実行できるCドキュメント: ファイル操作

Q: C言語でファイルを開くには？

FILE fp = fopen("data.txt", "r"); は読み込み用にファイルを開き、FILE のハンドルを返します。失敗した場合は NULL です。ハンドルを使う前に必ず NULL をチェックし、終わったら fclose(fp) を呼びましょう。

Q: C言語の fopen のモードにはどんなものがありますか？

"r" は読み込み（ファイルが存在する必要あり）、"w" は書き込み（作成、または既存ファイルを空に切り詰める）、"a" は追記（作成し、末尾に書く）。+ を足すとそれぞれ読み書き両用になります："r+"、"w+"、"a+"。b を足す（"rb"、"wb"）とバイナリモードで開きます。

Q: C言語でファイルを1行ずつ読むには？

while ループの中で fgets を使います：while (fgets(line, sizeof line, fp) != NULL) { ... }。改行ごと、またはバッファが一杯になった時点で止まり、ファイル終端で NULL を返します。バッファサイズを渡すのでオーバーフローしません。

Q: C言語で書き込んだのにファイルが空なのはなぜですか？

たいていは fclose を忘れています。出力はバッファリングされるので、プログラムが異常終了するとデータがまだメモリに残っていることがあります。fclose はフラッシュして閉じ、fflush(fp) は閉じずにフラッシュします。もう1つの原因は、2度目に "w" で開いてしまい、今書いたファイルを切り詰めてしまうことです。

プログラムが計算したものは、書き出さないかぎり終了と同時に消えてしまいます。C言語のファイルインターフェースは <stdio.h> - printf と同じヘッダー - にあり、意図的に似た作りになっています。ファイルはバイトのストリームであり、画面に対して働く関数には、ストリームを引数に取る双子がいます。

ハンドルの型は FILE * です。FILE の中身を覗くことはありません。これは不透明な型（typedef 参照）で、常にそのポインタだけを持ちます。

3つのステップ

すべてのファイル操作は同じ形をしています。開く、使う、閉じる。

#include <stdio.h>

int main(void) {
    FILE *fp = fopen("greeting.txt", "w");
    if (fp == NULL) {
        fprintf(stderr, "書き込み用にファイルを開けませんでした。\n");
        return 1;
    }

    fprintf(fp, "こんにちは、ファイル！\n");
    fprintf(fp, "Cプログラムが書きました。\n");

    fclose(fp);
    printf("greeting.txt を書き出しました\n");
    return 0;
}

NULL チェックは、任意の心配性ではありません。fopen は、（読み込みモードで）ファイルが存在しない、ディレクトリが書き込み不可、パスが間違っている、プロセスのファイルハンドルが尽きた - そのいずれでも失敗し、どの場合も NULL を返します。NULL のハンドルを使うのはセグメンテーション違反です。

エラーを stdout ではなく stderr に送るのが慣習です。バッファリングされず、本来の出力とは別にリダイレクトできるからです。

fopen のモード

第2引数は短いモード文字列です。"w" が既存ファイルを黙って空にするため、これを間違えるのがこの分野で最も破壊的なミスです。

モード	読み	書き	ファイルが存在する場合	存在しない場合
`"r"`	可	不可	先頭で開く	失敗、`NULL` を返す
`"w"`	不可	可	空に切り詰める	作成される
`"a"`	不可	可	末尾にのみ書く	作成される
`"r+"`	可	可	先頭で開く	失敗、`NULL` を返す
`"w+"`	可	可	空に切り詰める	作成される
`"a+"`	可	可	どこでも読めるが、書くのは末尾	作成される

これらのいずれにも b を付ける（"rb"、"wb"、"ab+"）とバイナリモードになります - 詳しくは最後に。

実際のデータ損失を防ぐ2つのルール：

読むつもりなら "r" を使う。 打ち間違えたファイル名に対する "r+" は安全に失敗し、"w+" は空のファイルを作るだけで失うのは時間くらいです。しかし "r" のつもりで正しいファイル名に "w" を使うと、データが破壊されます。
ログには "a" を使う。 ストリームの位置がどこにあっても、すべての fprintf は末尾に着地します。ログが求めるのはまさにそれです。

1つのプログラムで書いて読む

下のエディタは完全な往復を実行します - ファイルを作り、レコードを書き込み、閉じ、読み込み用に開き直して、見つけたものを表示します。

#include <stdio.h>

int main(void) {
    const char *path = "scores.txt";

    /* --- 書き込み --- */
    FILE *out = fopen(path, "w");
    if (out == NULL) {
        fprintf(stderr, "%s を書き込み用に開けません\n", path);
        return 1;
    }
    fprintf(out, "Ada %d\n", 92);
    fprintf(out, "Grace %d\n", 105);
    fprintf(out, "Alan %d\n", 87);
    fclose(out);

