C言語ファイル操作入門！テキストとデータを取り扱うための基礎知識

C言語

ファイル操作

最終更新日 2025年5月16日

リンドくん

たなべ先生、C言語でファイルを読み書きする方法を知りたいんです。
プログラムのデータを保存したり読み込んだりするには、どうすればいいんですか？

たなべ

いい質問だね！多くのプログラムがファイル操作で成り立っているんだ。
例えば、ゲームのセーブデータやユーザー情報の保存など、日常的に使うアプリケーションでもファイル操作は必須技術なんだよ。

ファイル操作がプログラミングの幅を広げる

プログラミングを学習し始めた頃は、画面に表示したり、キーボードから入力を受け取ったりする基本的な入出力だけで満足していた方も多いでしょう。
しかし、実用的なプログラムを作るためには、ファイル操作のスキルが必須です。

ファイル操作とは、簡単に言えば「データをファイルに保存したり、ファイルからデータを読み込んだりする技術」です。
この技術があれば、プログラムを終了した後もデータを保持したり、大量のデータを扱ったり、他のプログラムとデータを共有したりすることができます。

この記事では、C言語のファイル操作について、初心者にもわかりやすく解説していきます。

ファイル操作の基本は「開いて、使って、閉じる」

リンドくん

ファイル操作ってなんだか難しそうです...具体的にどうやるんですか？

たなべ

心配しないで！基本は「開いて、使って、閉じる」という3ステップだけなんだ。
例えば、本を読むときと同じイメージで考えるとわかりやすいよ。まず本を開いて、内容を読んで、読み終わったら閉じるでしょ？

ファイルポインタの概念

C言語でファイル操作を行うには、まず「ファイルポインタ」という概念を理解する必要があります。
これは、ファイルを操作するための「ハンドル」のようなものです。

// ファイルポインタの宣言
FILE *fp;

このファイルポインタを使って、3つの基本ステップでファイル操作を行います。

ステップ1. ファイルを開く (fopen)

まず最初に、操作したいファイルを開きます。これにはfopen関数を使います。

fp = fopen("data.txt", "r");  // "r"は読み取りモード

この関数には主に以下のモードがあります。

"r" - 読み取り専用で開く
"w" - 書き込み用で開く（ファイルがなければ新規作成、あれば内容を消去）
"a" - 追加書き込み用で開く（ファイルの末尾に追加）
"r+" - 読み書き両用で開く
"w+" - 読み書き両用で開く（ファイルがなければ新規作成、あれば内容を消去）
"a+" - 読み書き両用で開く（書き込みは末尾に追加）

ステップ2. ファイルを使う (読み書き操作)

ファイルを開いたら、データの読み取りや書き込みを行います。
C言語には、様々なファイル操作関数があります。

ファイルから読み取る場合

// 1文字読み取り
int ch = fgetc(fp);

// 文字列読み取り
char str[100];
fgets(str, 100, fp);

// 書式指定で読み取り
int num;
fscanf(fp, "%d", &num);

ファイルに書き込む場合：

// 1文字書き込み
fputc('A', fp);

// 文字列書き込み
fputs("Hello, World!", fp);

// 書式指定で書き込み
fprintf(fp, "数値は %d です", 123);

ステップ3. ファイルを閉じる (fclose)

操作が終わったら、必ずファイルを閉じます。
これは非常に重要なステップです。

fclose(fp);

ファイルを閉じることで、メモリリソースを解放し、データが確実に保存されます。
閉じ忘れると、データの損失やリソースリークの原因になる可能性があります。

テキストファイルの読み書きの実例

リンドくん

なるほど！でも実際にどう使うか、具体的な例を見てみたいです。

たなべ

もちろん！ここでは、テキストファイルにデータを書き込んで、それを読み出すという基本的な例を紹介するね。
実用的なプログラムの第一歩だよ。

テキストファイルに書き込む

まずは、テキストファイルにデータを書き込む基本的なプログラム例を見てみましょう。

#include <stdio.h>

int main() {
    // ファイルポインタの宣言
    FILE *fp;
    
