C언어에서 바이너리 파일 읽기와 쓰기: fread와 fwrite 활용법

C언어에서 바이너리 파일을 다루는 것은 데이터를 효율적으로 저장하고 읽어오는 중요한 기술입니다. fread와 fwrite 함수는 바이너리 파일을 처리할 때 자주 사용되며, 이를 통해 다양한 형식의 데이터를 안전하고 빠르게 입출력할 수 있습니다. 이 기사에서는 바이너리 파일 읽기와 쓰기의 기본 개념부터 실용적인 예제까지 다룹니다.

바이너리 파일이란 무엇인가?

바이너리 파일은 텍스트가 아닌 이진 형식으로 데이터를 저장하는 파일입니다. 텍스트 파일과 달리 바이너리 파일은 프로그램이 인식할 수 있는 데이터 구조를 그대로 저장할 수 있어 효율적입니다. 텍스트 파일은 사람이 읽을 수 있는 문자로 데이터를 저장하지만, 바이너리 파일은 숫자, 문자열, 이미지 등 다양한 형식의 데이터를 그 자체의 이진 값으로 저장합니다. 이로 인해 바이너리 파일은 데이터를 빠르고 정확하게 저장할 수 있으며, 파일 크기도 상대적으로 작게 유지됩니다.

바이너리 파일의 특징

바이너리 파일은 데이터의 크기나 형식에 제한이 없으며, 다양한 데이터를 그대로 기록할 수 있습니다. 텍스트 파일과 달리, 인코딩 문제나 문자의 길이에 구애받지 않기 때문에 여러 유형의 데이터를 처리하는 데 유리합니다.

바이너리 파일의 장점

• 효율적인 저장: 이진 형식으로 저장되므로, 데이터 크기가 적고 저장 속도가 빠릅니다.
• 정밀한 데이터 저장: 복잡한 데이터 구조나 다수의 숫자 값을 정확히 저장할 수 있습니다.
• 속도: 읽기/쓰기 속도가 텍스트 파일보다 빠르며, 대용량 데이터를 처리하는 데 유리합니다.

바이너리 파일의 단점

• 사람이 읽을 수 없음: 바이너리 파일은 사람이 직접 읽을 수 없기 때문에, 데이터 내용을 이해하려면 별도의 프로그램이 필요합니다.
• 포터블성 부족: 특정 시스템에 최적화된 형식으로 저장될 수 있어, 다른 시스템에서 사용할 때 호환성 문제가 발생할 수 있습니다.

`fread` 함수 소개

fread 함수는 C언어에서 바이너리 파일을 읽을 때 사용되는 함수입니다. 이 함수는 파일에서 지정한 크기만큼 데이터를 읽어들여 메모리 공간에 저장하는 기능을 합니다. 파일의 포인터, 읽어들일 메모리 공간, 읽을 데이터의 크기, 그리고 읽을 데이터의 개수를 인자로 받습니다.

함수 정의

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

인자 설명

• ptr: 데이터를 저장할 메모리 공간을 가리키는 포인터입니다.
• size: 읽을 데이터 항목의 크기입니다. 예를 들어, sizeof(int)와 같이 데이터를 읽을 크기를 지정합니다.
• count: 읽을 데이터 항목의 개수입니다. 예를 들어, 10개의 정수를 읽고자 할 때 사용합니다.
• stream: 읽을 파일을 가리키는 파일 포인터입니다. 이 파일은 fopen 함수로 이미 열려 있어야 합니다.

사용 예시

int num;
FILE *file = fopen("data.bin", "rb");
fread(&num, sizeof(int), 1, file);
fclose(file);

위 예시에서는 data.bin 파일에서 int 타입의 데이터를 하나 읽어 num 변수에 저장하는 코드입니다.

`fwrite` 함수 소개

fwrite 함수는 C언어에서 바이너리 파일에 데이터를 쓸 때 사용되는 함수입니다. fwrite는 fread와 유사하지만, 데이터를 메모리에서 파일로 전송하는 역할을 합니다. 이 함수는 파일에 데이터를 효율적으로 기록할 수 있도록 설계되었습니다.

함수 정의

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

인자 설명

• ptr: 메모리에서 데이터를 읽을 위치를 가리키는 포인터입니다.
• size: 쓸 데이터 항목의 크기입니다. 예를 들어, sizeof(int)와 같이 데이터를 쓸 크기를 지정합니다.
• count: 쓸 데이터 항목의 개수입니다. 예를 들어, 10개의 정수를 파일에 쓸 때 사용합니다.
• stream: 쓸 파일을 가리키는 파일 포인터입니다. 이 파일은 fopen 함수로 이미 열려 있어야 합니다.

사용 예시

int num = 10;
FILE *file = fopen("data.bin", "wb");
fwrite(&num, sizeof(int), 1, file);
fclose(file);

위 예시에서는 data.bin 파일에 int 타입의 데이터 10을 하나 쓴 후 파일을 닫는 코드입니다.

