《C的片外存储器》课件

语言的片外存储器C欢迎来到C语言片外存储器课程本次课程将深入探讨C语言中片外存储器的使用，帮助大家了解计算机存储层次结构，掌握片外存储器的操作方法，并熟悉各种常见的片外存储器类型通过本课程，你将能够更好地利用片外存储器扩展C语言程序的功能，并提升程序性能课程目标本课程旨在帮助学员全面掌握C语言中片外存储器的相关知识和技能通过本课程的学习，学员将能够•了解计算机存储层次结构，包括主存储器、辅助存储器和片外存储器•掌握C语言中片外存储器的使用方法，包括文件操作、标准输入输出、二进制文件操作、命令行参数和动态内存管理•熟悉常见的片外存储器类型，包括ROM、RAM、EEPROM、磁盘和光盘我们期望通过本课程的学习，学员能够灵活运用C语言操作片外存储器，为实际应用开发打下坚实基础计算机存储层次结构计算机存储层次结构是计算机系统中存储器的组织方式，它将存储器分为不同的层次，每一层具有不同的速度、容量和成本存储层次结构的目标是在满足性能需求的前提下，降低存储系统的成本常见的存储层次结构包括•高速缓存（Cache）速度最快，容量最小，成本最高•主存储器（Main Memory）速度较快，容量适中，成本适中•辅助存储器（Secondary Storage）速度较慢，容量最大，成本最低片外存储器属于辅助存储器，用于存储大量不经常使用的数据了解计算机存储层次结构深入了解计算机存储层次结构对于优化程序性能至关重要不同的存储器类型具有不同的访问速度和成本，合理地利用不同层次的存储器可以有效提高程序的运行效率例如，频繁访问的数据应该存储在高速缓存或主存储器中，而很少使用的数据可以存储在片外存储器中此外，了解存储层次结构还可以帮助我们更好地理解计算机系统的运行机制，为系统优化和调试提供理论基础因此，学习C语言片外存储器之前，务必先掌握计算机存储层次结构的基本概念掌握语言中片外存储器的使用CC语言提供了丰富的文件操作函数，可以方便地对片外存储器进行读写操作通过文件操作，我们可以将数据存储到磁盘、光盘等片外存储介质中，并在需要时读取出来C语言的文件操作包括•打开文件使用fopen函数打开文件•读取文件使用fread、fscanf等函数读取文件内容•写入文件使用fwrite、fprintf等函数将数据写入文件•关闭文件使用fclose函数关闭文件此外，C语言还提供了标准输入输出流，可以方便地从键盘读取数据，并将数据输出到屏幕或文件中计算机存储层次结构计算机存储层次结构是一种将计算机存储器组织成不同层次的系统，每一层具有不同的速度、容量和成本这种分层结构旨在优化存储系统的性能，同时降低成本常见的存储层次包括•寄存器位于CPU内部，速度最快，容量最小，成本最高•高速缓存（Cache）位于CPU和主存储器之间，速度较快，容量较小，成本较高•主存储器（Main Memory）即内存，速度适中，容量适中，成本适中•辅助存储器（Secondary Storage）如硬盘、固态硬盘等，速度较慢，容量较大，成本较低主存储器主存储器，也称为内存，是计算机中用于存储程序和数据的主要部件主存储器具有以下特点•速度快相对于辅助存储器，主存储器的读写速度非常快•容量有限主存储器的容量通常比辅助存储器小得多•易失性主存储器中的数据在断电后会丢失•直接访问CPU可以直接访问主存储器中的任何存储单元在C语言中，我们可以使用变量来访问主存储器中的数据变量的类型决定了其在主存储器中所占用的空间大小辅助存储器辅助存储器，也称为外部存储器，是计算机中用于存储大量不经常使用的数据的部件辅助存储器具有以下特点•速度慢相对于主存储器，辅助存储器的读写速度非常慢•容量大辅助存储器的容量通常比主存储器大得多•非易失性辅助存储器中的数据在断电后不会丢失•间接访问CPU不能直接访问辅助存储器中的数据，需要通过I/O操作常见的辅助存储器包括硬盘、固态硬盘、光盘、U盘等在C语言中，我们可以使用文件操作来访问辅助存储器中的数据片外存储器片外存储器，是相对于片内存储器而言的，指的是位于芯片外部的存储器片外存储器通常用于存储程序代码、数据和常量