    // ファイルを書き込みモードで開く
    fp = fopen("sample.txt", "w");
    
    // ファイルが正常に開けたか確認
    if (fp == NULL) {
        printf("ファイルを開けませんでした。\n");
        return 1;
    }
    
    // ファイルに書き込み
    fprintf(fp, "こんにちは、C言語ファイル操作の世界へ！\n");
    fprintf(fp, "これは2行目のテキストです。\n");
    fprintf(fp, "数値を書き込むこともできます: %d\n", 42);
    
    // ファイルを閉じる
    fclose(fp);
    
    printf("ファイルへの書き込みが完了しました。\n");
    return 0;
}

このプログラムを実行すると、sample.txtというファイルが作成され、指定したテキストが書き込まれます。

テキストファイルから読み込む

次に、上記で作成したテキストファイルからデータを読み込むプログラム例です。

#include <stdio.h>

int main() {
    FILE *fp;
    char buffer[100];  // 読み込み用のバッファ
    
    // ファイルを読み取りモードで開く
    fp = fopen("sample.txt", "r");
    
    // ファイルが正常に開けたか確認
    if (fp == NULL) {
        printf("ファイルを開けませんでした。\n");
        return 1;
    }
    
    // ファイルから1行ずつ読み込んで表示
    printf("ファイルの内容:\n");
    while (fgets(buffer, sizeof(buffer), fp) != NULL) {
        printf("%s", buffer);
    }
    
    // ファイルを閉じる
    fclose(fp);
    
    return 0;
}

このプログラムでは、fgets関数を使って1行ずつテキストを読み込み、画面に表示しています。

ファイる操作時に確認すべきこと

テキストファイルの読み書きでは、以下のポイントに注意すると良いでしょう。

ファイルの存在確認: 読み込み時は特に、ファイルが存在するかを確認することが重要です
エラー処理: ファイル操作は失敗する可能性があるため、必ずエラーチェックを行いましょう
バッファサイズ: 読み込み時は、バッファサイズを適切に設定して、オーバーフローを防ぎましょう
改行コード: 環境によって改行コードが異なる場合があるため、注意が必要です

バイナリファイルの操作

リンドくん

テキストファイル以外にも、バイナリファイルというのがあると聞いたことがあります。それは何ですか？

たなべ

バイナリファイルはテキストではなく、データをそのままの形式で保存するんだ。
例えば画像や音声、あるいはゲームのセーブデータなんかはバイナリファイルとして保存されることが多いよ。

テキストファイルとバイナリファイルの違い

テキストファイルとバイナリファイルの主な違いは以下の通りです。

テキストファイル = 人間が読めるテキスト形式でデータを保存。改行コードなどの変換が行われる
バイナリファイル = データがそのままのバイナリ形式で保存。変換は行われない

バイナリファイルのメリットは、以下の点にあります。

効率的なストレージ: テキスト形式よりもコンパクトに保存できる
処理速度: データの変換が不要なため、高速に読み書きできる
構造体の保存: 構造体などの複雑なデータ型をそのまま保存できる

バイナリファイルのオープン方法

バイナリファイルを扱うには、モード指定子に「b」を追加します。

// バイナリファイルを書き込みモードで開く
FILE *fp = fopen("data.bin", "wb");

// バイナリファイルを読み取りモードで開く
FILE *fp = fopen("data.bin", "rb");

バイナリファイルの読み書き

バイナリファイルの読み書きには、freadとfwrite関数を使います。

// データ構造の定義
typedef struct {
    int id;
    char name[50];
    float score;
} Student;

// バイナリファイルへの書き込み例
Student student = {1, "山田太郎", 85.5};
fwrite(&student, sizeof(Student), 1, fp);

// バイナリファイルからの読み込み例
Student readStudent;
fread(&readStudent, sizeof(Student), 1, fp);

学生データの保存と読み込みの実例

以下は、複数の学生データをバイナリファイルに保存し、読み込む例です。

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

typedef struct {
    int id;
    char name[50];
    float score;
} Student;

