Linux文件I/O实验报告
2024-05-28 18:30:03
实验代码下载地址：
https://download.csdn.net/download/Qingyuyuehua/16305028
任务1
在当前用户目录下创建数据文件student.txt，文件的内部信息存储格式为Sname:S#:Sdept:Sage:Ssex，即“姓名:学号:学院:年龄:性别”，每行一条记录，输入不少于10条学生记录，其中包括学生本人记录。编写程序task41.c，从文件中查找Sdept字段值为“计算机与网络安全学院”的文本行，输出到文件csStudent.txt中，保存时各字段顺序调整为S#:Sname:Sage: Ssex:Sdept。提示：从终端读入一个文本行到字符串 char buf[MAXSIZE]可调用函数可调用函数：“fgets(buf, MAXSIZE, stdin);”，其中stdin是表示键盘输入设备的文件指针。
代码：
#include<stdio.h>
#include<string.h>#define SEARCH_EDU "计算机与网络安全学院" //待查学院
#define SIZE 10 //学生人数
#define FILE_NAME "./student.txt" //打开文件名
#define FILE_OUT "./csStudent.txt" //输出文件名
#define MAXSIZE 1024typedef struct STUDENT
{char name[20];//姓名char sno[20];//学号char edu[50];//学院char age[4];//年龄char sex[4];//性别
}Student;int main()
{Student students[SIZE];FILE* stuFile = fopen(FILE_NAME,"r"); FILE* outFILE = fopen(FILE_OUT,"w");int i,j;char buf[MAXSIZE];//读取文件学生信息到内存for(int i = 0; i < SIZE; i++){j = 0;fgets(buf,MAXSIZE,stuFile);sscanf(buf, "%[^:]:%[^:]:%[^:]:%[^:]:%[^\n]\n", students[i].name,students[i].sno,students[i].edu,students[i].age,students[i].sex);}//打印内存中所有学生数据到屏幕，检验错误for(int i = 0; i < SIZE; i++){printf("%s %s %s %s %s\n", students[i].name,students[i].sno,students[i].edu,students[i].age,students[i].sex);}//输出指定学院的学生到文件for(int i = 0; i < SIZE; i++){if(strcmp(students[i].edu,SEARCH_EDU) == 0){fprintf(outFILE,"%s:%s:%s:%s:%s\n", students[i].sno,students[i].name,students[i].age,students[i].sex,students[i].edu);}}
}
任务2
调用Unix I/O库函数，编写程序task42.c，从键盘读入5个学生的成绩信息，包括学号、姓名、语文、数学、英语，成绩允许有一位小数，存入一个结构体数组，结构体定义为：
typedef struct _subject {char sno[20]; //学号
char name[20]; //姓名
float chinese; //语文成绩
float math; //数学成绩
float english; //英语成绩
} subject;
将学生信息，逐条记录写入数据文件data，最后读回第1、3、5条学生成绩记录，显示出来，检查读出结果是否正确。
#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>#define SIZE 5typedef struct _subject
{char sno[20];char name[20];float chinese;float math;float english;
}subject;int main()
{subject subs[SIZE]; printf("请输入五位学生的信息：\n");int j;for(j = 0; j < SIZE; j++){scanf("%s",subs[j].sno);scanf("%s",subs[j].name);scanf("%f",&subs[j].chinese);scanf("%f",&subs[j].math);scanf("%f",&subs[j].english);}int fd,i;fd = open("data",O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC,0777);for(i=0; i<SIZE; i++)write(fd,(void*)&subs[i],sizeof(subject));close(fd);subject sub;fd = open("data",O_RDONLY,0);for(i = 0; i < SIZE; i++){read(fd,(void*)&sub,sizeof(subject));if(i == 0 || i == 2 || i == 4)printf("%s %s %f %f %f\n",sub.sno,sub.name,sub.chinese,sub.math,sub.english);}close(fd);
}
任务3
在Linux环境下，可以调用库函数gettimeofday测量一个代码段的执行时间，请写一个程序task43.c，测量read、write、fread、fwrite函数调用所需的执行时间，并与prof/gprof工具测的结果进行对比，看是否基本一致。并对四个函数的运行时间进行对比分析。提示：由于一次函数调用时间太短，测量误差太多，应测量上述函数多次（如10000次）运行的时间，结果才会准确。
#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/time.h>int main()
