關於二進制文件

  二進制文件,這個再基礎不過的名詞,正因爲它的無處不在,或許沒有人會關注它背後隱含的內容。其實我也一樣,在寫下這些文字之前,我也是認爲二進制文件就像空氣一樣,平常得讓人完全忽略了。
        很偶然的,今天在寫代碼的時候使用了fopen函數:
                 FILE * fopen (const char * filename, const char * mode)
大家可以看到第二個參數是mode,而這個參數定義了文件打開的方式,w、a等都可以做爲函數的實參。除此之外,還有兩個值:tb。這兩個值定義了文件是按照文本(text)還是二進制(binary)方式開發。正是這個兩個值引起了我對二進制文件的興趣,因爲它們讓我想到了很多問題。
        首先,出現在腦海的第一個問題是:文本文件和二進制文件有什麼區別呢?我想這個問題並不是每個程序員能夠馬上回答上來的,至少我是不行了。查閱了資料之後,發現答案就在自己的知識範圍之內的:將文件看作是由一個一個字節(byte) 組成的,那麼文本文件中的每個字節的最高位都是0,也就是說文本文件使用了一個字節中的七位來表示所有的信息,而二進制文件則是將字節中的所有位都用上了。這就是兩者的區別;
        接着,第二個問題就是文件按照文本方式或者二進制方式打開,兩者會有什麼不同呢?其實不管是二進制文件也好,還是文本文件也好,都是一連串的0和1,但是打開方式不同,對於這些0和1的處理也就不同。如果按照文本方式打開,在打開的時候會進行translate,將每個字節轉換成ASCII碼,而以按照二進制方式打開的話,則不會進行任何的translate;

        最後就是文本文件和二進制文件在編輯的時候,使用的方式也是不同的。譬如,你在記事本中進行文本編輯的時候,你進行編輯的最小單位是字節(byte);而對二進制文件進行編輯的話,最小單位則是位(bit),當然我們都不會直接通過手工的方式對二進制文件進行編輯了。



文本文件與二進制文件
一、文本文件與二進制文件的定義
    大家都知道計算機的存儲在物理上是二進制的,所以文本文件與二進制文件的區別並不是物理上的,而是邏輯上的。這兩者只是在編碼層次上有差異。
    簡單來說,文本文件是基於字符編碼的文件,常見的編碼有ASCII編碼,UNICODE編碼等等。二進制文件是基於值編碼的文件,你可以根據具體應用,指定某個值是什麼意思(這樣一個過程,可以看作是自定義編碼)。
    從上面可以看出文本文件基本上是定長編碼的(也有非定長的編碼如UTF-8),基於字符嘛,每個字符在具體編碼中是固定的,ASCII碼是8個比特的編碼,UNICODE一般佔16個比特。而二進制文件可看成是變長編碼的,因爲是值編碼嘛,多少個比特代表一個值,完全由你決定。大家可能對BMP文件比較熟悉,就拿它舉例子吧,其頭部是較爲固定長度的文件頭信息,前2字節用來記錄文件爲BMP格式,接下來的8個字節用來記錄文件長度,再接下來的4字節用來記錄bmp文件頭的長度。。。大家可以看出來了吧,其編碼是基於值的(不定長的,2、4、8字節長的值都有),所以BMP是二進制文件。

二、文本文件與二進制文件的存取
    文本工具打開一個文件的過程是怎樣的呢?拿記事本來說,它首先讀取文件物理上所對應的二進制比特流(前面已經說了,存儲都是二進制的),然後按照你所選擇的解碼方式來解釋這個流,然後將解釋結果顯示出來。一般來說,你選取的解碼方式會是ASCII碼形式(ASCII碼的一個字符是8個比特),接下來,它8個比特8個比特地來解釋這個文件流。例如對於這麼一個文件流"01000000_01000001_01000010_01000011"(下劃線''_'',是我爲了增強可讀性,而手動添加的),第一個8比特''01000000''按ASCII碼來解碼的話,所對應的字符是字符''A'',同理其它3個8比特可分別解碼爲''BCD'',即這個文件流可解釋成“ABCD”,然後記事本就將這個“ABCD”顯示在屏幕上。
    事實上,世界上任何東西要與其他東西通信會話,都存在一個既定的協議,既定的編碼。人與人之間通過文字聯絡,漢字“媽”代表生你的那個人,這就是一種既定的編碼。但注意到這樣一種情況,漢字“媽”在日本文字裏有可能是你生下的那個人,所以當一箇中國人A與日本B之間用“媽”這個字進行交流,出現誤解就很正常的。用記事本打開二進制文件與上面的情況類似。記事本無論打開什麼文件都按既定的字符編碼工作(如ASCII碼),所以當他打開二進制文件時,出現亂碼也是很必然的一件事情了,解碼和譯碼不對應嘛。例如文件流''00000000_00000000_00000000_00000001''可能在二
進制文件中對應的是一個四字節的整數int 1,在記事本里解釋就變成了"NULL_NULL_NULL_SOH"這四個控制符。
    文本文件的存儲與其讀取基本上是個逆過程,不再累述。而二進制文件的存取顯然與文本文件的存取差不多,只是編/解碼方式不同而已,也不再敘述。

