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江哥带你玩转C语言 | 17-文件操作

原创

极客江南

修改于 2021-07-12 02:27:06

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文件基本概念

文件流:
- C 语言把文件看作是一个字符的序列，即文件是由一个一个字符组成的字符流，因此 c 语言将文件也称之为文件流。
文件分类
- 文本文件
  - 以 ASCII 码格式存放，一个字节存放一个字符。文本文件的每一个字节存放一个 ASCII 码，代表一个字符。这便于对字符的逐个处理，但占用存储空间较多，而且要花费时间转换。
  - .c文件就是以文本文件形式存放的
- 二进制文件
  - 以补码格式存放。二进制文件是把数据以二进制数的格式存放在文件中的，其占用存储空间较少。数据按其内存中的存储形式原样存放
  - .exe文件就是以二进制文件形式存放的

文本文件和二进制文件示例
- 下列代码暂时不要求看懂, 主要理解什么是文本文件什么是二进制文件

#include <stdio.h>

int main()
{
    /*
     * 以文本形式存储
     * 会将每个字符先转换为对应的ASCII,
     * 然后再将ASCII码的二进制存储到计算机中
     */
    int num = 666;
    FILE *fa = fopen("ascii.txt", "w");
    fprintf(fa, "%d", num);
    fclose(fa);

    /*
     * 以二进制形式存储
     * 会将666的二进制直接存储到文件中
     */
    FILE *fb = fopen("bin.txt", "w");
    fwrite(&num, 4, 1, fb);
    fclose(fb);

    return 0;
}

内存示意图

通过文本工具打开示意图

文本工具默认会按照ASCII码逐个直接解码文件, 由于文本文件存储的就是ASCII码, 所以可以正常解析显示, 由于二进制文件存储的不是ASCII码, 所以解析出来之后是乱码

文件的打开和关闭

FILE 结构体
- FILE 结构体是对缓冲区和文件读写状态的记录者，所有对文件的操作，都是通过FILE 结构体完成的。

  struct _iobuf {
    char *_ptr;  //文件输入的下一个位置
    int _cnt;  //当前缓冲区的相对位置
    char *_base; //文件的起始位置)
    int _flag; //文件标志
    int _file;  //文件的有效性验证
    int _charbuf; //检查缓冲区状况,如果无缓冲区则不读取
    int _bufsiz; // 缓冲区大小
    char *_tmpfname; //临时文件名
  };
  typedef struct _iobuf FILE;

fileopen函数

函数声明	FILE * fopen ( const char * filename, const char * mode );
所在文件	stdio.h
函数功能	以 mode 的方式，打开一个 filename 命名的文件，返回一个指向该文件缓冲的 FILE 结构体指针。
参数及返回解析
参数	char*filaname :要打开，或是创建文件的路径。
参数	char*mode :打开文件的方式。
返回值	FILE* 返回指向文件缓冲区的指针，该指针是后序操作文件的句柄。

mode	处理方式	当文件不存在时	当文件存在时	向文件输入	从文件输出
r	读取	出错	打开文件	不能	可以
w	写入	建立新文件	覆盖原有文件	可以	不能
a	追加	建立新文件	在原有文件后追加	可以	不能
r+	读取/写入	出错	打开文件	可以	可以
w+	写入/读取	建立新文件	覆盖原有文件	可以	可以
a+	读取/追加	建立新文件	在原有文件后追加	可以	可以

注意点:

Windows如果读写的是二进制文件，则还要加 b,比如 rb, r+b 等。 unix/linux 不区分文本和二进制文件

fclose函数

函数声明	int fclose ( FILE * stream );
所在文件	stdio.h
函数功能	fclose()用来关闭先前 fopen()打开的文件.
函数功能	此动作会让缓冲区内的数据写入文件中, 并释放系统所提供的文件资源
参数及返回解析
参数	FILE* stream :指向文件缓冲的指针。
返回值	int 成功返回 0 ，失败返回 EOF(-1)。

#include <stdio.h>

int main()
{
    FILE *fp = fopen("test.txt", "w+");
    fclose(fp);
    return 0;
}

