ce-8. 構造体，レコードデータ

ファイル

金子邦彦

（C プログラミング応用）（全１４回）

URL: https://www.kkaneko.jp/pro/c/index.html

C言語における構造体の定義と利用、バイナリファイル

形式でのデータ読み書き

【学習内容の構成】

1. 構造体の基礎：複数のデータを一つの型としてまと

める仕組み

2. バイナリファイル操作：fread/fwriteによる構造体

データの読み書き

3. メモリ配置：構造体配列のメモリアドレスと実際の

配置の確認

4. 応用例：Windowsビットマップファイルの読み出し

と画像処理

• 前提：C言語の基本文法、配列、ポインタの理解

• 意義：実用的なファイル処理とデータ構造の設計能力

の習得

例題１．バイナリファイル形式のファイルか

らのデータ読み込み

• 次のような名簿ファイル（バイナリファイル形

式）を読み込んで，画面に表示するプログラムを

作る

•3

名簿ファイル

name age address

Ken 20 NewYork

Bill 32 HongKong

Mike 35 Paris

•4

#include "stdio.h"

#include <math.h>

#pragma warning(disable:4996)

struct Person {

char name[20];

int age;

char address[20];

};

int main()

{

const int max_lines = 100;

const char file_name[] = "z:¥¥PersonData.bin";

struct Person a[max_lines];

FILE *fp;

int n;

int i;

int ch;

// データファイル読み込み

fp = fopen( file_name, "r" );

if ( fp == NULL ) {

fprintf( stderr, "ファイル %s のオープンに失敗しました" );

return -1;

}

n = 0;

while( 1 ) {

if ( ( fread( &(a[n]), sizeof(struct Person), 1, fp ) == 0 )

|| ( n >= max_lines ) ) {

break;

}

n = n + 1;

}

fclose( fp );

// 画面表示

for( i=0; i<n; i++ ) {

printf( "name: %s, age: %d, address: %s¥n",

a[i].name, a[i].age, a[i].address );

}

printf( "Enter キーを1,2回押してください. プログラムを終了します¥n");

ch = getchar();

return 0;

}

この fread はバイナリファイル形式のファイルを読み出す

Person構造体を，

１度に１つ

•5

ビルド後の画面

ビルドが正常終了したこと

を示すメッセージ

ビルドの手順：

「ビルド」→「○○のビル

ド」

「１．正常終了」を

確認

•6

実行中の画面

実行の手順：

「デバッグ」→

「実行」

実行ウインドウが現れる

•7

実行結果の例

例題１のプログラムが

行っていること

•8

データファイル

（バイナリファイル形式）

プログラムが使う

メモリ空間

fread で

読み出し

fread は

3回実行

読み出しが終わったら

実行ウインドウに表示

例題１では

３人分のデータ

name ag

address

Ken 20 NewYork

Bill 32 HongKon

Mike 35 Paris

•9

name ag

address

Ken 20 NewYork

Bill 32 HongKon

Mike 35 Paris

name, age, address の３つの「メンバ」から構成される

構造体 Person の配列 a

a[0]

a[1]

a[2]

１つの

ファイル

（１３２バイト）

•10

実際のメモリの中身

元々のファイルサイズ：１３２バイト

実メモリでのサイズ：１３２バイト

name age address

Ken 20 NewYork

Bill 32 HongKong

Mike 35 Paris

バイナリファイル形式の性質

•11

実際のメモリの中身

バイナリファイル形式の性質

a[0]

a[1]

a[2]

a[3]

a[4]

元々のファイルサイズ：１３２バイト

実メモリでのサイズ：１３２バイト

name age address

Ken 20 NewYork

Bill 32 HongKong

Mike 35 Paris

•12

int main()

{

const int max_lines = 100;

const char file_name[] = "z:¥¥PersonData.bin";

struct Person a[max_lines];

FILE *fp;

int n;

int i;

int ch;

// データファイル読み込み

fp = fopen( file_name, "r" );

if ( fp == NULL ) {

fprintf( stderr, "ファイル %s のオープンに失敗しました" );

return -1;

}

n = 0;

while( 1 ) {

if ( ( fread( &(a[n]), sizeof(struct Person), 1, fp ) == 0 )

|| ( n >= max_lines ) ) {

break;

}

n = n + 1;

}

fclose( fp );

// 画面表示

for( i=0; i<n; i++ ) {

printf( "name: %s, age: %d, address: %s¥n",

a[i].name, a[i].age, a[i].address );