等信息与片内存储器相比，片外存储器具有以下特点•容量更大片外存储器的容量通常比片内存储器大得多•速度较慢片外存储器的访问速度通常比片内存储器慢•成本较低片外存储器的成本通常比片内存储器低常见的片外存储器包括ROM、RAM、EEPROM、Flash等在C语言中，可以通过特定的接口和驱动程序来访问片外存储器片外存储器分类片外存储器根据其存储特性和用途，可以分为多种类型，常见的包括•只读存储器（ROM）用于存储固定的程序代码和数据，断电后数据不会丢失•随机存取存储器（RAM）用于存储程序运行时的临时数据，断电后数据会丢失•电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）可以进行电擦除和编程，断电后数据不会丢失•闪存（Flash）一种非易失性存储器，具有擦除速度快、容量大等优点不同的片外存储器适用于不同的应用场景，需要根据实际需求进行选择ROM只读存储器（ROM）是一种非易失性存储器，其中的数据在制造时就被写入，之后不能修改或删除ROM通常用于存储计算机的启动程序（BIOS）和一些固定的数据ROM具有以下特点•非易失性断电后数据不会丢失•只读数据不能修改或删除•速度快读取速度较快•成本低生产成本较低ROM的类型包括掩膜ROM、PROM、EPROM和EEPROM等RAM随机存取存储器（RAM）是一种易失性存储器，其中的数据可以随时进行读写操作RAM通常用作计算机的主存储器，用于存储程序运行时的临时数据RAM具有以下特点•易失性断电后数据会丢失•可读写数据可以随时进行读写操作•速度快读写速度非常快•成本高生产成本较高RAM的类型包括静态RAM（SRAM）和动态RAM（DRAM）等EEPROM电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）是一种非易失性存储器，其中的数据可以通过电信号进行擦除和编程EEPROM通常用于存储一些需要经常更新的数据，例如配置信息EEPROM具有以下特点•非易失性断电后数据不会丢失•可电擦除和编程数据可以通过电信号进行擦除和编程•速度适中读写速度适中•成本适中生产成本适中EEPROM的擦除和编程次数有限制，需要注意磁盘磁盘是一种磁性存储介质，用于存储大量的数据磁盘具有以下特点•容量大可以存储大量的数据•非易失性断电后数据不会丢失•速度慢读写速度相对较慢•成本低单位存储容量的成本较低磁盘分为硬盘（HDD）和固态硬盘（SSD）两种类型硬盘是传统的机械存储设备，而固态硬盘则采用闪存芯片存储数据，具有更快的读写速度和更好的抗震性能光盘光盘是一种光学存储介质，通过激光束来读写数据光盘具有以下特点•容量适中可以存储一定量的数据•非易失性断电后数据不会丢失•速度慢读写速度相对较慢•成本低单位存储容量的成本较低光盘分为CD、DVD和蓝光光盘等类型CD的容量较小，DVD和蓝光光盘的容量较大，可以存储高清视频等数据语言中的文件操作C在C语言中，文件操作是指对存储在外部存储介质（如磁盘、光盘等）上的文件进行读取、写入、修改等操作文件操作是C语言程序与外部世界进行数据交互的重要方式通过文件操作，程序可以将数据持久化存储，并在需要时读取出来C语言提供了丰富的函数库来进行文件操作，包括打开文件、读取文件、写入文件、关闭文件等这些函数可以满足各种不同的文件操作需求文件概念在计算机系统中，文件是指存储在外部存储介质上的一组有序数据的集合文件可以是文本文件、二进制文件、图像文件、音频文件等各种类型每个文件都有一个文件名，用于唯一标识该文件文件还可以具有一些属性，如文件大小、创建时间、修改时间等文件是操作系统管理数据的基本单位操作系统通过文件系统来管理文件，提供对文件的各种操作接口文件类型根据文件中存储的数据类型，文件可以分为以下几种类型•文本文件存储的是文本字符，可以使用文本编辑器打开和编辑•二进制文件存储的是二进制数据，不能直接使用文本编辑器打开和编辑•图像文件存储的是图像数据，如JPEG、PNG、GIF等格式的文件•音频文件存储的是音频数据，如MP