–

一次读写一个字符

写入

函数声明	int fputc (int ch, FILE * stream );
所在文件	stdio.h
函数功能	将 ch 字符，写入文件。
参数及返回解析
参数	FILE* stream :指向文件缓冲的指针。
参数	int : 需要写入的字符。
返回值	int 写入成功，返回写入成功字符，如果失败，返回 EOF。

#include <stdio.h>

int main()
{
    // 1.打开一个文件
    FILE *fp = fopen("test.txt", "w+");

    // 2.往文件中写入内容
    for(char ch = 'a'; ch <= 'z'; ch++){
        // 一次写入一个字符
        char res = fputc(ch, fp);
        printf("res = %c\n", res);
    }

    // 3.关闭打开的文件
    fclose(fp);
    return 0;
}

读取

函数声明	int fgetc ( FILE * stream );
所在文件	stdio.h
函数功能	从文件流中读取一个字符并返回。
参数及返回解析
参数	FILE* stream :指向文件缓冲的指针。
返回值	int 正常，返回读取的字符；读到文件尾或出错时，为 EOF。

#include <stdio.h>

int main()
{
    // 1.打开一个文件
    FILE *fp = fopen("test.txt", "r+");

    // 2.从文件中读取内容
    char res = EOF;
    while((res = fgetc(fp)) != EOF){
        printf("res = %c\n", res);
    }

    // 3.关闭打开的文件
    fclose(fp);
    return 0;
}

判断文件末尾
- feof函数

函数声明	int feof( FILE * stream );
所在文件	stdio.h
函数功能	判断文件是否读到文件结尾
参数及返回解析
参数	FILE* stream :指向文件缓冲的指针。
返回值	int 0 未读到文件结尾，非零读到文件结尾。

#include <stdio.h>

int main()
{
    // 1.打开一个文件
    FILE *fp = fopen("test.txt", "r+");

    // 2.从文件中读取内容
    char res = EOF;
    // 注意: 由于只有先读了才会修改标志位,
    // 所以通过feof判断是否到达文件末尾, 一定要先读再判断, 不能先判断再读
    while((res = fgetc(fp)) && (!feof(fp))){
        printf("res = %c\n", res);
    }

    // 3.关闭打开的文件
    fclose(fp);
    return 0;
}

注意点:
feof 这个函数，是去读标志位判断文件是否结束的。
而标志位只有读完了才会被修改, 所以如果先判断再读标志位会出现多打一次的的现象
所以企业开发中使用feof函数一定要先读后判断, 而不能先判断后读
作业
- 实现文件的简单加密和解密

#include <stdio.h>
#include <string.h>
void encode(char *name, char *newName, int code);
void decode(char *name, char *newName, int code);
int main()
{
    encode("main.c", "encode.c", 666);
    decode("encode.c", "decode.c", 666);
    return 0;
}
/**
 * @brief encode 加密文件
 * @param name 需要加密的文件名称
 * @param newName 加密之后的文件名称
 * @param code 秘钥
 */
void encode(char *name, char *newName, int code){
    FILE *fw = fopen(newName, "w+");
    FILE *fr = fopen(name, "r+");
    char ch = EOF;
    while((ch = fgetc(fr)) && (!feof(fr))){
        fputc(ch ^ code, fw);
    }
    fclose(fw);
    fclose(fr);
}
/**
 * @brief encode 解密文件
 * @param name 需要解密的文件名称
 * @param newName 解密之后的文件名称
 * @param code 秘钥
 */
void decode(char *name, char *newName, int code){
    FILE *fw = fopen(newName, "w+");
    FILE *fr = fopen(name, "r+");
    char ch = EOF;
    while((ch = fgetc(fr)) && (!feof(fr))){
        fputc(ch ^ code, fw);
    }
    fclose(fw);
    fclose(fr);
}

一次读写一行字符

什么是行
行是文本编辑器中的概念，文件流中就是一个字符。这个在不同的平台是有差异的。window 平台 ‘\r\n’，linux 平台是’\n’
平台差异
- windows 平台在写入’\n’是会体现为’\r\n’，linux 平台在写入’\n’时会体现为’\n’。windows 平台在读入’\r\n’时，体现为一个字符’\n’，linux 平台在读入’\n’时，体现为一个字符’\n’
- linux 读 windows 中的换行，则会多读一个字符，windows 读 linux 中的换行，则没有问题