// 学生データを保存する関数
void saveStudents() {
    FILE *fp = fopen("students.bin", "wb");
    if (fp == NULL) {
        printf("ファイルを開けませんでした。\n");
        return;
    }
    
    Student students[3] = {
        {1, "山田太郎", 85.5},
        {2, "佐藤花子", 92.0},
        {3, "鈴木一郎", 78.5}
    };
    
    fwrite(students, sizeof(Student), 3, fp);
    fclose(fp);
    printf("学生データを保存しました。\n");
}

// 学生データを読み込む関数
void loadStudents() {
    FILE *fp = fopen("students.bin", "rb");
    if (fp == NULL) {
        printf("ファイルを開けませんでした。\n");
        return;
    }
    
    Student students[3];
    fread(students, sizeof(Student), 3, fp);
    fclose(fp);
    
    printf("読み込んだ学生データ:\n");
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        printf("ID: %d, 名前: %s, 点数: %.1f\n", 
               students[i].id, students[i].name, students[i].score);
    }
}

int main() {
    saveStudents();
    loadStudents();
    return 0;
}

このように、バイナリファイルを使うと、構造体などの複雑なデータ型をそのままの形式で効率的に保存できます。
ゲーム開発やデータベースアプリケーションなど、多くの実用的なプログラムでこの技術が活用されています。

エラー処理とセキュリティ

リンドくん

ファイル操作でエラーが起きた場合はどうすればいいんですか？

たなべ

とても重要なポイントだね！エラー処理を怠ると、プログラムが予期せぬ動作をする可能性があるんだ。
例えば、存在しないファイルを開こうとしたり、書き込み権限がないファイルに書き込もうとしたりするケースがあるよ。

一般的なエラーとその対処法

ファイル操作で発生する一般的なエラーには以下のようなものがあります。

ファイルが存在しない: 読み取りモードでオープンしようとしたファイルが存在しない
アクセス権限の問題: 書き込み権限がないファイルに書き込もうとする
ディスク容量不足: ディスクの空き容量が不足している
ファイルパスの問題: 無効なファイルパスを指定している

これらのエラーに対処するための基本的な方法は以下の通りです。

FILE *fp = fopen("data.txt", "r");
if (fp == NULL) {
    // エラーの種類を表示
    perror("ファイルオープンエラー");
    // または独自のエラーメッセージを表示
    printf("ファイル '%s' を開けませんでした。\n", "data.txt");
    // 適切なエラー処理を行う
    return 1;  // または別の処理
}

feof関数とferror関数

ファイル操作中のエラーを検出するには、feof関数とferror関数を使用します。

// ファイル読み込み中のエラー処理例
char buffer[100];
while (fgets(buffer, sizeof(buffer), fp) != NULL) {
    // 処理
}

if (feof(fp)) {
    printf("ファイルの終わりに達しました。\n");
} else if (ferror(fp)) {
    printf("ファイル読み込み中にエラーが発生しました。\n");
}

セキュリティ上の注意点

ファイル操作を行う際には、以下のセキュリティ上の注意点も考慮することが重要です。

パス名の検証: ユーザー入力からファイルパスを生成する場合は、適切に検証する
バッファオーバーフロー: 読み込みバッファのサイズを適切に設定し、オーバーフローを防止する
一時ファイルの扱い: 一時ファイルの名前生成にはtmpnamやtmpfile関数を使用する
権限の設定: 必要最低限の権限でファイルを開く

// ユーザー入力からファイル名を生成する際の注意例
char filename[100];
printf("ファイル名を入力してください: ");
scanf("%99s", filename);  // バッファオーバーフロー防止のため制限付き

// パス名の検証（簡易的な例）
for (int i = 0; filename[i] != '\0'; i++) {
    if (filename[i] == '/' || filename[i] == '\\') {
        printf("無効なファイル名です。\n");
        return 1;
    }
}

FILE *fp = fopen(filename, "r");