{int fd1;//文件标识符FILE *fp;//文件指针char buf;//缓冲区struct timeval time_start;//开始测试时间struct timeval time_end;//结束测试时间//测试输入:read系fd1 = open("test.txt",O_RDONLY);fp = fopen("file.txt", "r");//测试read()gettimeofday(&time_start,NULL);read(fd1,&buf,1);gettimeofday(&time_end,NULL);double wa= time_end.tv_usec - time_start.tv_usec;double sa= time_end.tv_sec - time_start.tv_sec;double ms = wa / 1000.0 + sa * 1000.0;printf("read() %lfms\n",ms);//测试fread()gettimeofday(&time_start,NULL);fread(&buf, 1, 1, fp);gettimeofday(&time_end,NULL);wa= time_end.tv_usec - time_start.tv_usec;sa= time_end.tv_sec - time_start.tv_sec;ms = wa / 1000.0 + sa * 1000.0;printf("fread() %lfms\n",ms);close(fd1);fclose(fp);//测试输出：write系fd1 = open("test.txt",O_WRONLY,0777);fp = fopen("file.txt", "w");//测试write()gettimeofday(&time_start,NULL);write(fd1,&buf,1);gettimeofday(&time_end,NULL);wa= time_end.tv_usec - time_start.tv_usec;sa= time_end.tv_sec - time_start.tv_sec;ms = wa / 1000.0 + sa * 1000.0;printf("write() %lfms\n",ms);//测试fwrite()gettimeofday(&time_start,NULL);fwrite(&buf, 1, 1, fp);gettimeofday(&time_end,NULL);wa= time_end.tv_usec - time_start.tv_usec;sa= time_end.tv_sec - time_start.tv_sec;ms = wa / 1000.0 + sa * 1000.0;printf("fwrite() %lfms\n",ms);close(fd1);fclose(fp);
}
任务4
在Linux系统环境下，编写程序task44.c,对一篇英文文章文件的英文单词词频进行统计。
（1） 以“单词：次数”格式输出所有单词的词频（必做）
（2） 以“单词：次数”格式、按词典序输出各单词的词频（选做）
（3） 以“单词：次数”格式输出出现频度最高的10个单词的词频
例如，若某个输入文件内容为：
GNU is an operating system that is free software—that is, it respects users’ freedom. The development of GNU made it possible to use a computer without software that would trample your freedom.
则输出应该是：
GNU:2
is:3
it:2
……
提示：可以调用字符串处理函数、二叉树处理函数等库函数
思路：
1、读取字符串，文件按中以空格为分隔符读取，并判断读取的单词是否是单个单词，若不是，再拆分。
2、将已经提取的字符串储存在字符串数组中。
3、构建字典树，将字符串数组中的字符串加入到字典树
4、遍历字典树，将字符串和对于在文章中出现次数存储到二元组数组中，默认为字典序
5、使用自定义比较和交换，对二元组数组进行排序，输出前十个单词，如果不足十个，则输出全部单词。
6、清理所有malloc分配的内存。
代码：
C语言版本：
//FileInput.h
#ifndef FILEINPUT_H
#define FILEINPUT_H
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>//将文件指针里的单词输出到字符串数组，并返回单词数量
int ReadFromFile(char** s, FILE* fp);
#endif
//FileInput.c
#include"FileInput.h"//将文件指针里的单词输出到字符串数组，并返回单词数量
int ReadFromFile(char** s, FILE* fp)
{char temp[1024];//缓冲区1char temp2[1024];//缓冲区2int i,j = 0;while (!feof(fp)){fscanf(fp, "%s", temp);for (i = 0; i < strlen(temp); i++){if (tolower(temp[i]) < 'a' || tolower(temp[i]) > 'z'){temp[i] = ' ';}}int n = 0;while (n < strlen(temp) && sscanf(&temp[0] + n, "%s", temp2)){*(s + j) = (char*)malloc(sizeof(char) * (strlen(temp2) + 1));strcpy(*(s + j), temp2);n += strlen(temp2) + 1;strcpy(temp2, "\0");j++;}}return j;
}
//trie.h
#ifndef TRIE_H
#define TRIE_H#include<ctype.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>#define SIZE 26 //字符个数限定/*字符处理函数*/
//字符编码转数字0-25 不区分大小写