#include <stdio.h>

int main()
{
    FILE *fw = fopen("test.txt", "w+");
    fputc('a', fw);
    fputc('\n', fw);
    fputc('b', fw);
    fclose(fw);
    return 0;
}

写入一行

函数声明	int fputs(char str,FILE fp)
所在文件	stdio.h
函数功能	把 str 指向的字符串写入 fp 指向的文件中。
参数及返回解析
参数	char * str : 表示指向的字符串的指针。
参数	FILE *fp : 指向文件流结构的指针。
返回值	int 正常，返 0；出错返 EOF。

#include <stdio.h>

int main()
{
    FILE *fw = fopen("test.txt", "w+");
    // 注意: fputs不会自动添加\n
    fputs("lnj\n", fw);
    fputs("it666\n", fw);
    fclose(fw);
    return 0;
}

遇到\0自动终止写入

#include <stdio.h>

int main()
{
    FILE *fp = fopen("test.txt", "w+");
    // 注意: fputs写入时遇到\0就会自动终止写入
    fputs("lnj\0it666\n", fp);

    fclose(fp);
    return 0;
}

读取一行

函数声明	char fgets(char str,int length,FILE *fp)
所在文件	stdio.h
函数功能	从 fp 所指向的文件中，至多读 length-1 个字符，送入字符数组 str 中，如果在读入 length-1 个字符结束前遇\n 或 EOF，读入即结束，字符串读入后在最后加一个‘\0’字符。
参数及返回解析
参数	char * str :指向需要读入数据的缓冲区。
参数	int length :每一次读数字符的字数。
参数	FILE* fp :文件流指针。
返回值	char * 正常，返 str 指针；出错或遇到文件结尾返空指针 NULL。

最多只能读取N-1个字符

#include <stdio.h>

int main()
{
    FILE *fp = fopen("test.txt", "w+");
    // 注意: fputs不会自动添加\n
    fputs("it666\n", fp);

    // 将FILE结构体中的读写指针重新移动到最前面
    // 注意: FILE结构体中读写指针每读或写一个字符后都会往后移动
    rewind(fp);
    char str[1024];
    // 从fp中读取4个字符, 存入到str中
    // 最多只能读取N-1个字符, 会在最后自动添加\0
    fgets(str, 4, fp);

    printf("str = %s", str); // it6
    fclose(fp);
    return 0;
}

遇到\n自动结束

#include <stdio.h>
int main()
{
    FILE *fp = fopen("test.txt", "w+");
    // 注意: fputs不会自动添加\n
    fputs("lnj\n", fp);
    fputs("it666\n", fp);

    // 将FILE结构体中的读写指针重新移动到最前面
    // 注意: FILE结构体中读写指针每读或写一个字符后都会往后移动
    rewind(fp);
    char str[1024];
    // 从fp中读取1024个字符, 存入到str中
    // 但是读到第4个就是\n了, 函数会自动停止读取
    // 注意点: \n会被读取进来
    fgets(str, 1024, fp);

    printf("str = %s", str); // lnj
    fclose(fp);
    return 0;
}

读取到EOF自动结束

#include <stdio.h>

int main()
{
    FILE *fp = fopen("test.txt", "w+");
    // 注意: fputs不会自动添加\n
    fputs("lnj\n", fp);
    fputs("it666", fp);

    // 将FILE结构体中的读写指针重新移动到最前面
    // 注意: FILE结构体中读写指针每读或写一个字符后都会往后移动
    rewind(fp);
    char str[1024];
    // 每次从fp中读取1024个字符, 存入到str中
    // 读取到文件末尾自动结束
    while(fgets(str, 1024, fp)){
        printf("str = %s", str);
    }
    fclose(fp);
    return 0;
}

注意点:
- 企业开发中能不用feof函数就不用feof函数
- 如果最后一行，没有行‘\n’的话则少读一行

#include <stdio.h>

int main()
{
    FILE *fp = fopen("test.txt", "w+");
    // 注意: fputs不会自动添加\n
    fputs("12345678910\n", fp);
    fputs("12345678910\n", fp);
    fputs("12345678910", fp);

    // 将FILE结构体中的读写指针重新移动到最前面
    // 注意: FILE结构体中读写指针每读或写一个字符后都会往后移动
    rewind(fp);
    char str[1024];
    // 每次从fp中读取1024个字符, 存入到str中
    // 读取到文件末尾自动结束
    while(fgets(str, 1024, fp) && !feof(fp)){
        printf("str = %s", str);
    }
    fclose(fp);
    return 0;
}

作业:
- 利用fgets(str, 5, fp)读取下列文本会读取多少次?