    /* --- 読み戻し --- */
    FILE *in = fopen(path, "r");
    if (in == NULL) {
        fprintf(stderr, "%s を読み込み用に開けません\n", path);
        return 1;
    }

    char name[32];
    int  score;
    int  total = 0, count = 0;

    while (fscanf(in, "%31s %d", name, &score) == 2) {
        printf("%-8s %3d\n", name, score);
        total += score;
        count++;
    }
    fclose(in);

    if (count > 0) {
        printf("平均: %.1f\n", (double)total / count);
    }
    return 0;
}

fprintf と fscanf は、第1引数にストリームを取る printf と scanf です。書式指定子まわりはすべて同一で、name のあふれを防ぐ %31s の幅指定も含まれます。

ループの条件は == 2、つまり書式が要求する項目の数です。代わりに EOF と比較するのは古典的なバグです。おかしな行があると fscanf は EOF ではなく 0 を返すので、消費できない入力の上でループが永遠に回り続けます。

fgets で1行ずつ読む

fscanf は、かっちり整形されたデータには便利です。テキストファイル - 設定、ログ、CSV、人が書いたもの全般 - では、行全体を読みましょう。次のループが定番です。

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

int main(void) {
    const char *path = "notes.txt";

    FILE *out = fopen(path, "w");
    if (out == NULL) { return 1; }
    fprintf(out, "1行目\n");
    fprintf(out, "2行目\n");
    fprintf(out, "3行目\n");
    fclose(out);

    FILE *in = fopen(path, "r");
    if (in == NULL) {
        fprintf(stderr, "%s を開けません\n", path);
        return 1;
    }

    char line[256];
    int  lineno = 0;

    while (fgets(line, sizeof line, in) != NULL) {
        line[strcspn(line, "\n")] = '\0';    /* 末尾の改行を削る */
        lineno++;
        printf("%3d: [%s] (%zu 文字)\n", lineno, line, strlen(line));
    }

    fclose(in);
    return 0;
}

fgets が正しいデフォルトである理由：

バッファサイズを受け取るので、オーバーフローしません。sizeof line を渡しておけば、配列のサイズを変えても呼び出しは正しいままです。
ファイル終端やエラーで NULL を返すので、ループの条件としてきれいです。
行がバッファに収まったときは改行を残します。これは有用で、得られたものに '\n' がなければ、その行はバッファより長く、残りがまだ待っているという意味です。strcspn(line, "\n") は改行の位置（なければ文字列長）を返すので、そこに '\0' を代入すればどちらの場合も正しく切り詰められます。

本当のファイル終端とエラーを区別するには、ループの後で問い合わせます。

if (ferror(in)) {
    fprintf(stderr, "read error\n");
} else if (feof(in)) {
    /* 正常終了 */
}

ループの条件に while (!feof(fp)) と書いてはいけません。feof は読み取りがすでに失敗した後にしか真にならないので、そのループは最後のバッファの内容を1回余分に処理します。代わりに読み取り関数の戻り値をテストしましょう - 上の2つのループがそうしているように。

1文字ずつ：fgetc と fputc

バイト単位の仕事 - 文字数を数える、ファイルを変換する、コピーする - には、1呼び出しで1文字を扱う fgetc と fputc があります。

#include <stdio.h>
#include <ctype.h>

int main(void) {
    const char *src = "mixed.txt";
    const char *dst = "upper.txt";

    FILE *out = fopen(src, "w");
    if (out == NULL) { return 1; }
    fputs("Hello there, C programmer!\n", out);
    fclose(out);

    FILE *in = fopen(src, "r");
    FILE *up = fopen(dst, "w");
    if (in == NULL || up == NULL) {
        if (in) fclose(in);
        if (up) fclose(up);
        return 1;
    }

    int c;
    int letters = 0, lines = 0;

    while ((c = fgetc(in)) != EOF) {
        if (isalpha(c)) letters++;
        if (c == '\n')  lines++;
        fputc(toupper(c), up);
    }

    fclose(in);
    fclose(up);

    printf("%d 文字の英字、%d 行\n", letters, lines);

    /* 結果を表示する */
    FILE *check = fopen(dst, "r");
    if (check != NULL) {
        char line[128];
        while (fgets(line, sizeof line, check) != NULL) {
            printf("%s", line);
        }
        fclose(check);
    }
    return 0;
}

重要な細部が1つ。c は char ではなく int として宣言されています。fgetc が int を返すのは、あらゆるバイト値に加えて別個の番兵 EOF（-1）を返せるようにするためです。これを char に格納すると、プラットフォームで char が符号付きかどうかによって、EOF との比較が常に偽になるか、バイト 0xFF に対して誤って真になります。これはC言語で最も古い落とし穴の1つです。