int Turn(char n);
//数字0-25转字符编码小写
char Rturn(int n);
/*字符处理函数*//*pair二元组定义*/
#define TYPE1 char*
#define TYPE2 inttypedef struct _Pair //Stack
{TYPE1 first;TYPE2 second;
}Pair;
//Pair构造函数
Pair* Pair_init(TYPE1 f, TYPE2 s);
//Pair析构函数
void Pair_destructor(Pair* p);
//Pair比较函数
int Pair_compare(Pair* a, Pair* b);
//Pair交换函数
void Pair_swap(Pair** a, Pair** b);
/*pair二元组定义*//*字典树定义*/
//字典树结点
typedef struct _TrieNode //Trie树结点
{int root; //是否根节点int num; //以该单词结尾的单词数量char c; //该节点存储的字符struct _TrieNode* pre; //父节点struct _TrieNode* next[SIZE];//将26个西方字符作为指针数组
}TrieNode;//初始化字典树结点
TrieNode* TrieNode_init(int r, char s, TrieNode* p);
//初始化字典树根结点
TrieNode* TrieNode_init_root();
//清理结点
void TrieNode_clear(TrieNode* tn);//Trie树
typedef struct _Trie //Trie树
{TrieNode* root;int num;
}Trie;//初始化字典树
Trie* Trie_init();
//字典树析构
void Trie_destructor(Trie* trie);
//增加单词
void Trie_append(Trie* trie, const char* s);
//遍历
Pair** Trie_traverse(Trie* trie, int* n);
/*字典树定义*//*栈定义*/
#define DEFAULT_CAPACITY 3
#define TYPE TrieNode*typedef struct _LinkNode //Stack结点
{TYPE data;//数据指针struct _LinkNode* pre;//链接指针
}LinkNode;typedef struct _Stack //Stack
{LinkNode* stack_base;//基指针LinkNode* stack_top;//栈顶指针
}Stack;//初始化
Stack* Stack_init();
//析构
void Stack_destructor(Stack* s);
//压栈
void Stack_push(Stack* s, TYPE d);
//退栈
void Stack_pop(Stack* s);
//取栈顶元素
TYPE Stack_top(Stack* s);
//判断栈空
int Stack_empty(Stack* s);
/*栈定义*//*辅助函数*/
//降序排序
void WordSort(Pair** p, int ls, int rs);
/*辅助函数*/
#endif
//trie.c
#include "trie.h"/*字符处理函数*/
//字符编码转数字0-25 不区分大小写
int Turn(char n)
{return tolower(n) - 97;
}
//数字0-25转字符编码小写
char Rturn(int n)
{return (char)(n + 97);
}
/*字符处理函数*//*字典树结点函数*/
//初始化字典树结点
TrieNode* TrieNode_init(int r, char s, TrieNode* p)
{TrieNode* t = (TrieNode*)malloc(sizeof(TrieNode));t->root = r;t->c = s;t->num = 0;t->pre = p;for (int i = 0; i < SIZE; i++){t->next[i] = NULL;}return t;
}
//初始化字典树根结点
TrieNode* TrieNode_init_root()
{return TrieNode_init(1, '\0', NULL);
}
//清理结点
void TrieNode_clear(TrieNode* tn)
{for (int i = 0; i < SIZE; i++){if (tn->next[i] != NULL){TrieNode_clear(tn->next[i]);}}free(tn);
}
/*字典树结点函数*//*字典树函数*/
//初始化字典树
Trie* Trie_init()
{Trie* tr = (Trie*)malloc(sizeof(Trie));tr->root = TrieNode_init_root();//建立根结点tr->num = 0;return tr;
}
//字典树析构
void Trie_destructor(Trie* trie)
{TrieNode_clear(trie->root);
}//增加单词
void Trie_append(Trie* trie, const char* s)
{TrieNode* nowNode = trie->root;for (int i = 0; i < strlen(s); i++){if (nowNode->next[Turn(s[i])] != NULL){nowNode = nowNode->next[Turn(s[i])];}else{nowNode->next[Turn(s[i])] = TrieNode_init(0, tolower(s[i]), nowNode);nowNode = nowNode->next[Turn(s[i])];}if (i == strlen(s) - 1){nowNode->num++;trie->num++;}}
}//返回目标结点的单词
char* Trie_reWork(TrieNode* n)
