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文檔簡介

文件輸入/輸出

——C程序與文件交互數(shù)據(jù)的方式11.1文件的基本概念11.2文件的打開與關閉11.3順序讀/寫數(shù)據(jù)文件11.4隨機讀/寫數(shù)據(jù)文件11.5文件讀/寫的出錯檢測實操訓練課外練習

11.1文件的基本概念

程序文件與數(shù)據(jù)文件有何異同?程序文件通過什么方式與數(shù)據(jù)文件交互?文件是指存儲在外部介質上數(shù)據(jù)的集合。文件有不同的類型。在程序設計中,主要用到程序文件和數(shù)據(jù)文件。程序文件包括源程序文件(后綴為.c)、目標文件(后綴為.obj)、可執(zhí)行文件(后綴為.exe)等。這種文件的內(nèi)容都是程序代碼。

數(shù)據(jù)文件的內(nèi)容是供程序運行時讀/寫的數(shù)據(jù)。

每個文件都有一個唯一的文件標識符,便于識別和使用。文件標識包括3個部分,即文件路徑、主文件名和擴展名(也稱為后綴)。例如:D:\User\progame\file1.dat文件路徑主文件名文件擴展名

文件路徑表示文件的存儲位置。文件名包括主文件名和文件擴展名。主文件名是文件的主要標識符號,由用戶命名,擴展名(后綴)用來表示文件的性質,一般不超過3個字符,一般采用一些約定的符號。例如dat(數(shù)據(jù)文件)、txt(文本文件)、c(C語言源程序)、cpp(C++語言源程序)、exe(可執(zhí)行文件)等。

11.1.1數(shù)據(jù)文件的概念

前面各章中,程序中數(shù)據(jù)的輸入和輸出都以終端為對象。鍵盤是常用的輸入終端,顯示器是常用的輸出終端。程序中的數(shù)據(jù)不僅可以來自終端,也可以先建立數(shù)據(jù)文件,從文件中讀取;處理的結果數(shù)據(jù)不僅可以在終端上顯示,也可以文件形式存放到磁盤文件中,供以后使用。如果文件中存放的都是數(shù)據(jù),就稱為“數(shù)據(jù)文件”。

數(shù)據(jù)在文件中的存儲形式是:字符以ASCII碼形式存儲,即一個字符占一個字節(jié);數(shù)值型數(shù)據(jù)可以按數(shù)字的ASCII碼形式存儲,即一位數(shù)字的ASCII碼占一個字節(jié),也可以按二進制數(shù)存儲。如果一個文件都以字符的ASCII碼形式存儲數(shù)據(jù),則稱之為文本文件;如果一個文件都以二進制形式存儲數(shù)據(jù),則稱之為二進制文件。文本文件(ASCII碼)中,一個數(shù)據(jù)的每一位數(shù)字的ASCII碼占一個字節(jié),調(diào)入內(nèi)存時需轉換成二進制數(shù),存入文件時又要轉換成ASCII碼,占用內(nèi)存空間大,而且有轉換時間,但可直接向外設輸出。二進制文件中數(shù)據(jù)的存儲形式與內(nèi)存存儲數(shù)據(jù)的形式一致,占用空間小,從文件輸入或向文件輸出時不需要轉換,但向外設輸出時需要轉換成ASCII碼。

11.1.2文件緩沖區(qū)

所謂文件緩沖區(qū),是系統(tǒng)與磁盤文件傳輸數(shù)據(jù)時在內(nèi)存中開辟的一個暫存區(qū)域。向磁盤文件輸出數(shù)據(jù)時,必須先送到緩沖區(qū),裝滿緩沖區(qū)后,才送到磁盤文件中。從磁盤讀入數(shù)據(jù)時,則從磁盤文件輸入數(shù)據(jù)裝滿緩沖區(qū),然后從緩沖區(qū)將數(shù)據(jù)逐個地送到程序數(shù)據(jù)區(qū)(給程序變量),如圖11.1所示。緩沖區(qū)的大小由各個具體的C編譯系統(tǒng)確定。圖11.1系統(tǒng)與磁盤文件傳輸數(shù)據(jù)示意圖

11.1.3文件類型指針

程序中對文件的各種操作是通過文件指針進行的。每個文件被使用時,系統(tǒng)在內(nèi)存中開辟一個“文件信息描述區(qū)”,用來存放文件的有關信息(如文件名、文件狀態(tài)、文件使用方式、文件當前位置、文件緩沖區(qū)所剩余的字節(jié)數(shù)等)。該信息描述區(qū)是用一個結構體變量來實現(xiàn)的,其類型由系統(tǒng)定義,取名為FILE。例如,一種C編譯系統(tǒng)的stdio.h中有以下的文件類型結構體定義:

不同的C編譯系統(tǒng)的FILE類型包含的內(nèi)容不盡相同,但都大同小異。用戶可以在程序中使用該類型來定義文件指針變量,通過指針變量來引用文件信息。例如:

FILE*fp1;

定義fp1為一個指向FILE類型的指針變量。fp1指向某一個文件的文件信息區(qū)(一個結構體變量),通過該文件信息區(qū)中的信息能夠訪問該文件。如果程序中使用n個文件,一般應定義n個指針變量。

11.2文件的打開與關閉

怎樣為讀/寫打開或關閉一個數(shù)據(jù)文件?對文件操作之前必須打開文件,操作結束后又要關閉文件。打開文件的目的是建立磁盤文件與文件指針的關系,為磁盤文件在內(nèi)存中建立緩沖區(qū)。關閉文件的目的是防止文件中數(shù)據(jù)丟失,釋放文件緩沖區(qū)。C語言提供了文件的打開與關閉的標準函數(shù)。

11.2.1打開文件

使用標準函數(shù)fopen來打開一個文件,函數(shù)調(diào)用的一般形式為

fopen("文件名","文件使用方式");

函數(shù)的功能:把指定的文件按使用方式打開,系統(tǒng)自動給該文件建立信息描述區(qū),把文件信息區(qū)的起始地址作為返回值。通常是將返回地址賦給一個指向文件的指針變量。如果打開文件不成功,則返回值為0。

使用文件的方式有多種,見表11.1。

例如:

FILE*fp;

fp=fopen("file.txt","r");

為讀文件而打開文本文件file.txt,文件打開成功則將該文件的指針賦給fp。

11.2.2文件的關閉

使用標準函數(shù)fclose來關閉一個已經(jīng)打開的文件,函數(shù)調(diào)用的一般形式為

fclose(文件指針);

函數(shù)的功能:解除文件指針與文件的聯(lián)系,釋放緩沖區(qū)。如果文件關閉成功則返回值為0,否則返回EOF(-1)。

11.3順序讀/寫數(shù)據(jù)文件

怎樣讀/寫一個數(shù)據(jù)文件?打開文件后,就可以進行讀/寫操作了。順序讀/寫數(shù)據(jù)文件就是按文件中數(shù)據(jù)的順序進行讀/寫。讀數(shù)據(jù)時,從文件頭開始一個接一個讀取;寫數(shù)據(jù)時,把數(shù)據(jù)追加在當前數(shù)據(jù)的后面。C語言提供了不同的讀/寫數(shù)據(jù)文件的方式。

11.3.1字符方式讀/寫文件

字符方式讀/寫文件是一次從文件中讀/寫一個字符??赏ㄟ^文件的字符輸入/輸出函數(shù)調(diào)用來實現(xiàn)字符讀/寫操作。

1.讀入字符函數(shù)fgetc

該函數(shù)調(diào)用的一般形式為

fgetc(fp);

fp是指向要輸入數(shù)據(jù)文件的指針變量。其功能是從fp所指向的文件中讀取一個字符,返回字符值;如果讀取失敗,則返回文件結束標志EOF(-1)。

2.寫入字符函數(shù)fputc

該函數(shù)調(diào)用的一般形式為

fputc(ch,fp);

其中,ch是要寫入文件的字符,可以是字符常量、字符變量或字符表達式等;fp是要寫入文件的指針變量。其功能是將字符寫入fp所指向的文件,寫入成功則返回值是輸出的字符,寫入失敗則返回EOF(-1)。

例11.1從鍵盤輸入一行字符,寫入file1.dat文件中。

編程思路:用fgetc函數(shù)從鍵盤逐個輸入字符,再用fputc函數(shù)寫到磁盤文件中。

分析:運行程序后,在當前目錄下可查找到“file1.dat”,打開文件可看到內(nèi)容是輸入的字符串。if語句中使用“fopen("file1.dat","w")”函數(shù)調(diào)用,先建立一個新文件,將指針賦給文件指針變量fp。在循環(huán)中將輸入的一個字符寫入fp所指向的文件中。