三、文本文件與二進制文件的優缺點
    因爲文本文件與二進制文件的區別僅僅是編碼上不同,所以他們的優缺點就是編碼的優缺點,這個找本編碼的書來看看就比較清楚了。一般認爲,文本文件編碼基於字符定長,譯碼容易些;二進制文件編碼是變長的,所以它靈活,存儲利用率要高些,譯碼難一些(不同的二進制文件格式,有不同的譯碼方式)。關於空間利用率,想想看,二進制文件甚至可以用一個比特來代表一個意思(位操作),而文本文件任何一個意思至少是一個字符.
    很多書上還認爲,文本文件的可讀性要好些,存儲要花費轉換時間(讀寫要編譯碼),而二進制文件可讀性差,存儲不存在轉換時間(讀寫不要編解碼,直接寫值).這裏的可讀性是從軟件使用者角度來說的,因爲我們用通用的記事本工具就幾乎可以瀏覽所有文本文件,所以說文本文件可讀性好;而讀寫一個具體的二進制文件需要一個具體的文件解碼器,所以說二進制文件可讀性差,比如讀BMP文件,必須用讀圖軟件.而這裏的存儲轉換時間應該是從編程的角度來說的,因爲有些操作系統如windows需要對回車換行符進行轉換(將''\n'',換成''\r\n'',所以文件讀寫時,操作系統需要一個一個字符的檢查
當前字符是不是''\n''或''\r\n'').這個在存儲轉換在Linux操作系統中並不需要,當然,當在兩個不同的操作系統上共享文件時,這種存儲轉換又可能出來(如Linux系統和Windows系統共享文本文件)。關於這個轉換怎樣進行,我將在下一篇文章《Linux文本文件與Windows文本文件間的轉換》給出^_^

四、C的文本讀寫和二進制讀寫
    應該說C的文本讀寫與二進制的讀寫是一個編程層次上的問題,與具體的操作系統有關,所以"用文本方式讀寫的文件一定是文本文件,用二進制讀寫的文件一定是二進制文件"這類觀點是錯誤的.下面的講述非明確指出操作系統類型,都暗指windows.
    C的文本方讀寫與二進制讀寫的差別僅僅體現在回車換行符的處理上.文本方式寫時,每遇到一個''\n''(0AH換行符),它將其換成''\r\n''(0D0AH,回車換行),然後再寫入文件;當文本讀取時,它每遇到一個''\r\n''將其反變化爲''\n'',然後送到讀緩衝區.正因爲文本方式有''\n''--''\r\n''之間的轉換,其存在轉換耗時.二進制讀寫時,其不存在任何轉換,直接將寫緩衝區中數據寫入文件.
    總地來說,從編程的角度來說,C中文本或二進制讀寫都是緩衝區與文件中二進制流的交互,只是文本讀寫時有回車換行的轉換.所以當寫緩衝區中無換行符''\n''(0AH),文本寫與二進制寫的結果是一樣的,同理,當文件中不存在''\r\n''(0DH0AH)時,文本讀與二進制讀的結果一樣.


五、實例
5678的存儲形式爲:ASCII碼:    00110101   00110110   00110111   00111000  (四個字節)
5678的存儲形式爲:二進制:      00010110   00101110  (兩個字節)
二進制文件和文本文件的唯一差異就是前者含有一些非標準輸出的ASCII碼。0x01就是非標準輸出的ASCII碼,0x61就是標準輸出的ASCII碼。)

作者:mjgforever
出處:http://mjgforever.cnblogs.com/
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