파일 입출력

스트림

• 스트림(stream)이란, 프로그램과 입출력장치 사이에서 입출력자료들을 연결시켜 주는 역할
• 모니터와 키보드 같은 외장기기는 프로그램과 연결되어 있지 않습니다.
• 따라서 이 기기들을 프로그램과 연결시켜 주는 다리가 필요하고 이 다리 역할을 하는 매개체가 바로 '스트림'이다.

이름	스트림의 종류	입출력장치
stdin	표준 입력 스트림	키보드 대상으로 입력
stdout	표준 출력 스트림	모니터 대상으로 출력
stderr	표준 에러 스트림	모니터 대상으로 출력

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버퍼

• 스트림은 내부에 문자 배열 형태의 버퍼(buffer)라는 임시 메모리 공간을 가지고 있다.
• 버퍼를 이용하면 입력과 출력을 좀 더 효율적으로 처리할 수 있게 된다.

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fflush() 함수

• 가끔 출력버퍼를 비워야할 때가 있다. 버퍼에 찌꺼기들이 남아 있기 때문에 정상동작을 하지 않을 수 있기 때문이다.
• 그때 쓰는 게 fflush() 함수이다.
• fflush함수는 인수로 전달된 스트림에 연결된 버퍼를 비워준다.
• 출력버퍼를 비운다는 것은 출력버퍼에 저장된 데이터를 지우는 것이 아니라, 출력버퍼에 저장된 데이터를 최종 전송함을 뜻한다.

int fflush(FILE * stream);
▶ 함수 호출 성공 시 0, 실패 시 EOF 반환

★ EOF는 End Of File의 뜻으로, 오류가 발생했는지 또는 파일의 데이터를 모두 읽었는지 확인할 때 사용한다. 

실제로 이 값은 -1을 나타낸다.

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입력 버퍼의 동작

• 입력 버퍼 문제는 문자 형식을 받을 때 일어난다. 
• 입력 버퍼에 남아있는 문자 때문에, 원하는 동작이 일어나지 않을 수 있는데 대개 엔터키의 잔여물인 \n 때문이다.
• scanf 함수처럼 형식에 맞게 입력을 받을 때 사용자의 입력 내용이 형식 문자열보다 더 많은 내용을 포함하고 있으면 버퍼에 처리되지 않은 데이터가 남게 된다.

▶  scanf 함수로는 학번을 입력받고, fgets 함수로는 이름을 입력받는 프로그램

#include <stdio.h>

int main(void)
{
	int num;
    char name[10];
    
    printf("학번을 입력하세요 : ");
    scanf("%d", &num);
    
    printf("이름을 입력하세요 : ");
    fgets(name, sizeif(name), stdin);
    
    printf("학번 : %d\n", num);
    ptintf("이름 : %s\n", name);
    
    return 0;
}
실행결과
학번을 입력하세요 : 1234(입력)
이름을 입력하세요 : 학번 : 1234
이름 :

• 학번을 입력한 뒤 엔터 키를 누르면 이름 입력 부분은 그대로 넘어가버린다.
• scanf 함수로 값을 입력하고 엔터를 입력하면 버퍼에 \n 값이 남게 되는데, 남겨진 \n를 다음에 호출되는 fgets 함수가 데이터로 받아들이기 때문이다.

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while(getchar() != '\n');

▶ 문제를 해결하려면 입력 버퍼를 비우는 함수를 만들어줘야 한다.

입력 버퍼에서 문자를 계속 꺼내고 \n를 꺼내면 반복을 중단하는 함수이다.

while(getchar() != '\n');

#include <stdio.h>

void clearInputBuffer(void)
{
	while (getchar() != '\n');
}

int main(void)
{
	int num;
    char name[10];
    
    printf("학번을 입력하세요 : ");
    scanf("%d", &num);
    
    clearInputBuffer();
    
    printf("이름을 입력하세요 : ");
    scanf("%s", name);
    
    printf("학번 : %d\n", num);
    printf("이름 : %s\n", name);
    
    return 0;
}
실행결과
학번을 입력하세요 : 1234(입력)
이름을 입력하세요 : 김세종(입력)
학번 : 1234
이름 : 김세종

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파일의 개방모드

• 스트림의 종류는 다양한데 기본적으로 다음 두 가지 기준을 통해서 스트림을 구분하게 된다.
• 읽기 위한 스트림? 쓰기 위한 스트림?
  • 파일에 데이터를 쓰는데 사용하는 스트림과 데이터를 읽는데 사용하는 스트림으로 구분
• 텍스트 데이터를 위한 스트림? 바이너리 데이터를 위한 스트림?
  • 출력의 대상이 되는 데이터의 종류에 따라서 텍스트 모드와 바이너리 모드 두 가지로 나뉜다.