例11.2將一個磁盤文件中的內(nèi)容復制到另一個磁盤文件中?,F(xiàn)將例11.1建立的文件file1.dat復制到文件file2.dat中。

編程思路:從file1.dat中逐個字符讀出,再寫入到file2.dat中。

分析:f_in=fopen("file1.dat","r")是打開已存在的文件,使f_in指向file1.dat。fopen("file2.dat","w")是打開不存在的文件,則建立新文件,將返回建立的文件地址賦給f_out。在while循環(huán)中的表達式測試文件是否到達結尾,未到結尾,從file1.dat讀取f_in指向的字符,寫入file2.dat中f_out指向的位置,同時輸出當前讀/寫的字符。運行程序后,在當前目錄下可查找到“file1.dat”和“file2.dat”,打開文件可看到兩個文件內(nèi)容相同。

11.3.2字符串方式讀/寫文件

字符串方式讀/寫文件是一次從文件中讀/寫一個字符序列??赏ㄟ^文件的字符串輸入/輸出函數(shù)調(diào)用來實現(xiàn)字符串的讀/寫操作。

1.讀取字符串函數(shù)fgets

該函數(shù)調(diào)用的一般形式為

fgets(str,n,fp);

其中,str是數(shù)組名(數(shù)組指針);n是字符串長度(包含結束符);fp是要讀文件的指針變量。

函數(shù)功能:從fp所指向文件中讀取n-1個字符串,并在最后加一個字符串結束符“\0”,存入字符數(shù)組str中。讀取成功,返回數(shù)組指針str,失敗則返回NULL。

2.寫入字符串函數(shù)fputs

該函數(shù)調(diào)用的一般形式為

fputs(str,fp);

其中,str是數(shù)組名(數(shù)組指針);fp是要寫入文件的指針變量。

函數(shù)功能:將str中的字符串寫入fp所指向的文件中。寫入成功返回0,寫入失敗則返回非0。

例11.3從鍵盤輸入多個字符串,對它們按字母大小的順序排序,然后把排好序的字符串存到文件中。

編程思路:

(1)從鍵盤輸入多個字符串并存入一個二維數(shù)組中;

(2)對字符數(shù)組中的n個字符串按字母順序排序,仍存在原字符數(shù)組中;

(3)將字符數(shù)組中的字符串輸出到文件中。

分析:

(1)用單重循環(huán)實現(xiàn)3個字符串的輸入,分別存入二維數(shù)組中的3個行一維數(shù)組中。

(2)利用雙重循環(huán)實現(xiàn)3個字符串的比較和交換,將排好序的串,按序存入3個行一維數(shù)組中。

(3)用fputs函數(shù)調(diào)用,將排好序的3個行一維數(shù)組中的字符串寫入文件。向文件中寫入數(shù)據(jù)時,只寫入字符串的有效字符,不包括字符串結束標志,所以“fputs(str[i],fp);”存串之后用“fputs("\n",fp);”將串結束標志加存在串后。

11.3.3用格式化方式讀/寫文件

C語言系統(tǒng)提供了與終端格式化輸入/輸出函數(shù)scanf、printf相仿的文件格式化輸入/輸出函數(shù)fscanf、fprintf。這兩個函數(shù)調(diào)用的一般形式為

fprintf(文件指針,格式字符,輸出列表);

fscanf(文件指針,格式字符,輸入列表);

其中,“格式字符”“輸入列表”“輸出列表”都同scanf、printf函數(shù)。例如:

fprintf(fp,"%d,%6.2f",i,f);

語句把整型i和實型變量f的值按%d、%6.2f的格式輸出到fp指向的文件中。

fscanf(fp,"%d,%f",&i,&f);

語句從fp所指文件中讀取一個整型數(shù)據(jù)賦給變量i,讀取一個實型數(shù)據(jù)賦給變量f。

用格式化讀/寫函數(shù)fscanf、fprintf對磁盤文件進行讀/寫,比較直觀,容易理解,但因輸入時要將ASCII碼轉換成二進制形式,再保存在變量中,輸出時又要將二進制形式轉換成ASCII碼,所以花費的時間較多。因此,在內(nèi)存與磁盤交換數(shù)據(jù)頻繁的情況下,最好不用fscanf、fprintf函數(shù),而用下面介紹的fread、fwrite函數(shù)進行二進制的讀/寫。

11.3.4用二進制方式向文件讀/寫一組數(shù)據(jù)

C語言提供的fread和fwrite函數(shù)能實現(xiàn)一次輸入/輸出一個數(shù)據(jù)塊,以二進制形式進行讀/寫。

這兩個函數(shù)調(diào)用的一般形式為

fread(buffer,size,n,fp);

fwrite(buffer,size,n,fp);