`fread` 사용 예시

fread 함수는 바이너리 파일에서 데이터를 읽어 메모리 공간에 저장하는 데 사용됩니다. 아래는 fread를 사용하여 바이너리 파일에서 int 타입의 데이터를 읽는 간단한 예시입니다.

예시 코드

#include <stdio.h>

int main() {
    int num;
    FILE *file = fopen("data.bin", "rb");  // 바이너리 파일을 읽기 모드로 엽니다.

    if (file == NULL) {
        printf("파일 열기 실패!\n");
        return 1;
    }

    // 바이너리 파일에서 정수형 데이터 1개를 읽습니다.
    size_t result = fread(&num, sizeof(int), 1, file);

    if (result == 1) {
        printf("읽은 값: %d\n", num);  // 읽은 값을 출력합니다.
    } else {
        printf("파일에서 데이터 읽기 실패!\n");
    }

    fclose(file);  // 파일을 닫습니다.
    return 0;
}

코드 설명

• fopen("data.bin", "rb")를 사용하여 바이너리 파일을 읽기 모드로 엽니다. rb는 읽기 전용 바이너리 모드를 의미합니다.
• fread(&num, sizeof(int), 1, file)는 파일에서 int 타입의 데이터를 하나 읽어 num 변수에 저장합니다.
• 읽은 데이터의 개수는 fread가 반환하는 값으로 확인할 수 있습니다. 성공적으로 읽으면 반환값은 1이 됩니다.
• 파일을 다 읽은 후에는 fclose(file)로 파일을 닫습니다.

`fwrite` 사용 예시

fwrite 함수는 바이너리 파일에 데이터를 쓸 때 사용됩니다. 아래는 fwrite를 사용하여 int 타입의 데이터를 바이너리 파일에 기록하는 간단한 예시입니다.

예시 코드

#include <stdio.h>

int main() {
    int num = 10;
    FILE *file = fopen("data.bin", "wb");  // 바이너리 파일을 쓰기 모드로 엽니다.

    if (file == NULL) {
        printf("파일 열기 실패!\n");
        return 1;
    }

    // 바이너리 파일에 정수형 데이터 1개를 씁니다.
    size_t result = fwrite(&num, sizeof(int), 1, file);

    if (result == 1) {
        printf("데이터가 성공적으로 기록되었습니다.\n");
    } else {
        printf("파일에 데이터 기록 실패!\n");
    }

    fclose(file);  // 파일을 닫습니다.
    return 0;
}

코드 설명

• fopen("data.bin", "wb")는 바이너리 파일을 쓰기 모드로 엽니다. wb는 쓰기 전용 바이너리 모드를 의미합니다.
• fwrite(&num, sizeof(int), 1, file)는 num 변수에 저장된 int 타입의 값을 바이너리 파일에 씁니다.
• fwrite 함수는 성공적으로 기록한 데이터 항목의 개수를 반환하며, 여기서는 1개 항목을 기록하므로 반환값이 1이어야 정상입니다.
• 파일에 데이터를 기록한 후에는 fclose(file)로 파일을 닫습니다.

오류 처리 방법

바이너리 파일을 읽고 쓸 때 발생할 수 있는 오류를 처리하는 방법은 매우 중요합니다. fread와 fwrite 함수는 성공적으로 읽거나 쓴 데이터의 개수를 반환하므로, 이를 활용하여 오류를 감지하고 적절한 조치를 취할 수 있습니다. 또한, 파일을 열 때 발생할 수 있는 오류를 확인하는 것도 중요합니다.

파일 열기 오류 처리

파일을 열 때 fopen 함수가 실패하면 NULL을 반환하므로, 이를 확인하는 것이 첫 번째 오류 처리 단계입니다.

FILE *file = fopen("data.bin", "rb");
if (file == NULL) {
    printf("파일 열기 실패!\n");
    return 1;  // 오류 발생 시 종료
}

읽기 오류 처리

fread는 읽은 데이터 항목의 개수를 반환합니다. 이 값이 요청한 항목의 개수와 다르면 오류가 발생한 것입니다. 예를 들어, 파일 끝에 도달했거나, 파일에 읽을 데이터가 부족한 경우입니다.

size_t result = fread(&num, sizeof(int), 1, file);
if (result != 1) {
    printf("파일에서 데이터 읽기 실패! (읽은 항목 수: %zu)\n", result);
}

쓰기 오류 처리

마찬가지로 fwrite도 쓴 데이터 항목의 개수를 반환하므로, 이를 확인하여 오류를 처리할 수 있습니다.

size_t result = fwrite(&num, sizeof(int), 1, file);
if (result != 1) {
    printf("파일에 데이터 기록 실패! (쓴 항목 수: %zu)\n", result);
}