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▶ 스트림은 데이터 이동방향을 기준으로 다음과 같이 4가지로 구분할 수 있다.

데이터 READ 스트림	데이터 WRITE 스트림	데이터 APPEND 스트림	데이터 READ/WRITE 스트림
읽기만 가능	쓰기만 가능	덧붙여 쓰기만 가능	읽기, 쓰기 모두 가능

 

▶ C언어에서는 이를 바탕으로 6가지로 스트림을 세분화한다.

모드	스트림의 성격	파일이 없으면
r	읽기 가능	에러
w	쓰기 가능	생성
a	파일에 끝에 덧붙여 쓰기 가능	생성
r+	읽기/쓰기 가능	에러
w+	읽기/쓰기 가능	생성
a+	읽기/덧붙여 쓰기 가능	생성

★ 웬만하면 r,w,a를 사용하여 입력스트림과 출력스트림을 따로 생성해 사용하는 것이 좋다.

+가 들어간 개방 모드는 읽기에서 쓰기로, 쓰기에서 읽기로 작업을 변경할 때마다 메모리 버퍼를 비워줘야 하는 등의 불편함과 더불어 잘못된 사용의 위험성도 뒤따르기 때문이다.

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▶ 스트림의 성격은 데이터의 종류에 따라서 다음과 같이 두 가지로 나뉜다.

텍스트 모드 스트림	바이너리 모드 스트림
문자 데이터를 저장하는 스트림	바이너리 데이터를 저장하는 스트림

• 텍스트 파일은 데이터를 아스키코드 또는 유니코드 값에 따라 저장한 것이며, 그 외의 방식으로 저장된 파일은 바이너리 파일이다.
• 텍스트 파일은 메모장과 같은 프로그램에서 확인할 수 있으며, 바이너리 파일은 해당 기록 방식을 적용한 별도의 프로그램을 사용해야 한다.
• 예로, 텍스트 파일은 메모장 프로그램에서 내용을 확인할 수 있으나 그림 파일을 보기 위해서는 그림판 프로그램을 사용해야 한다.

텍스트 파일	바이너리 파일
	바이너리 파일을 전용 프로그램이 아닌 메모장에서 사용하면 위와 같이 알 수 없는 문자로 표시된다.
.txt	.jpg, .png, .mp3, .exe 등

 

• r, w, a, r+, w+, a+ 옵션 이외에도 개방 모드를 조합해 텍스트 모드(rt, wt, at)로 열지, 바이너리 모드(rb, wb, ab)로 열지 이렇게 옵션을 추가할 수 있다.
• 기본적으로 아무것도 입력하지 않으면 텍스트 모드로 파일에 접근한다.

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파일 개방 함수

파일 열기 (fopen)

• fopen 함수는 스트림을 형성할 때 호출하는 함수이다.
• 스트림 파일을 만드는 것을 파일 개방이라고 하며 f는 file을 말한다. 즉 file open이라는 함수이다.

FILE * fopen(const char * filename, const char * mode);
▶ 개방에 성공하면 FILE 구조체 변수의 주소값(포인터), 실패하면 널(NULL) 포인터 반환

개방할 파일은 현재의 작업 프로젝트 디렉토리에서 생성된다.
FILE * fp = fopen("sejong.txt", "w");

경로를 포함해서 다음과 같이 파일의 이름을 지정해도 된다.
FILE * fp = fopen("C:\\project\\sejong.txt","w");

문자열 안의 백슬래시는 제어 문자의 시작을 뜻한다. 
디렉토리를 표시하는 백슬래시는 문자열 안에 있으므로 두 번 사용한다.