12345678910
12345
123

一次读写一块数据

C 语言己经从接口的层面区分了，文本的读写方式和二进制的读写方式。前面我们讲的是文本的读写方式。
所有的文件接口函数，要么以 ‘\0’，表示输入结束，要么以 ‘\n’， EOF(0xFF)表示读取结束。 ‘\0’ ‘\n’ 等都是文本文件的重要标识，而所有的二进制接口对于这些标识，是不敏感的。 +二进制的接口可以读文本，而文本的接口不可以读二进制
一次写入一块数据

函数声明	int fwrite(void buffer, int num_bytes, int count, FILE fp)
所在文件	stdio.h
函数功能	把buffer 指向的数据写入fp 指向的文件中
参数	char * buffer : 指向要写入数据存储区的首地址的指针
	int num_bytes: 每个要写的字段的字节数count
	int count : 要写的字段的个数
	FILE* fp : 要写的文件指针
返回值	int 成功，返回写的字段数；出错或文件结束，返回 0。

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

int main()
{
    FILE *fp = fopen("test.txt", "wb+");
    // 注意: fwrite不会关心写入数据的格式
    char *str = "lnj\0it666";
     /*
     * 第一个参数: 被写入数据指针
     * 第二个参数: 每次写入多少个字节
     * 第三个参数: 需要写入多少次
     * 第四个参数: 已打开文件结构体指针
     */
    fwrite((void *)str, 9, 1, fp);

    fclose(fp);
    return 0;
}

一次读取一块数据

函数声明	int fread(void buffer, int num_bytes, int count, FILE fp)
所在文件	stdio.h
函数功能	把fp 指向的文件中的数据读到 buffer 中。
参数	char * buffer : 指向要读入数据存储区的首地址的指针
	int num_bytes: 每个要读的字段的字节数count
	int count : 要读的字段的个数
	FILE* fp : 要读的文件指针
返回值	int 成功，返回读的字段数；出错或文件结束，返回 0。

#include <stdio.h>

int main()
{
    // test.txt中存放的是"lnj\0it666"
    FILE *fr = fopen("test.txt", "rb+");
    char buf[1024] = {0};
    // fread函数读取成功返回读取到的字节数, 读取失败返回0
    /*
     * 第一个参数: 存储读取到数据的容器
     * 第二个参数: 每次读取多少个字节
     * 第三个参数: 需要读取多少次
     * 第四个参数: 已打开文件结构体指针
     */ 
    int n = fread(buf, 1, 1024, fr);
    printf("%i\n", n);
    for(int i = 0; i < n; i++){
        printf("%c", buf[i]);
    }
    fclose(fr);
    return 0;
}

注意点:
读取时num_bytes应该填写读取数据类型的最小单位, 而count可以随意写
如果读取时num_bytes不是读取数据类型最小单位, 会引发读取失败
例如: 存储的是char类型 6C 6E 6A 00 69 74 36 36 36 如果num_bytes等于1, count等于1024, 那么依次取出 6C 6E 6A 00 69 74 36 36 36 , 直到取不到为止如果num_bytes等于4, count等于1024, 那么依次取出[6C 6E 6A 00][69 74 36 36] , 但是最后还剩下一个36, 但又不满足4个字节, 那么最后一个36则取不到

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

int main()
{

    // test.txt中存放的是"lnj\0it666"
    FILE *fr = fopen("test.txt", "rb+");
    char buf[1024] = {0};
    /*
    while(fread(buf, 4, 1, fr) > 0){
        printf("%c\n", buf[0]);
        printf("%c\n", buf[1]);
        printf("%c\n", buf[2]);
        printf("%c\n", buf[3]);
    }
    */
    /*
    while(fread(buf, 1, 4, fr) > 0){
        printf("%c\n", buf[0]);
        printf("%c\n", buf[1]);
        printf("%c\n", buf[2]);
        printf("%c\n", buf[3]);
    }
    */
    while(fread(buf, 1, 1, fr) > 0){
        printf("%c\n", buf[0]);
    }
    fclose(fr);
    return 0;
}

