【C言語】freadの使い方：ファイルからバイナリデータを読み込む手順

この記事では、C言語でバイナリファイルからデータを読み込むために使用するfread関数の利用方法を解説します。

ファイルのオープン方法、読み込むサイズや回数の指定、エラー時の対処法など、基本的な手順を具体例とともに説明します。

開発環境が整っている方向けに、実践的なサンプルコードを交えながら、初心者でもわかりやすい内容にまとめています。

fread関数の基本

freadとは

freadは、バイナリファイルからデータを読み込むための関数です。

指定したサイズ分のデータをファイルから読み取り、指定したメモリ領域に格納します。

連続したデータを効率的に処理できるため、画像や音声データなどのバイナリデータの読み込みに適しています。

関数シグネチャとパラメータ

freadの関数シグネチャは以下の通りです。

size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t count, FILE *stream);

各パラメータの意味は以下の通りです。

• ptr

読み込んだデータを格納する先頭アドレスを指します。

• size

一回の読み込みで取得するデータのサイズ(バイト単位)を指定します。

• count

読み込む要素の個数を指定します。

• stream

読み込み対象のファイルポインタです。

freadは、実際に読み込んだ要素数を返します。

例えば、sizeが要素サイズ、countが読み込む個数の場合、返り値が期待値と異なる場合はエラーやEOF(ファイル終端)到達の可能性があるため、エラーチェックが重要です。

バイナリファイル読み込みの手順

ファイルのオープン

fopen関数の使用方法

バイナリファイルを読み込むためには、まずfopen関数で対象ファイルをオープンします。

読み込み専用でオープンする場合は、モード文字列に"rb"を指定します。

以下のように、ファイルパスとモードを指定してファイルをオープンします。

FILE *file = fopen("path/to/binary_file.bin", "rb");
if (file == NULL) {
    // ファイルが開けなかった場合のエラー処理を実装する
}

freadによるデータ読み込み

読み込みサイズと回数の指定

freadを使用する際は、読み込みサイズと回数の指定が重要です。

たとえば、サイズが固定の構造体の配列を読み込む場合、1回の読み込みで1構造体分のサイズ(sizeof(StructName))を読み込み、要素数分の回数を指定します。

数式で読み込みサイズを表すと、

$$\text{TotalBytes}=\text{size}\times \text{count}$$

のようになります。

エラーチェックの実施

freadは、読み込んだ要素数を返すため、想定した要素数と異なる場合はエラーまたはEOFに達している可能性があります。

以下のようにチェックを実装します。

size_t elementsRead = fread(buffer, sizeof(DataType), numElements, file);
if (elementsRead != numElements) {
    // エラーまたはEOFに達した場合の処理を実装する
}

ファイルのクローズ

fclose関数の使用方法

ファイルの読み込みが完了したら、fclose関数を使用してファイルをクローズします。

ファイルをクローズすることは、リソースの解放やファイルハンドルの管理に重要です。

以下はfcloseの使用例です。

if (fclose(file) != 0) {
    // ファイルクローズに失敗した場合のエラー処理を実装する
}

実践的なサンプルコード解説

サンプルコードの全体構成

サンプルコードは以下の全体構成となっており、以下の各部分で構成されています。

• ヘッダファイルのインクルードとマクロ定義
• メイン関数内での初期設定とファイルパスの指定
• ファイルオープン、データの読み込み、エラーチェック
• ファイルクローズと最終結果の出力

コード内各部の解説

初期設定とファイルパスの指定

サンプルコードの冒頭では、必要なヘッダファイルをインクルードし、読み込み対象のファイルパスや読み込む要素の数、要素サイズを定義しています。

これにより、後続処理で必要な情報が一元管理され、コードの可読性が向上します。

バイナリデータ読み込み部分

fread関数を使用して、バイナリファイルからデータを読み込みます。

指定したバッファに対して、要素数とサイズを渡し、実際に読み込んだ要素数が返り値として提供されます。

読み込んだデータは、後続処理で利用するために変数に格納されており、ファイル終端やデータ不足の状態を考慮してエラーチェックが行われています。

エラー処理の実装

エラー処理は、fopen、fread、fclose各関数の返り値をチェックすることで実装しています。

ファイルのオープンに失敗した場合、またはfreadで期待した要素数と異なる場合には、適切なエラーメッセージを表示してプログラムを終了させる処理が含まれています。

また、fcloseの返り値も確認することで、リソースが正しく解放されたかどうかを判断しています。

以下にサンプルコードを示します。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
// バイナリデータとして読み込む構造体の例
typedef struct {
    int id;            // データ識別子
    char name[32];     // 名前の格納用
} DataRecord;
int main(void) {
    const char *filePath = "binary_data.bin"; // バイナリファイルのパス
    FILE *file = fopen(filePath, "rb");         // ファイルを読み込みモードでオープン
    if (file == NULL) {
        printf("ファイルがオープンできませんでした。\n");
        return EXIT_FAILURE;
    }
    // 読み込むデータの個数を指定
    size_t numRecords = 10;
    // バッファとしてメモリを確保
    DataRecord records[numRecords];
    // バイナリファイルからデータを読み込む
    size_t readCount = fread(records, sizeof(DataRecord), numRecords, file);
    if (readCount != numRecords) {
        printf("データの読み込みに失敗しました。読み込んだ要素数: %zu\n", readCount);
        fclose(file);
        return EXIT_FAILURE;
    }
    // 読み込んだデータの内容を出力
    for (size_t i = 0; i < readCount; i++) {
        printf("Record %zu: ID = %d, Name = %s\n", i, records[i].id, records[i].name);
    }
    // ファイルをクローズ
    if (fclose(file) != 0) {
        printf("ファイルのクローズに失敗しました。\n");
        return EXIT_FAILURE;
    }
    return EXIT_SUCCESS;
}

Record 0: ID = 1, Name = サンプル名1
Record 1: ID = 2, Name = サンプル名2
...
Record 9: ID = 10, Name = サンプル名10

注意事項とトラブルシューティング

エラー発生時の対策

ファイルが存在しない場合やアクセス権限が不十分な場合、fopenがNULLを返します。

また、freadが期待した要素数を返さない場合、EOF到達またはファイルの破損が考えられます。

これらの場合は、以下の点に注意してください。

• ファイルパスが正しいか確認する
• ファイルのアクセス権限を確認する
• ファイルが破損していないか検証する

エラー発生時には、エラーメッセージを表示しプログラムを終了する処理を適切に実装して安全に動作するようにします。

データサイズ指定時の注意点

freadで指定するsizeとcountは、読み込むデータの実際のメモリサイズに基づいて設定する必要があります。

間違ったサイズで読み込んだ場合、メモリ領域のオーバーフローや不足したデータの読み込みが発生する可能性があります。

また、データの構造体がパディングによって実際のサイズと異なる場合があるため、sizeof演算子を利用して正確なサイズを計算することが推奨されます。

以上の点に注意することで、freadを用いたバイナリファイルの読み込み処理が安全かつ効果的に行えるようになります。

まとめ

この記事では、fread関数を用いたバイナリファイルの読み込み手順やエラー処理、サンプルコードの実装方法について詳しく解説しましたでした。

全体を通して、各関数の役割やパラメータ指定方法、データサイズの注意点が整理されています。

ぜひ、この知識を活かして、より信頼性の高いファイル処理コードの作成に挑戦してみてください。