}

printf( "Enter キーを1,2回押してください. プログラムを終了します¥n");

ch = getchar();

return 0;

}

#include "stdio.h"

#include <math.h>

#pragma warning(disable:4996)

struct Person {

char name[20];

int age;

char address[20];

};

構造体 Person の定義

配列とメモリアドレス

•13

０

１

２

配列 a

（サイズは100）

a[0]

a[1]

a[2]

メモリアドレス

0012ED80

0012EDAC

0012EDD8

プログラムが使う

メモリ空間

構造体の配列

構造体（struct）

• データの集合を一つのデータ型として扱う仕組み。

新たな型名を付けて登録することができる。

• 構造体の要素をメンバと呼び、それぞれに型を指

定し、名前を付ける。

• 構造体のメンバとして他の構造体を含むことが許

される。特に、同じ構造体をメンバとするもの

（再帰的構造体）も許される。

•14

構造体の例

•15

name

age

address

例題１の

構造体

これで１つの

データ

演算子「.」の意味

• 構造体のメンバを指定

例題１では

a[i].name

a[i].age

a[i].address

•16

演算子 -> の意味

• ポインタの指す構造体のメンバを指定

z->re_part = x;

• z が struct complex なる構造体を指すポインタで

あるとして、

• そのメンバ re_part に x の値を代入。

•17

例題２．構造体データの

メモリ配置を見る

• 下記の構造体 ImaginaryNumber について，メモリ

アドレスを表示してみる

• １つの構造体は 16 バイト

•18

real_part imaginary_pa

3.1 -2.4

4.5 5.1

-2.4 6.3

8バイト

#include "stdio.h"

#include <math.h>

struct ImaginaryNumber {

double real_part;

double imaginary_part;

};

int main()

{

struct ImaginaryNumber a[] = {{3.1, -2.4},

{4.5, 5.1},

{-2.4, 6.3}};

int i;

int ch;

for (i=0; i<3; i++ ) {

printf( "複素数 %3.1f + %3.1f i¥n", a[i].real_part, a[i].imaginary_part );

}

for (i=0; i<3; i++ ) {

printf( "address(a[%d]) = %p¥n", i, &(a[i]) );

}

printf( "Enter キーを1,2回押してください. プログラムを終了します¥n");

ch = getchar();

return 0;

}

•19

「&」はメモリアドレス

の取得

「%p」はメモリアドレス

の表示

「%3.1f」は, 小数点以上は最大３桁，

小数点以下は最大１桁の表示

a[0] に 3.1, -2.4 を

a[1] に 4.5, 5.1 を

a[2] に -2.4, 6.3 をセット

メモリアドレス表示

•20

実行結果の例

表示された

メモリアドレス*

メモリアドレスの値が

ここでの「例」と違っている

ことはある（動作は正しい）

配列とメモリアドレス

•21

０

１

２

配列 a

（サイズは３）

a[0]

a[1]

a[2]

メモリアドレス

0012FEA8

0012FEB8

0012FEC8

プログラムが使う

メモリ空間

構造体の配列

3.1 -2.4

4.5 5.1

-2.4 6.3

•22

実際のメモリの中身

double 型の変数は

8 バイトになっている

メモリアドレスの値が

ここでの「例」と違っている

ことはある

#include "stdio.h"

#include <math.h>

struct ImaginaryNumber {

double real_part;

double imaginary_part;

};

int main()

{

struct ImaginaryNumber a[] = {{3.1, -2.4},

{4.5, 5.1},

{-2.4, 6.3}};

int i;

int ch;

for (i=0; i<3; i++ ) {

printf( "複素数 %3.1f + %3.1f i¥n", a[i].real_part, a[i].imaginary_part );

}

for (i=0; i<3; i++ ) {

printf( "address(a[%d]) = %p¥n", i, &(a[i]) );

}

printf( "Enter キーを1,2回押してください. プログラムを終了します¥n");

ch = getchar();

return 0;

}

•23

構造体 ImaginaryNumber

の型宣言

構造体の配列 a

の宣言と初期化

構造体のメンバ

構造体の型宣言

• 構造体には，名前がある

• それぞれのデータ（メンバという）は，名前と型

（データの種類のこと）がある．

•24

struct Person {

char name[20];

int age;

char address[20];

};