注意: fwrite和fread本质是用来操作二进制的
所以下面用法才是它们的正确打开姿势

#include <stdio.h>

int main()
{

    FILE *fp = fopen("test.txt", "wb+");
    int ages[4] = {1, 3, 5, 6};
    fwrite(ages, sizeof(ages), 1, fp);
    rewind(fp);
    int data;
    while(fread(&data, sizeof(int), 1, fp) > 0){
        printf("data = %i\n", data);
    }
    return 0;
}

读写结构体

结构体中的数据类型不统一，此时最适合用二进制的方式进行读写
读写单个结构体

#include <stdio.h>

typedef struct{
    char *name;
    int age;
    double height;
} Person;

int main()
{
    Person p1 = {"lnj", 35, 1.88};
//    printf("name = %s\n", p1.name);
//    printf("age = %i\n", p1.age);
//    printf("height = %lf\n", p1.height);

    FILE *fp = fopen("person.stu", "wb+");
    fwrite(&p1, sizeof(p1), 1, fp);

    rewind(fp);
    Person p2;
    fread(&p2, sizeof(p2), 1, fp);
    printf("name = %s\n", p2.name);
    printf("age = %i\n", p2.age);
    printf("height = %lf\n", p2.height);

    return 0;
}

读写结构体数组

#include <stdio.h>

typedef struct{
    char *name;
    int age;
    double height;
} Person;

int main()
{
    Person ps[] = {
      {"zs", 18, 1.65},
      {"ls", 21, 1.88},
      {"ww", 33, 1.9}
    };


    FILE *fp = fopen("person.stu", "wb+");
    fwrite(&ps, sizeof(ps), 1, fp);

    rewind(fp);
    Person p;
    while(fread(&p, sizeof(p), 1, fp) > 0){
        printf("name = %s\n", p.name);
        printf("age = %i\n", p.age);
        printf("height = %lf\n", p.height);
    }
    return 0;
}

读写结构体链表

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

typedef struct person{
    char *name;
    int age;
    double height;
    struct person* next;
} Person;
Person *createEmpty();
void  insertNode(Person *head, char *name, int age, double height);
void printfList(Person *head);
int saveList(Person *head, char *name);
Person *loadList(char *name);

int main()
{

//    Person *head = createEmpty();
//    insertNode(head, "zs", 18, 1.9);
//    insertNode(head, "ls", 22, 1.65);
//    insertNode(head, "ws", 31, 1.78);
//    printfList(head);
//    saveList(head, "person.list");
    Person *head = loadList("person.list");
    printfList(head);
    return 0;
}

/**
 * @brief loadList 从文件加载链表
 * @param name 文件名称
 * @return  加载好的链表头指针
 */
Person *loadList(char *name){
    // 1.打开文件
    FILE *fp = fopen(name, "rb+");
    if(fp == NULL){
        return NULL;
    }
    // 2.创建一个空链表
    Person *head = createEmpty();
    // 3.创建一个节点
    Person *node = (Person *)malloc(sizeof(Person));
    while(fread(node, sizeof(Person), 1, fp) > 0){
        // 3.进行插入
        // 3.1让新节点的下一个节点 等于 头节点的下一个节点
        node->next = head->next;
        // 3.2让头结点的下一个节点 等于 新节点
        head->next = node;

        // 给下一个节点申请空间
        node = (Person *)malloc(sizeof(Person));
    }
    // 释放多余的节点空间
    free(node);
    fclose(fp);
    return head;
}

/**
 * @brief saveList 存储链表到文件
 * @param head 链表头指针
 * @param name 存储的文件名称
 * @return  是否存储成功 -1失败 0成功
 */
int saveList(Person *head, char *name){
    // 1.打开文件
    FILE *fp = fopen(name, "wb+");
    if(fp == NULL){
        return -1;
    }
    // 2.取出头节点的下一个节点
    Person *cur = head->next;
    // 3.将所有有效节点保存到文件中
    while(cur != NULL){
        fwrite(cur, sizeof(Person), 1, fp);
        cur = cur->next;
    }
    fclose(fp);
    return 0;
}
/**
 * @brief printfList 遍历链表
 * @param head 链表的头指针
 */
void printfList(Person *head){
    // 1.取出头节点的下一个节点
    Person *cur = head->next;
    // 2.判断是否为NULL, 如果不为NULL就开始遍历
    while(cur != NULL){
        // 2.1取出当前节点的数据, 打印
        printf("name = %s\n", cur->name);
        printf("age = %i\n", cur->age);
        printf("height = %lf\n", cur->height);
        printf("next = %x\n", cur->next);
        printf("-----------\n");
        // 2.2让当前节点往后移动
        cur = cur->next;
    }
}