3、WAV等格式的文件•视频文件存储的是视频数据，如MP

4、AVI等格式的文件不同的文件类型需要使用不同的方式进行处理文件访问模式在C语言中，打开文件时需要指定文件访问模式，用于指示程序对文件的操作方式常见的文件访问模式包括•r只读模式，用于读取文件内容•w只写模式，用于写入文件内容，如果文件已存在则覆盖•a追加模式，用于在文件末尾追加内容，如果文件不存在则创建•r+读写模式，用于读取和写入文件内容•w+读写模式，用于读取和写入文件内容，如果文件已存在则覆盖•a+读写模式，用于读取和在文件末尾追加内容，如果文件不存在则创建此外，还可以指定二进制模式b，用于操作二进制文件文件打开与关闭在C语言中，使用fopen函数打开文件，使用fclose函数关闭文件fopen函数的原型如下FILE*fopenconst char*filename,const char*mode;其中，filename是文件名，mode是文件访问模式如果打开文件成功，则返回一个指向FILE结构体的指针，否则返回NULLfclose函数的原型如下int fcloseFILE*stream;其中，stream是fopen函数返回的FILE指针如果关闭文件成功，则返回0，否则返回EOF文件读写操作C语言提供了多种函数用于读取和写入文件内容，常见的包括•fread用于从文件中读取指定数量的字节•fwrite用于向文件中写入指定数量的字节•fscanf用于从文件中格式化读取数据•fprintf用于向文件中格式化写入数据•fgetc用于从文件中读取一个字符•fputc用于向文件中写入一个字符•fgets用于从文件中读取一行字符串•fputs用于向文件中写入一行字符串需要根据不同的需求选择合适的读写函数文件指针操作在C语言中，每个打开的文件都有一个文件指针，用于指示当前读写位置可以使用以下函数来操作文件指针•fseek用于将文件指针移动到指定位置•ftell用于获取当前文件指针的位置•rewind用于将文件指针移动到文件开头fseek函数的原型如下int fseekFILE*stream,long offset,int whence;其中，stream是FILE指针，offset是偏移量，whence是起始位置（SEEK_SET、SEEK_CUR、SEEK_END）文件定位函数文件定位函数用于在文件中定位到特定的位置，以便进行读取或写入操作C语言提供了以下文件定位函数•fseek将文件指针移动到指定位置•rewind将文件指针移动到文件开头•ftell返回当前文件指针的位置这些函数可以方便地实现对文件的随机访问文件属性获取与设置C语言提供了函数来获取和设置文件的属性，例如文件大小、创建时间、修改时间等这些函数通常需要调用操作系统的API来实现例如，在Windows系统下，可以使用GetFileAttributes和SetFileAttributes函数来获取和设置文件属性在Linux系统下，可以使用stat和chmod函数来获取和设置文件属性文件属性的获取与设置可以帮助程序更好地管理文件，例如判断文件是否存在、判断文件是否可读写等标准输入输出与文件C语言的标准输入输出（stdio）库提供了用于处理输入和输出的函数，这些函数可以与文件进行交互标准输入输出流包括•标准输入（stdin）通常连接到键盘，用于读取用户输入•标准输出（stdout）通常连接到屏幕，用于显示程序输出•标准错误（stderr）通常连接到屏幕，用于显示程序错误信息可以使用freopen函数将标准输入输出流重定向到文件，从而实现从文件读取数据和将数据写入文件标准输入输出流标准输入输出流是C语言中用于输入和输出数据的通道标准输入流（stdin）通常连接到键盘，用于读取用户输入标准输出流（stdout）通常连接到屏幕，用于显示程序输出标准错误流（stderr）通常连接到屏幕，用于显示程序错误信息C语言提供了多种函数用于操作标准输入输出流，例如printf、scanf、getchar、putchar等这些函数可以方便地实现与用户的交互文件流与标准流文件流和标准流都是C语