名前

メンバ

参考．バイナリファイル形式の

ファイル読み出し，書き込み

• 最初にファイルの書き込みを行い，次に，書き込

んだファイルの読み出しを行うプログラム

→ 練習用の見本として示す

•25

• 最初は書き込み

•26

データファイル

（バイナリファイル形式）

プログラムが使う

メモリ空間

fwrite で

書き込み

fwrite は

3回実行

３人分のデータを

書き込む

変数 orig

• 次は読み出し

•27

データファイル

（バイナリファイル形式）

プログラムが使う

メモリ空間

fread で

読み出し

例題１では

３人分のデータを書き込む

変数 a

•28

#include "stdio.h"

#include <math.h>

#pragma warning(disable:4996)

struct Person {

char name[20];

int age;

char address[20];

};

int main()

{

const int max_lines = 100;

const char file_name[] = "z:¥¥PersonData.bin";

struct Person a[max_lines];

FILE *fp;

int n;

int i;

int ch;

struct Person orig[3] = { {"kaneko", 38, "hazozaki"}, {"ken",

20, "kaizuka"}, {"mike", 30, "tenjin" } };

printf( "書きます．ファイル名は %s¥n", file_name );

// データファイル書き込み

fp = fopen( file_name, "w" );

if ( fp == NULL ) {

fprintf( stderr, "ファイル %s のオープンに失敗しました" );

return -1;

}

// 書き出すのは３個（i = 0, 1, 2)

for ( i = 0; i < 3; i++ ) {

fwrite( &(orig[i]), sizeof(struct Person), 1, fp );

}

fclose( fp );

printf( "読みます．ファイル名は %s¥n", file_name );

// データファイル読み出し

fp = fopen( file_name, "r" );

if ( fp == NULL ) {

fprintf( stderr, "ファイル %s のオープンに失敗しました" );

return -1;

}

n = 0;

while( 1 ) {

if ( ( fread( &(a[n]), sizeof(struct Person), 1, fp ) == 0 )

|| ( n >= max_lines ) ) {

break;

}

n = n + 1;

}

fclose( fp );

// 画面表示

for( i=0; i<n; i++ ) {

printf( "name: %s, age: %d, address: %s¥n",

a[i].name, a[i].age, a[i].address );

}

printf( "Enter キーを1,2回押してください. プログラムを終了します¥n");

ch = getchar();

return 0;

}

最初は書き込み

次は読み出し

例題３．Windows ビットマップファイルの読

み出し，書き込み

• ２４ビットカラーの Windows ビットマップファイ

ルについて，簡単な計算を行ってみる

•29

•30

実行結果の例

z:¥Mandrill.bmp

z:¥done.bmp

新しく生成されるファイル

• 画素の r, g, b 値

•31

r'(x, y) = | r(x,y) - r(x-1, y) |

g'(x, y) = | g(x,y) - g(x-1, y) |

b'(x, y) = | b(x,y) - b(x-1, y) |

x > 0 に対して

r'(x, y) = 0

g'(x, y) = 0

b'(x, y) = 0

x = 0 に対して

横方向の差分

（差分の量が大きい

ほど，画素は「明るく」

なる）

例題３のプログラムが

行っていること

•32

Windows ビットマップ

ファイル

プログラムが使う

メモリ空間

fread を

３回実行

ファイルヘッダ

ヘッダ

本体

例題３のプログラムが

行っていること

•33

Windows ビットマップ

ファイル

プログラムが使う

メモリ空間

ファイルヘッダ

ヘッダ

本体

計算

例題３のプログラムが

行っていること

•34

Windows ビットマップ

ファイル

プログラムが使う

メモリ空間

ファイルヘッダ

ヘッダ

本体

画像本体の実メモリ上での配置

•35

２４ビットカラーの Windows ビットマップ

実メモリ上では，バイト列のデータ

画像本体の実メモリ上での配置

•36

２４ビットカラーの Windows ビットマップ

実メモリ上では，バイト列のデータ

画素 (x,y) のデータは，先頭から 3xy バイト目にある

画像本体の実メモリ上での配置

•37

２４ビットカラーの Windows ビットマップ

ファイルヘッダ

ヘッダ

typedef struct tagBITMAPFILEHEADER {

unsigned short bfType;

unsigned long bfSize;

unsigned short bfReserved1;

unsigned short bfReserved2;

unsigned long bfOffBits;

} BITMAPFILEHEADER

typedef struct tagBITMAPINFOHEADER{

unsigned long biSize;

long biWidth;

long biHeight;

unsigned short biPlanes;

unsigned short biBitCount;

unsigned long biCompression;

unsigned long biSizeImage;

long biXPixPerMeter;

long biYPixPerMeter;

unsigned long biClrUsed;

unsigned long biClrImporant;

} BITMAPINFOHEADER;