/**
 * @brief insertNode 插入新的节点
 * @param head 链表的头指针
 * @param p 需要插入的结构体
 */
void  insertNode(Person *head, char *name, int age, double height){
    // 1.创建一个新的节点
    Person *node = (Person *)malloc(sizeof(Person));
    // 2.将数据保存到新节点中
    node->name = name;
    node->age = age;
    node->height = height;

    // 3.进行插入
    // 3.1让新节点的下一个节点 等于 头节点的下一个节点
    node->next = head->next;
    // 3.2让头结点的下一个节点 等于 新节点
    head->next = node;
}
/**
 * @brief createEmpty 创建一个空链表
 * @return 链表头指针, 创建失败返回NULL
 */
Person *createEmpty(){
    // 1.定义头指针
    Person *head = NULL;
    // 2.创建一个空节点, 并且赋值给头指针
    head = (Person *)malloc(sizeof(Person));
    if(head == NULL){
        return head;
    }
    head->next = NULL;
    // 3.返回头指针
    return head;
}

其它文件操作函数

ftell 函数

函数声明	long ftell ( FILE * stream );
所在文件	stdio.h
函数功能	得到流式文件的当前读写位置,其返回值是当前读写位置偏离文件头部的字节数.
参数及返回解析
参数	FILE * 流文件句柄
返回值	int 成功，返回当前读写位置偏离文件头部的字节数。失败，返回-1

#include <stdio.h>

int main()
{
    char *str = "123456789";
    FILE *fp = fopen("test.txt", "w+");
    long cp = ftell(fp);
    printf("cp = %li\n", cp); // 0
    // 写入一个字节
    fputc(str[0], fp);
    cp = ftell(fp);
    printf("cp = %li\n", cp); // 1
    fclose(fp);
    return 0;
}

rewind 函数

函数声明	void rewind ( FILE * stream );
所在文件	stdio.h
函数功能将文件指针重新指向一个流的开头。
参数及返回解析
参数	FILE * 流文件句柄
返回值	void 无返回值

#include <stdio.h>

int main()
{
    char *str = "123456789";
    FILE *fp = fopen("test.txt", "w+");
    long cp = ftell(fp);
    printf("cp = %li\n", cp); // 0
    // 写入一个字节
    fputc(str[0], fp);
    cp = ftell(fp);
    printf("cp = %li\n", cp); // 1
    // 新指向一个流的开头
    rewind(fp);
    cp = ftell(fp);
    printf("cp = %li\n", cp); // 0
    fclose(fp);
    return 0;
}

fseek 函数

函数声明	int fseek ( FILE * stream, long offset, int where);
所在文件	stdio.h
函数功能	偏移文件指针。
参数及返回解析
参数	FILE * stream 文件句柄
	long offset 偏移量
	int where 偏移起始位置
返回值	int 成功返回 0 ，失败返回-1

常用宏

#define SEEK_CUR 1 当前文字
#define SEEK_END 2 文件结尾
#define SEEK_SET 0 文件开头

#include <stdio.h>

int main()
{
    FILE *fp = fopen("test.txt", "w+");
    fputs("123456789", fp);
    // 将文件指针移动到文件结尾, 并且偏移0个单位
    fseek(fp, 0, SEEK_END);
    int len = ftell(fp); // 计算文件长度
    printf("len = %i\n", len);
    fclose(fp);
    return 0;
}

#include <stdio.h>

int main()
{
    FILE *fp;
   fp = fopen("file.txt","w+");
   fputs("123456789", fp);

   fseek( fp, 7, SEEK_SET );
   fputs("lnj", fp);
   fclose(fp);
    return 0;
}