{char buf[1024];char* result;int i = 0,j = 0, size = 0;while (!n->root){buf[i] = n->c;i++;n = n->pre;}buf[i] = '\0';size = strlen(buf);result = (char*)malloc(sizeof(char) * (size + 1));for (j = 0; j < size; j++){result[j] = buf[i - j - 1];}result[size] = '\0';return result;
}//遍历
Pair** Trie_traverse(Trie* trie,int * n)
{Stack* NodeStack = Stack_init();Pair** results = (Pair**)malloc(sizeof(Pair*) * trie->num);TrieNode* nowNode = trie->root;Stack_push(NodeStack, nowNode);int i = 0;while (!Stack_empty(NodeStack)){nowNode = Stack_top(NodeStack);Stack_pop(NodeStack);if (!nowNode->root && nowNode->num != 0){*(results+i) = Pair_init(Trie_reWork(nowNode), nowNode->num);i++;}for (int j = SIZE - 1; j >= 0; j--){if (nowNode->next[j])Stack_push(NodeStack,nowNode->next[j]);}}*n = i;Stack_destructor(NodeStack);return results;
}/*栈函数*/
//栈构造函数
Stack* Stack_init()
{Stack* stacks = (Stack*)malloc(sizeof(Stack));stacks->stack_base = (LinkNode*)malloc(sizeof(LinkNode));stacks->stack_base->pre = NULL;stacks->stack_top = stacks->stack_base;return stacks;
}//栈析构函数
void Stack_destructor(Stack* s)
{LinkNode* Node = s->stack_top;s->stack_top = s->stack_top->pre;free(Node);while (s->stack_top != NULL){Node = s->stack_top;s->stack_top = s->stack_top->pre;free(Node);}
}//入栈
void Stack_push(Stack* s, TYPE d)
{LinkNode* Node = (LinkNode*)malloc(sizeof(LinkNode));Node->data = d;Node->pre = s->stack_top;s->stack_top = Node;
}//出栈
void Stack_pop(Stack* s)
{LinkNode* Node = s->stack_top;s->stack_top = s->stack_top->pre;free(Node);
}//取栈顶
TYPE Stack_top(Stack* s)
{return s->stack_top->data;
}//判断栈空
int Stack_empty(Stack* s)
{if (s->stack_base == s->stack_top)return 1;return 0;
}
/*栈函数*//*pair二元组*/
//Pair构造函数
Pair* Pair_init(TYPE1 f, TYPE2 s)
{Pair* pairs = (Pair*)malloc(sizeof(Pair));pairs->first = f;pairs->second = s;
}//Pair析构函数
void Pair_destructor(Pair* p)
{free(p);
}//Pair比较函数
int Pair_compare(Pair* a, Pair* b)
{if (a->second < b->second)return 0;else if (a->second > b->second)return 1;else if (strcmp(a->first, b->first) < 0)return 1;elsereturn 0;
}//Pair交换函数
void Pair_swap(Pair** a, Pair** b)
{Pair* temp = *a;*a = *b;*b = temp;
}
/*pair二元组*//*辅助函数*/
//降序排序(使用快速排序算法)
void WordSort(Pair** prs, int ls, int rs)
{int i, j ,p;Pair* pr;if (ls < rs){ i = ls - 1;for(j = ls; j < rs; ++j){if (Pair_compare(*(prs + j), *(prs + rs))){++i;Pair_swap((prs + i), (prs + j));}}Pair_swap((prs + i + 1), (prs + rs));p = i + 1;WordSort(prs, ls, p - 1);WordSort(prs, p + 1, rs);}
}
/*辅助函数*/
//main.c
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include"FileInput.h"
#include"trie.h"#define WORDALLS 1024 //最大单词数int main()