言中用于输入输出数据的通道，但它们之间存在一些区别•文件流是与特定文件关联的流，用于对文件进行读写操作•标准流是预定义的流，用于与标准输入输出设备进行交互•文件流需要使用fopen函数打开，使用fclose函数关闭；标准流不需要手动打开和关闭•文件流可以进行随机访问，标准流通常只能进行顺序访问可以使用freopen函数将标准流重定向到文件流，从而实现对文件的读写操作流操作函数C语言提供了多种函数用于操作流，包括文件流和标准流常见的流操作函数包括•fprintf格式化输出到流•fscanf从流中格式化读取•fgetc从流中读取一个字符•fputc向流中写入一个字符•fgets从流中读取一行字符串•fputs向流中写入一行字符串•feof判断是否到达流的末尾•ferror判断流是否发生错误这些函数可以方便地实现对流的各种操作二进制文件操作二进制文件是指以二进制形式存储数据的文件，与文本文件不同，二进制文件不包含可打印的字符二进制文件通常用于存储图像、音频、视频等非文本数据在C语言中，可以使用fread和fwrite函数来读写二进制文件二进制文件操作需要注意数据类型的匹配，以及文件指针的位置二进制文件概念二进制文件是指以二进制形式存储数据的文件，与文本文件不同，二进制文件不包含可打印的字符二进制文件通常用于存储图像、音频、视频等非文本数据二进制文件中的数据按照其原始的存储格式进行存储，不会进行任何转换二进制文件具有存储效率高、数据精度高等优点，但也难以直接查看和编辑二进制文件读写在C语言中，可以使用fread和fwrite函数来读写二进制文件fread函数用于从文件中读取指定数量的字节，fwrite函数用于向文件中写入指定数量的字节这两个函数的原型如下size_t freadvoid*ptr,size_t size,size_t count,FILE*stream;size_t fwriteconstvoid*ptr,size_t size,size_t count,其F中I，LEpt*rs是tr指e向am存;储数据的缓冲区的指针，size是每个数据项的大小，count是数据项的数量，stream是FILE指针二进制文件定位与文本文件类似，二进制文件也可以使用fseek、ftell和rewind函数进行定位需要注意的是，在计算偏移量时，需要考虑数据类型的大小例如，如果文件中存储的是int类型的数据，则偏移量应该是int类型大小的整数倍二进制文件的定位可以方便地实现对文件的随机访问二进制文件属性二进制文件也具有一些属性，例如文件大小、创建时间、修改时间等可以使用操作系统的API来获取和设置二进制文件的属性例如，在Windows系统下，可以使用GetFileAttributes和SetFileAttributes函数来获取和设置文件属性在Linux系统下，可以使用stat和chmod函数来获取和设置文件属性二进制文件属性的获取与设置可以帮助程序更好地管理文件命令行参数命令行参数是指在运行程序时，通过命令行传递给程序的参数命令行参数可以用于控制程序的行为，例如指定输入文件、输出文件、运行模式等在C语言中，可以使用main函数的参数来接收命令行参数命令行参数的使用可以使程序更加灵活和通用命令行参数概念命令行参数是在执行程序时，从命令行传递给程序的参数这些参数可以用来配置程序的行为，例如指定输入文件、输出文件、运行模式等命令行参数是程序与用户交互的一种重要方式，可以使程序更加灵活和通用在C语言中，main函数可以接收两个参数argc和argvargc表示命令行参数的个数，argv是一个字符串数组，存储了每个命令行参数的内容命令行参数使用在C语言中，main函数可以接收两个参数argc和argvargc表示命令行参数的个数，argv是一个字符串数组，存储了每个命令行参数的内容例如，如果程序名为myprogram，在命令行中输入myprogram-i input.txt-o output.txt则argc的值为3，argv

[0]为myprogram，argv

[1]为-i，argv

