详解C语言读取文件求某一列的平均值

第一部分：比较读取文件的效率

在之前的文章《生信（五）awk求取某一列的平均值》中，笔者曾经给出过c语言求取某列平均值的代码，但是最近回顾时发现，这段代码至少有几点不足：

1. 利用 fgetc 函数来读取文件，现在看来效率不高。

2. 如果文件最后没有一个空白行的话，会陷入无限循环。也就是对 eof 的处理不完善。

大家都知道，c语言读取文件的常用函数有 fgetc、fgets、fread 以及 fscanf 等。笔者曾经一度以为就读取文件的效率而言，fgetc 不亚于其他函数。但是究竟是不是这样，还是自己验证一下让自己信服。

首先随机生成一个文件，1000万行，4列（该文件下面还会用到）。我们看一下上述函数读取文件的效率：

从上图中可以看出，fread 的效率最高，fgetc 的效率最低。当然这种比较很粗浅，但是能大概看出趋势。

各个函数读取文件的代码如下：其中 main 函数是一样的，只是 readfile 函数的实现不同。

    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <time.h>
    #define bufsize 4096
    
    void readfile(file* fp);
    
    int main(int argc, char* argv[]) {
      file *fp;
      time_t start, end;
      start = time(null);
      if (argc < 2) {
        printf("usage: %s <filename>\n", argv[0]);
        return 1;
      }
      if ((fp = fopen(argv[1], "r")) == null) {
        printf("error: cannot open file\n");
        return 1;
      }
      readfile(fp);
      fclose(fp);
      end = time(null);
      printf("time spent: %d seconds\n", end - start);
      return 0;
    }
    // readfile_fgetc:
    void readfile(file* fp) {
      char c;
      while ((c = fgetc(fp)) != eof)
        ;
    }
    // readfile_fgets:
    void readfile(file* fp) {
      char buf[bufsize];
      while (fgets(buf, maxline, fp) != null)
        ;
    }
    // readfile_fread:
    void readfile(file* fp) {
      char buf[bufsize];
      while (fread(buf, 1, bufsize, fp) > 0)
        ;
    }
    // readfile_fscanf:
    void readfile(file* fp) {
      char buf[bufsize];
      while (fscanf(fp, " %[^\n]s", buf) == 1)
        ;
    }

第二部分：比较求取列平均值的效率

那么各个函数计算列平均值的效率如何呢？我们依然使用上面那1000万行的文件，用上述各个函数实现计算第2列平均数的功能，它们的效率如下：

代码如下：main 函数大体上是一样的，只是 colaver 函数的实现不一样。
（这些代码完善地处理了eof，无论文件最后是否有空白行都可以正确运行。但是仍然有前提，就是文件中每一行的分隔符（列数）是一样的，否则代码可能会出错。）
这些代码中，fscanf 的最简短，该函数可以大大提高格式化读取数据的编程效率。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#define bufsize 4096
void getcolaver(file* fp, const int k);
 int main(int argc, char* argv[]) {
   file *fp;
   time_t start, end;
   start = time(null);
   if (argc < 2) {
     printf("usage: %s <filename>\n", argv[0]);
     return 1;
   }
   if ((fp = fopen(argv[1], "r")) == null) {
     printf("error: cannot open file\n");
     return 1;
   }
   getcolaver(fp, 2);
   fclose(fp);
   end = time(null);
   printf("time spent: %d seconds\n", end - start);
   return 0;
 }
 // colaver_fgetc:
 void getcolaver(file* fp, const int k) {
   int i = 0;  // num of '\t'
   int j = 0;  // num of chars
   int c;  // char
   char col[50];
   float sum = 0;
   int n = 0;  // num of lines.
   int incol = 0;
   while ((c = fgetc(fp)) != eof) {
     if (i == k - 1) {
       incol = 1;
       if (c == '\t') i++;
       else if (c == '\n') i = 0;
       else col[j++] = c;
     } else {
       if (c == '\t') i++;
       else if (c == '\n') i = 0;
       if (incol) {
         col[j] = '\0';
         sum += atof(col);
         n++;
       }
       j = 0;
       incol = 0;
     }
   }
   if (incol) {
     col[j] = '\0';
     sum += atof(col);
     n++;
   }
   if (n == 0) printf("error: no line!\n");
   else printf("the average of col %d is %f\n", k, sum / n);
 }
 // colaver_fgets:
 void getcolaver(file* fp, const int k) {
   int i = 0;  // num of '\t'
   int j = 0;  // num of chars
   char col[50];
   char buf[bufsize];
   float sum = 0;
   int n = 0;  // num of lines.
   int incol = 0;
   char* p;
   while (fgets(buf, bufsize, fp) != null) {
     for (p = buf; *p != '\0'; p++) {
       if (i == k - 1) {
         incol = 1;
         if (*p == '\t') i++;
         else if (*p == '\n') i = 0;
         else col[j++] = *p;
       } else {
         if (*p == '\t') i++;
         else if (*p == '\n') i = 0;
         if (incol) {
           col[j] = '\0';
           sum += atof(col);
           n++;
         }
         j = 0;
         incol = 0;
       }
     }
   }
   if (incol) {
     col[j] = '\0';
     sum += atof(col);
     n++;
   }
   if (n == 0) printf("error: no line!\n");
   else printf("the average of col %d is %f\n", k, sum / n);
 }
 // colaver_fread:
 void getcolaver(file* fp, const int k) {
   int i = 0;  // num of '\t'
   int j = 0;  // num of chars
   char col[50];
   char buf[bufsize];
   float sum = 0;
   int n = 0;  // num of lines.
   int m, l;
   int sizechr = sizeof(char);
   int incol = 0;
   while ((l = fread(buf, sizechr, bufsize, fp)) > 0) {
     for (m = 0; m < l; m++) {
       if (i == k - 1) {
         incol = 1;
         if (buf[m] == '\t') i++;
         else if (buf[m] == '\n') i = 0;
         else col[j++] = buf[m];
       } else {
         if (buf[m] == '\t') i++;
         else if (buf[m] == '\n') i = 0;
         if (incol) {
           col[j] = '\0';
           sum += atof(col);
           n++;
         }
         j = 0;
         incol = 0;
       }
     }
   }
   if (incol) {
     col[j] = '\0';
     sum += atof(col);
     n++;
   }
   if (n == 0) printf("error: no line!\n");
   else printf("the average of col %d is %f\n", k, sum / n);
 }
 // colaver_fscanf:
 void getcolaver(file* fp) {
   float f;
   float sum = 0;
   int n = 0;  // num of lines.
   while (fscanf(fp, "%*s%f%*[^\n]s", &f) == 1) {
     sum += f;
     n++;
   }
   if (n == 0) printf("error: no line!\n");
   else printf("the average of col 2 is %f\n", sum / n);
 }

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