エラーを正しくチェックする

実運用での読み込みはこうなります。

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

int main(void) {
    FILE *fp = fopen("does-not-exist.txt", "r");
    if (fp == NULL) {
        fprintf(stderr, "オープンに失敗: %s\n", strerror(errno));
        perror("perror の出力");
        return 1;
    }
    fclose(fp);
    return 0;
}

errno は直近の失敗を表すコードを保持し、strerror はそれを文になおします。perror は自分のメッセージとその文を1回の呼び出しで表示します。両者にはそれぞれ <errno.h> と <string.h> が必要です。

fclose も失敗しうる - バッファされたデータをフラッシュするので、書き込みがディスクに収まらないことがある - ため、重要なものについてはチェックしましょう。

if (fclose(fp) != 0) {
    fprintf(stderr, "failed to flush and close\n");
}

バイナリモードを1段落で

テキストモードは改行を変換することがあり（Windowsでは書き込み時に \n が \r\n になり、読み込み時に戻ります）、特定のバイトを特別扱いすることもあります。テキストでないデータ - 画像、そのままダンプした構造体、圧縮されたかたまり - は b を付けて開き、生のバイトを移動させる fread/fwrite を使いましょう。

#include <stdio.h>

struct Record {
    int    id;
    double value;
};

int main(void) {
    struct Record out[2] = {{1, 3.5}, {2, 7.25}};

    FILE *fp = fopen("records.bin", "wb");
    if (fp == NULL) { return 1; }
    fwrite(out, sizeof out[0], 2, fp);
    fclose(fp);

    struct Record in[2];
    fp = fopen("records.bin", "rb");
    if (fp == NULL) { return 1; }
    size_t got = fread(in, sizeof in[0], 2, fp);
    fclose(fp);

    printf("%zu 件のレコードを読み込みました\n", got);
    for (size_t i = 0; i < got; i++) {
        printf("id=%d value=%.2f\n", in[i].id, in[i].value);
    }
    return 0;
}

fwrite(ptr, size, count, fp) は size バイトの項目を count 個書き込み、実際に書けた個数を返します。fread はその鏡写しです。ただしこの方法で書かれたファイルは、書いたマシンに縛られている点に注意してください - 構造体のパディング、整数のサイズ、バイト順がすべてバイト列に漏れ出します - ので、キャッシュや一時ファイルには適していますが、ほかのプログラムが読む必要のあるフォーマットには不適切です。

よくある間違い

fopen の NULL をチェックしない。 その後のクラッシュは、オープンではなく読み込みのせいにされます。
"r" のつもりで "w" で開く。 気づく前にファイルが空になっています。
fclose を忘れる。 バッファされた出力が失われ、閉じられないファイルごとにハンドルが漏れます。
while (!feof(fp))。 最後の行を2回処理します。代わりに読み取りの呼び出しをテストしましょう。
char c = fgetc(fp)。 EOF との比較が壊れます。int を使いましょう。
幅なしの fscanf("%s", buf)。 キーボードに対する scanf とまったく同じバッファオーバーフローです。
相対パス。 fopen("data.txt", "r") は実行ファイルの隣ではなく、カレントディレクトリを探します。ファイルが「消えた」ときは、たいていこれが原因です。

よくある質問

C言語でファイルを開くには？

FILE *fp = fopen("data.txt", "r"); は読み込み用にファイルを開き、FILE * のハンドルを返します。失敗した場合は NULL です。ハンドルを使う前に必ず NULL をチェックし、終わったら fclose(fp) を呼びましょう。

C言語の fopen のモードにはどんなものがありますか？

"r" は読み込み（ファイルが存在する必要あり）、"w" は書き込み（作成、または既存ファイルを空に切り詰める）、"a" は追記（作成し、末尾に書く）。+ を足すとそれぞれ読み書き両用になります："r+"、"w+"、"a+"。b を足す（"rb"、"wb"）とバイナリモードで開きます。

C言語でファイルを1行ずつ読むには？

while ループの中で fgets を使います：while (fgets(line, sizeof line, fp) != NULL) { ... }。改行ごと、またはバッファが一杯になった時点で止まり、ファイル終端で NULL を返します。バッファサイズを渡すのでオーバーフローしません。

C言語で書き込んだのにファイルが空なのはなぜですか？

たいていは fclose を忘れています。出力はバッファリングされるので、プログラムが異常終了するとデータがまだメモリに残っていることがあります。fclose はフラッシュして閉じ、fflush(fp) は閉じずにフラッシュします。もう1つの原因は、2度目に "w" で開いてしまい、今書いたファイルを切り詰めてしまうことです。