 

• fopen 함수가 개방에 성공하면 스트림파일을 만들고 파일포인터를 반환한다.
• 스트림파일은 데이터를 저장하는 버퍼와 버퍼를 관리하는 여러 정보를 파일 구조체변수에 저장하고 있다.
• 이 구조체변수의 포인터를 파일포인터라고 한다.
• 파일포인터를 포인터변수에 저장하면 입출력 준비작업이 끝난 것이다.

FILE * fp;
fp = fopen("sejong.txt" , "w");
파일포인터를 fp라는 이름으로 생성하고,파일을 열어서 fp가 그 위치를 기억하게 해주는 것이다.

if(fp == NULL)
{
    printf("파일이 없습니다.");
    return 1;
}
파일 개방에 실패하면 fopen함수는 널 포인터를 반환한다.
널 포인터를 사용하면 실행할 때 에러가 발생하므로 반드시 개방에 성공 했는지를 검사해야 한다.

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파일 닫기(fclose)

int fclose(FILE *);
▶ 성공하면 0, 오류가 발생한 경우 EOF

• 사용이 끝난 파일은 닫아서 스트림파일을 제거해 준다.
• 파일 열기를 통해 만들어진 스트림파일은 메모리를 사용한다. 그런데, 파일을 닫아주지 않으면 메모리가 남아있게 되어, 그만큼의 자원손실을 초래한다.
• 또한 스트림파일에 남아있는 데이터가 장치에 기록되기 전에 지워질 수 있으므로 사용이 끝난 파일은 닫아서 스트림파일의 데이터를 장치에 기록하는 것이 좋다.
• ★ 개방된 파일은 프로그램이 종료되면 자동으로 닫히면서 메모리에서 제거되지만 안정성을 위해 명시적으로 닫는 것이 좋다.

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파일을 열고 닫는 프로그램

• 데이터를 입출력하기 전에는 파일을 여는 과정이 필요하고 사용이 끝나면 파일을 닫는 과정이 필요하다.
• fopen 함수는 파일을 열고, fclose 함수는 파일을 닫습니다.

// 실제로 파일에 데이터가 저장되는지 확인해보는 예제
#include <stdio.h>

int main(void)
{
	FILE * fp = fopen("sejong.txt", "w");	// 출력 스트림 형성
    
    if (fp == NULL)	// fp가 널 포인터면
    {
    	printf("파일 열기 실패\n");
        return -1;	// 비정상적 종료를 의미하기 위해 -1 반환
    }
    
    fputc('s', fp);	// fp가 지칭하는 파일 sejong.txt에 s 저장
    fputc('j', fp);	// fp가 지칭하는 파일 sejong.txt에 j 저장
    fputc('u', fp);	// fp가 지칭하는 파일 sejong.txt에 u 저장
    
    fclose(fp);
    
    return 0;
}

 

 

★ 출력전용 모드는 같은 이름의 파일이 있을 때 그 내용을 모두 삭제하고 개방하므로 주의해야 한다.

일단 읽기 전용 모드로 개방한 후에 파일 존재여부를 확인하고 다시 출력전용으로 개방할 수 있다.

ifp = fopen("sejong.txt", "r");
if (ifp == NULL)
{
	fp = fopen("sejong.txt", "w");
}

 

★ Visual Studio 2013 버전 이상부터 scanf() 함수를 사용하면 에러가 나면서 컴파일이 안됩니다.
에러 메시지를 보면 C4996 'scanf': This function or variable may be unsafe. Consider using scanf_s instead. To disable deprecation,
use _CRT_SECURE_NO_WARNINGS. 라고 나옵니다.

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문자 입출력 함수

문자 출력(fputc)

• fputc 함수는 File Put Character를 조합한 글자로, 파일에서부터 글자를 하나씩 쓰는 함수이다.

int fputc(int, FILE *)
▶ 출력한 문자, 오류가 발생한 경우는 EOF

• fputc함수가 문자를 출력할 때도 fgetc함수와 마찬가지로 개방된 스트림 파일의 버퍼를 사용한다.
• 한 문자를 출력할 때마다 일반 버퍼에 출력이 된 후에 개행문자가 출력되면 하드디스크의 파일로 출력된다.