{//变量定义FILE* fp; //文件指针char** words; //字符串数组int i,n,alls; Trie* trie; //字典树Pair** pairs; //二元组数组//打开文件fp = fopen("file.txt", "r");if (!fp){printf("File Error\n");exit(-1);}//建立字符串数组及初始化words = (char**)malloc(sizeof(char*) * WORDALLS);for (i = 0; i < WORDALLS; i++){*(words + i) = NULL;}//从文件获取单词alls = ReadFromFile(words, fp);//创建字典树trie = Trie_init();//添加单词到字典树for (i = 0; i < alls; i++){Trie_append(trie, *(words + i));}//遍历字典树，获得统计信息（二元组Pair）pairs = Trie_traverse(trie,&n);//按字典顺序输出printf("按字典顺序输出如下：\n");for (i = 0; i < n; i++){printf("%s: %d\n", (*(pairs+i))->first, (*(pairs + i))->second);}//按次序输出最高十个单词WordSort(pairs, 0, n - 1);printf("\n按次数顺序输出最高十个单词：\n");n = n > 10 ? 10 : n;for (i = 0; i < n; i++){printf("%s: %d\n", (*(pairs + i))->first, (*(pairs + i))->second);}//内存释放fclose(fp);for (i = 0; i < WORDALLS; i++){free(*(words + i));}Trie_destructor(trie);for (i = 0; i < n; i++){Pair_destructor(*(pairs + i));}free(pairs);//内存释放结束getchar();return 0;
}
运行结果：
C++代码实现：
排序算法可以直接调用Algorithm库的函数，便不写了
#ifndef TRIE_H
#define TRIE_H
#include<string>
#include<cctype>
#include<stack>
#include<vector>
#include<utility>
#include<iostream>namespace lx //名称空间泠雪lx
{inline int Turn(char n) //字符编码转数字0-25 不区分大小写{return tolower(n) - 97;}inline char Rturn(int n) //数字0-25转字符编码小写{return char(n + 97);}const int SIZE = 26; //字符个数限定struct TrieNode //Trie树结点{bool root; //是否根节点int num; //以该单词结尾的单词数量char c; //该节点存储的字符TrieNode* pre; //父节点TrieNode *next[SIZE];//将26个西方字符作为指针数组TrieNode(bool r = true,char s = '\0', TrieNode* p = nullptr) //构造函数，初始化{root = r;c = s;num = 0;pre = p;for(int i = 0; i < SIZE; i++){next[i] = nullptr;}}};class Trie //Trie树类{private:TrieNode *root;std::string reWork(TrieNode* n);public:Trie(); //构造函数，初始化void append(const std::string &s); //增加单词int search(const std::string &s); //检索单词个数，不存在为0，存在返回个数std::vector<std::pair<std::string, int>> traverse(); //遍历~Trie(); //析构函数void test();};void clear(TrieNode* tn); //清理结点
}
#endif
#include "trie.h"namespace lx
{std::string Trie::reWork(TrieNode* n){std::string temp;while (!n->root){temp.insert(temp.begin(), n->c);n = n->pre;}return temp;}Trie::Trie(){root = new TrieNode();//建立根结点}void Trie::append(const std::string &s){TrieNode *nowNode = root; //当前结点for (int i = 0; i < s.size(); i++){if (nowNode->next[Turn(s[i])] != nullptr){nowNode = nowNode->next[Turn(s[i])];}else{nowNode->next[Turn(s[i])] = new TrieNode(false, tolower(s[i]), nowNode);nowNode = nowNode->next[Turn(s[i])];}if (i == s.size() - 1){nowNode->num++;}}}int Trie::search(const std::string &s){TrieNode *nowNode = root; //当前结点for (int i = 0; i < s.size(); i++){if (nowNode->next[Turn(s[i])] != nullptr){nowNode = nowNode->next[Turn(s[i])];if (i == s.size() - 1){return nowNode->num;//返回数量}}else{return 0;//没找到}}}std::vector<std::pair<std::string, int>> Trie::traverse(){std::stack<TrieNode*> NodeStack;std::vector<std::pair<std::string, int>> results;TrieNode* nowNode = root;NodeStack.push(nowNode);while (!NodeStack.empty()){nowNode = NodeStack.top();NodeStack.pop();if (!nowNode->root && nowNode->num != 0){results.push_back(std::pair<std::string,int>(reWork(nowNode),nowNode->num));}for (auto i = SIZE - 1; i >= 0; i--){if (nowNode->next[i])NodeStack.push(nowNode->next[i]);}}return results;}Trie::~Trie(){clear(root);}void Trie::test(){TrieNode* now = root->next[Turn('h')]->next[Turn('e')]->next[Turn('l')]->next[Turn('l')]->next[Turn('o')];std::cout << reWork(now) << std::endl;}void clear(TrieNode* tn){for (int i = 0; i < SIZE; i++){if (tn->next[i] != nullptr){clear(tn->next[i]);}}delete tn;}
}
#include<iostream>
#include<fstream>
#include<vector>
#include<sstream>
#include"trie.h"using namespace std;void ReadFromFile(vector<string>& v,ifstream& fs);int main()
{ifstream fin;fin.open("file.txt", ios_base::in);vector<string> words;ReadFromFile(words, fin);lx::Trie wordTree;for (const auto & i : words){wordTree.append(i);}cout << "以字典序输出：" << endl;std::vector<std::pair<std::string, int>> works(move(wordTree.traverse()));for (auto i : works){cout << i.first << ": " << i.second << endl;}cin.get();
}void ReadFromFile(vector<string>& v, ifstream& fs)
{string temp;string temp2;istringstream sin;while (!fs.eof()){fs >> temp;for (auto& i : temp){if (tolower(i) < 'a' || tolower(i) > 'z'){i = ' ';}}sin.str(temp);while (sin >> temp2){ v.push_back(temp2);}sin.clear();}
}
Java代码实现：
来自 卢LKim大佬 的Java代码实现：
public class Struct1 {int count = 0;String str ="";Struct1(String str){count++;this.str += str;}@Overridepublic boolean equals(Object obj) {boolean result;if(this == obj) //内存地址一样return true;else {if(obj instanceof Struct1) {Struct1 temp = (Struct1)obj;result=temp.str.equals(this.str);if(result) {temp.count += this.count;//如果商品相同，则数量相加}return result;}elsereturn false;}}@Overridepublic int hashCode() {return str.hashCode();}
}
import java.io.BufferedReader;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;
import java.util.HashSet;
import java.util.Iterator;
import java.util.Scanner;
import java.util.Set;public class Test1 {public static void main(String[] args) throws FileNotFoundException {Scanner scan;BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader("data"));Set<Struct1> set = new HashSet<Struct1>();String line;String str;try {while((line = reader.readLine()) != null) {scan = new Scanner(line); //扫描读取的一行字符串scan.useDelimiter("[^\\d\\w]");
// scan.useDelimiter("[ ,—'\n]"); //空格分割while(scan.hasNext()) {str = scan.next();Struct1 temp = new Struct1(str);set.add(temp);}}} catch (IOException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}Iterator<Struct1> it = set.iterator();while(it.hasNext()) {Struct1 a = it.next();if(!a.str.equals(""))System.out.println(a.str+": " + a.count);}}
}
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