파일 닫기 오류 처리

파일을 닫을 때 fclose 함수는 오류가 발생하지 않으면 0을 반환하고, 오류가 발생하면 EOF를 반환합니다. 오류를 확인하려면 반환값을 체크할 수 있습니다.

if (fclose(file) == EOF) {
    printf("파일 닫기 실패!\n");
}

전체 오류 처리 예시

FILE *file = fopen("data.bin", "rb");
if (file == NULL) {
    printf("파일 열기 실패!\n");
    return 1;
}

size_t result = fread(&num, sizeof(int), 1, file);
if (result != 1) {
    printf("파일에서 데이터 읽기 실패! (읽은 항목 수: %zu)\n", result);
    fclose(file);  // 오류 발생 시 파일 닫기
    return 1;
}

if (fclose(file) == EOF) {
    printf("파일 닫기 실패!\n");
    return 1;
}

이와 같은 방법으로 파일 읽기/쓰기 작업에서 발생할 수 있는 오류를 적절히 처리할 수 있습니다.

바이너리 파일을 다룰 때의 주의점

바이너리 파일을 다룰 때는 몇 가지 중요한 점을 유의해야 안전하고 효율적인 파일 입출력을 할 수 있습니다. 파일 포인터를 올바르게 관리하고, 파일을 닫을 때까지 파일 상태를 체크하는 것이 중요합니다. 또한, 시스템에 따라 바이너리 파일의 호환성 문제나 파일 크기 제한도 고려해야 합니다.

파일 포인터 관리

파일에서 데이터를 읽고 쓰기 전에 파일 포인터가 올바른 위치에 있는지 항상 확인해야 합니다. 파일을 연 후에는 fseek이나 ftell 등을 활용하여 현재 파일 포인터 위치를 확인하거나 조정할 수 있습니다. 예를 들어, 파일에서 데이터를 처음부터 끝까지 읽고 싶다면, 파일 포인터가 처음 위치에 있어야 합니다.

fseek(file, 0, SEEK_SET);  // 파일 포인터를 처음 위치로 이동

파일 크기 확인

파일을 읽거나 쓸 때 파일 크기를 미리 확인하는 것이 중요할 수 있습니다. 예를 들어, 파일이 너무 작으면 읽을 데이터가 부족하거나 파일을 다 읽지 못할 수 있습니다. fseek와 ftell을 사용하여 파일 크기를 확인할 수 있습니다.

fseek(file, 0, SEEK_END);  // 파일 끝으로 이동
long file_size = ftell(file);  // 현재 위치는 파일 크기
fseek(file, 0, SEEK_SET);  // 다시 파일 처음으로 이동

파일 닫기

파일 작업이 끝난 후에는 반드시 fclose를 호출하여 파일을 닫아야 합니다. 파일을 닫지 않으면 파일이 손상되거나 시스템 자원을 낭비할 수 있습니다. 파일을 닫을 때 오류가 발생할 수 있으므로 오류를 처리하는 것이 좋습니다.

if (fclose(file) == EOF) {
    printf("파일 닫기 실패!\n");
}

호환성 문제

바이너리 파일은 시스템에 따라 엔디언(endianness)이 달라서 다른 시스템에서 파일을 읽을 때 문제가 발생할 수 있습니다. 예를 들어, 리틀 엔디언 시스템에서 생성된 파일은 빅 엔디언 시스템에서 다르게 해석될 수 있습니다. 이를 해결하려면, 데이터의 형식을 명시적으로 처리하거나, 표준 포맷을 사용하는 방법이 필요합니다.

파일 모드의 선택

파일을 열 때는 적절한 파일 모드를 선택해야 합니다. 예를 들어, 바이너리 파일을 읽을 때는 "rb" 모드를, 쓰기 모드일 때는 "wb" 모드를 사용합니다. 텍스트 모드와 바이너리 모드는 다르게 동작할 수 있으므로 파일을 다룰 때 모드를 정확히 지정해야 합니다.

요약

본 기사에서는 C언어에서 바이너리 파일을 읽고 쓰는 방법에 대해 설명했습니다. fread와 fwrite 함수는 각각 바이너리 파일에서 데이터를 읽고, 데이터를 파일에 기록하는 데 사용됩니다. fread는 파일에서 데이터를 읽어 메모리에 저장하고, fwrite는 메모리에서 데이터를 파일로 저장하는 데 필수적인 함수입니다.

바이너리 파일 작업 시 오류 처리, 파일 포인터 관리, 호환성 문제 등을 신경 써야 하며, 파일 작업 후에는 반드시 파일을 닫고 자원을 해제해야 합니다. 또한, 파일 크기나 시스템의 엔디언 문제도 고려해야 할 중요한 요소입니다. 이러한 점들을 염두에 두고 바이너리 파일 입출력을 안전하고 효율적으로 다룰 수 있습니다.