#include <stdio.h>

int main(void)
{
	FILE * fp = fopen("sejong.txt", "w");
    
    char ch;
    
    if (fp == NULL)
    {
    	printf("파일 열기 실패\n");
        return 1;
    }
    
    printf("데이터를 입력하세요.\n");
    
    while(1)
    {
    	ch = getchar();		// 키보드 입력
        if (ch == EOF)
        	break;
        fputc(ch, fp);		// 파일 출력
    }
    
    fclose(fp);
    
    return 0;
}
실행결과
데이터를 입력하세요.
sejong(입력)
^Z(입력종료)

• 키보드로부터 입력되는 데이터를 파일로 출력하는 예제이다.
• EOF 값은 보통 텍스트파일의 끝에서 얻을 수 있는 값이지만 키보드의 'ctrl+z'를 누르고 엔터키를 누르면 getchar 함수가 -1을 반환한다.

출력결과는 sejong.txt 파일을 메모장으로 열어 확인해본다.

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문자 입력(fgetc)

• fgetc 함수는 File Get Character를 조합한 글자로, 파일에서부터 글자를 하나하나 읽는다는 뜻의 함수이다.

int fgetc(FILE *)
▶ 입력한 문자, 오류나 파일에 데이터가 없을 때 EOF

 

• fgetc 함수는 스트림파일의 버퍼에서 데이터를 가져온다.
• 처음에는 버퍼가 비어있으므로 파일에서 버퍼 크기만큼의 데이터를 가져와 한 번에 버퍼로 읽어 들입니다.
• 파일이 크기가 버퍼보다 작으면 모든 데이터가 한 번에 버퍼에 저장된다.

• 그 이후에 호출되는 입력함수는 버퍼에 데이터가 없을 때까지 버퍼로부터 데이터를 입력한다.

• 버퍼로부터의 입력 위치는 파일구조체의 멤버인 위치지시자로 확인한다.
• 스트림파일에는 문자를 입력할 버퍼의 위치를 알려주는 지시자가 있다.
• 위치지시자는 0으로 시작하며 fgetc 함수가 한 문자씩 읽을 때 1씩 증가한다.
• 위치지시자의 값이 파일의 크기와 같아지면 데이터를 모두 읽은 것이 되며, 이때 함수는 EOF를 반환한다.

#include <stdio.h>

int main(void)
{
	FILE * fp = fopen("sejong.txt", "r");
    
    char ch;
    
    if (fp == NULL)
    {
    	printf("파일 열기 실패\n");
        return 1;
    }
    
    while (1)	// 무한 반복
    {
    	ch = fgetc(fp);		// 개방한 파일로부터 한 문자 입력
        if ( ch == EOF)		// 반환값이 EOF면
        	break;			// 반복 종료
        putchar(ch);		// 읽어들인 문자를 화면에 출력
    }
    
    fclose(fp);
    
    return 0;
}
실행결과
sejong

▶ 개방한 파일로부터 한 문자를 입력, 읽어 들인 문자를 화면에 출력을 무한 반복.

원본 파일의 끝까지 도달하게 되면 반환값이 EOF가 되어 break를 사용해 while 문을 빠져나간다.

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파일 입출력 함수

문자열 출력 (fputs)

• fputs 함수는 문자열을 한 번에 출력할 때 사용
• 첫 번째 인자에는 출력할 문자열의 주소값을 주고 두 번째 인자를 통해서는 파일포인터를 인수로 준다.

int fputs(const char *, FILE *);
▶ 출력에 성공하면 음수가 아닌 값, 실패하면 EOF

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    char str[20] = "I have a dream.";
    FILE * fp = fopen("fputs_test.txt","w");
    fputs(str, fp);
    fclose(fp);
    return 0;
}

★ fputs 대신 puts 함수를 사용할 수도 있지만, puts 함수는 항상 줄을 바꾸므로 문자열을 이어서 출력할 수 없다.

따라서 문자열의 출력은 안전하고 정확하게 수행되는 fputs 함수를 사용하는 것이 좋다.

