

int main() {
    FILE* soubor = fopen("soubor.txt", "r");
    if (soubor == NULL) {
        printf("Doslo k chybe pri otevirani souboru: %s\n", strerror(errno));
        return 1; // došlo k chybě, vrátíme 1 jako chybový stav programu
    }

    return 0;
}

Použití assert

Pokud píšete malý program a nechce se vám ručně každou chybu ošetřovat, můžete využít makro assert ze souboru <assert.h>. Toto makro očekává pravdivostní hodnotu a kontroluje, zdali platí (assert znamená ujisti se, že platí …). Pokud hodnota neplatí, tj. vyhodnotí se na 0 či false, tak dojde k okamžitému ukončení vašeho programu. Nebudete tak sice moct ovlivnit vypsanou chybovou hlášku, ale ošetření chyby se značně zjednodušší:

FILE* soubor = fopen("soubor.txt", "r");
assert(soubor); // pokud je `soubor` roven `NULL`, program se zde ukončí

Ošetření chyb je dobré nepodceňovat. Pokud chybu ošetříte okamžitě po jejím možném vzniku (i kdyby to mělo být okamžitým vypnutím programu), tak bude mnohem jednodušší zjistit, kde v kódu a proč vznikla. Jinak se může jednoduše stát, že k chybě sice dojde, ale program bude pokračovat vesele dál. Tato chyba pak může v průběhu programu způsobit kaskádu dalších chyb, které nakonec dříve či později povedou k "spadnutí" nebo špatnému fungování programu. V takové situaci bude mnohem náročnější zjistit, kde vznikla původní chyba, která vše způsobila, protože program může spadnout na úplně jiném místě v kódu.

Zavření souboru

Jakmile se souborem přestanete pracovat, je nutné ho zavřít. K tomu slouží funkce fclose:

FILE* soubor = fopen("soubor.txt", "w");
// zápis/čtení ze souboru…
fclose(soubor);

Funkce fclose vrací číselnou hodnotu, která oznamuje, zdali funkce proběhla v pořádku nebo ne. Pokud funkce vrátí 0, tak se soubor úspěšně uzavřel. I u zavírání souborů bychom tedy měli mít alespoň základní ošetření chyb⁵:

assert(!fclose(soubor));

Pokud bychom soubor nezavřeli, tak se například může stát, že kvůli použitému bufferování by se data, která jsme do souboru zapsali, nemusela objevit na souborovém systému.