[2]为input.txt，argv

[3]为-o，argv

[4]为output.txt程序可以通过解析argv数组来获取命令行参数的值，并根据这些值来调整程序的行为动态内存管理动态内存管理是指在程序运行时动态地分配和释放内存与静态内存分配不同，动态内存分配可以在程序运行时根据需要分配内存空间，从而更加灵活地利用内存资源在C语言中，可以使用malloc和free函数来进行动态内存管理动态内存管理需要注意内存泄漏问题，即分配的内存没有被释放，导致内存资源浪费动态内存分配在C语言中，可以使用malloc函数来动态分配内存malloc函数的原型如下void*mallocsize_t size;其中，size是需要分配的内存大小，单位为字节如果分配成功，则返回一个指向分配的内存空间的指针，否则返回NULL需要注意的是，malloc函数返回的是void类型的指针，需要根据实际的数据类型进行强制类型转换例如，分配一个int类型的内存空间int*ptr=int*mallocsizeofint;动态内存释放在C语言中，使用free函数释放动态分配的内存free函数的原型如下void freevoid*ptr;其中，ptr是指向需要释放的内存空间的指针需要注意的是，只能释放malloc函数分配的内存，不能释放其他类型的内存释放内存后，ptr指针变为悬空指针，应该将其设置为NULL，以避免悬空指针错误例如，释放之前分配的int类型的内存空间freeptr;ptr=NULL;内存泄漏问题内存泄漏是指程序中分配的内存没有被释放，导致内存资源浪费如果程序中存在大量的内存泄漏，最终会导致系统内存耗尽，程序崩溃内存泄漏是C语言程序中常见的问题，需要特别注意避免内存泄漏的方法包括•每次分配内存后都要确保释放•使用内存管理工具检测内存泄漏•避免重复释放同一块内存•使用智能指针等自动内存管理机制总结本章介绍了C语言中片外存储器的相关知识，包括计算机存储层次结构、片外存储器分类、文件操作、标准输入输出、二进制文件操作、命令行参数和动态内存管理通过本章的学习，你应该能够•了解计算机存储层次结构，包括主存储器、辅助存储器和片外存储器•掌握C语言中片外存储器的使用方法，包括文件操作、标准输入输出、二进制文件操作、命令行参数和动态内存管理•熟悉常见的片外存储器类型，包括ROM、RAM、EEPROM、磁盘和光盘希望本章的内容能够帮助你更好地理解和使用C语言进行片外存储器的操作本章核心知识点本章的核心知识点包括•计算机存储层次结构了解不同层次存储器的特点和作用•片外存储器分类熟悉常见的片外存储器类型及其应用场景•文件操作掌握C语言中文件操作的基本函数和方法•标准输入输出了解标准输入输出流的概念和使用•二进制文件操作掌握二进制文件的读写和定位方法•命令行参数了解命令行参数的概念和使用方法•动态内存管理掌握动态内存分配和释放的方法，以及避免内存泄漏的技巧请务必掌握这些核心知识点，为后续的学习打下坚实的基础常见问题解答本节将解答一些关于C语言片外存储器操作的常见问题•如何判断文件是否成功打开？使用fopen函数打开文件后，需要判断返回值是否为NULL•如何判断是否到达文件末尾？可以使用feof函数判断是否到达文件末尾•如何避免内存泄漏？每次分配内存后都要确保释放，并使用内存管理工具检测内存泄漏•如何处理文件操作错误？可以使用ferror函数判断文件是否发生错误，并根据错误类型进行处理希望这些解答能够帮助你解决实际开发中遇到的问题拓展阅读推荐为了更深入地了解C语言片外存储器的相关知识，推荐阅读以下书籍•《C程序设计语言》（The CProgramming Language）C语言的经典教材，详细介绍了C语言的各种特性•《C PrimerPlus》C语言入门教材，适合初学者学习•《UNIX环境高级编程》（Advanced Programmingin theUNIX Environment）UNIX系统编程的经典教材，介绍了文件操作、进程管理等内容通过阅读这些书籍，你可以进一步提升C语言编程能力，并更好地掌握片外存储器的操作。