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문자열 입력 (fgets)

• fgets 함수는 문자열을 한번에 입력할 때 사용

char * fgets(char *, int, FILE *)
▶ 입력한 char 배열, 파일의 끝이면 NULL

 

• fgets 함수는 인자가 3개이다.
• 파일포인터와 연결된 파일로부터 두 번째 전달인자로 주어진 바이트 수에 따라 데이터를 읽어와서 첫 번째 인자로 주어진 배열에 저장한다.

fgets(str, sizeof(str), fp);

str(첫 번째 인자): 파일에서 가지고 온 문자열을 넣는 변수, 읽어 들인 문자열을 저장할 char 배열을 가리키는 포인터
sizeof(str)(두 번째 인자): 한 번에 가지고 올 문자열의 길이 정보 변수, 일반적으로 str로 전달된 배열의 길이(마지막 NULL 문자 포함)가 사용
fp(세 번째 인자): 문자를 읽을 스트림을 식별하는 파일포인터

 

5바이트의 크기를 갖는 배열에 문자열을 입력 받는 경우
#include <stdio.h>

int main(void)
{
	char str[5];	// 파일을 읽을 때 사용할 임시 공간
    FILE * fp = fopen("fgets_test.txt", "r");
    fgets(str, sizeof(str), fp);
    printf("%s\n", str);
    fclose(fp);
    
    return 0;
}
실행결과
Sejo

널문자가 저장될 공간을 제외하고 4바이트만 입력된다.

20바이트의 크기를 갖는 배열에 문자열을 입력 받는 경우
#include <stdio.h>

int main(void)
{
	char str[20];	// 파일에 읽을 때 사용할 임시 공간
    FILE * fp = fopen("fgets_test.txt","r");
    fgets(str, sizeof(str), fp);
    printf("%s\n", str);
    fclose(fp);
    
    return 0;
}
실행결과
Sejong University

입력 받을 데이터의 크기보다 파일의 크기가 작으면 파일 끝까지 읽어들인다.
(단, 중간에 \n(개행문자)가 없어야 한다.)

★ fgets 대신 gets 함수를 사용할 수도 있지만, gets 함수는 입력할 저장 공간의 크기를 인수로 줄 수 없으므로 문자열을 입력할 때 할당하지 않은 메모리 공간을 침범할 가능성이 있다.

따라서 문자열의 입력은 안전하고 정확하게 수행되는 fgets 함수를 사용하는 것이 좋다.

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변환 출력 (fprintf)

• fprintf 함수는 printf 함수와 사용법이 같다. 
• 단, 출력 대상을 파일포인터로 지정해 줄 수 있다.
• 첫 번째 전달인자가 파일구조체의 포인터이다.
• 그래서 printf와 달리 fprintf는 첫 번째 인자로 전달된 파일구조체의 포인터가 지칭하는 파일로 출력이 이루어진다.

 int fprintf(FILE *, const char *, ...);
▶ 출력한 문자의 바이트 수, 실패하면 음수

#include <stdio.h>

int main(void)
{
	int number = 21012345;
    char name[10] = "김세종";
    
    FILE * fp = fopen("student.txt", "w");
    
    if (fp == NULL)
    	printf("파일 열기 실패\n");
       
    else
    {
    	fprintf(fp, "%d %s", number, name);
        fclose(fp);
    }
    
    return 0;
}

---

변환 입력 (fscanf)

• fscanf 함수는 scanf 함수와 사용법이 같다.
• 단, 입력 대상을 파일포인터로 지정해 줄 수 있다.
• 첫 번째 인자로 파일구조체의 포인터가 전달된다.
• 따라서 fscanf는 첫 번째 인자로 전달된 포인터가 지칭하는 파일로부터 데이터를 읽어 들인다.

int fscanf(FILE *, const char *, ...);
▶ 입력에 성공한 데이터 수, 파일에 데이터가 없을 때 EOF

#include <stdio.h>

int main(void)
{
	int number;
    char name[10];
    
    FILE * fp = fopen("student.txt", "r");
    
    if (fp == NULL)
    	printf("파일 열기 실패");
        
    else
    {
    	fscanf(fp, "%d %d", &number, name);
        printf("%d %s\n", number, name);
        fclose(fp);
    }
    
    return 0;
}
실행 시, student.txt에 저장됐던 "21012345 김세종"이 변수 number, name에 입력된 것을 확인할 수 있다.
실행결과
21012345 김세종