參數(shù)說明:

“buffer”表示緩沖區(qū)地址。對fread,表示從文件中讀出數(shù)據(jù)存放在內(nèi)存緩沖區(qū)首地址;對fwrite,表示向文件輸出數(shù)據(jù)的內(nèi)存緩沖區(qū)首地址。

“size”表示要讀/寫的數(shù)據(jù)的存儲長度(字節(jié)數(shù))。

“n”表示要讀/寫數(shù)據(jù)的個數(shù)。

“fp”表示要讀/寫的文件指針。

fread的功能是從fp所指向的文件中讀取n個數(shù)據(jù)(每個數(shù)據(jù)有size個字節(jié)),存到buffer為首地址的存儲區(qū)中。如果讀數(shù)據(jù)成功,返回輸入數(shù)據(jù)的個數(shù)n。如遇文件結束或出錯則返回值0。

fwrite的功能是把buffer為首地址的n個數(shù)據(jù)(每個數(shù)據(jù)有size個字節(jié))寫到fp所指向的文件中。如果寫數(shù)據(jù)成功,返回輸出數(shù)據(jù)的個數(shù)n。

例11.4從鍵盤輸入3個學生的相關數(shù)據(jù),存到一個文件中,再從文件中讀取數(shù)據(jù),輸出到屏幕上。

編程思路:定義有3個元素的結構體數(shù)組,用來存放3個學生的數(shù)據(jù)。在主函數(shù)中輸入3個學生的數(shù)據(jù)。用save函數(shù)實現(xiàn)向磁盤文件輸出學生數(shù)據(jù)。在主函數(shù)中從磁盤文件讀取學生數(shù)據(jù)輸出到屏幕上。

分析:

(1)在main()函數(shù)中輸入3個學生數(shù)據(jù),存入結構體數(shù)組stud1中。調(diào)用save函數(shù)將stud1中的數(shù)據(jù)輸出到“stu.dat”文件中。fwrite將一個結構體數(shù)據(jù)送到“stu.dat”文件中。結構體長度用“sizeof(structstudent)”測試得到,得到的測試值為36(數(shù)據(jù)長度=4+10+4+15=33,但按字節(jié)的整數(shù)倍存儲)。

(2)在save函數(shù)中的“fopen("stu.dat","wb")”是按二進制寫方式打開文件,此時文件不存在,建立一個新文件。在main函數(shù)中的“fopen("stu.dat","rb")”是為了讀而打開二進制文件。fread函數(shù)從“stu.dat”文件中讀取一個結構體數(shù)據(jù)(一個學生數(shù)據(jù))存入結構體數(shù)組stud2中,采用數(shù)組元素和結構體成員的輸出方式輸出到屏幕上。

(3)只要修改宏定義中常數(shù)3,可實現(xiàn)任意多學生數(shù)據(jù)的輸入、存儲和輸出。

11.4隨機讀/寫數(shù)據(jù)文件

怎樣按用戶需要讀/寫數(shù)據(jù)文件中任一數(shù)據(jù)?順序讀/寫數(shù)據(jù)文件是按數(shù)據(jù)在文件中的存儲順序進行讀/寫。隨機讀/寫數(shù)據(jù)文件,是讀/寫文件中任一位置的數(shù)據(jù)。

為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)文件的讀/寫控制,系統(tǒng)給文件內(nèi)部設置了一個位置指針。位置指針總是指向當前要讀/寫數(shù)據(jù)的位置。順序讀/寫方式中,位置指針是由系統(tǒng)控制的。讀/寫總是從文件開頭進行,每讀/寫一個數(shù)據(jù),指針就后移一個數(shù)據(jù)位置,指向下一個數(shù)據(jù)位置,一直到文件尾部,指針又重返文件開頭。隨機讀/寫就是把位置指針控制在需要的位置上進行讀/寫的方式。隨機讀/寫文件的關鍵是控制文件位置指針,也就是指針定位。C語言提供了文件位置指針定位的函數(shù),利用這些函數(shù),就可方便地實現(xiàn)隨機讀/寫文件。

11.4.1位置指針定位函數(shù)

C語言提供了文件定位、測試和移動函數(shù)。

1.設置文件位置指針到文件開頭函數(shù)rewind

該函數(shù)調(diào)用的一般形式為

rewind(fp);

其中,參數(shù)fp是文件類型指針。

函數(shù)功能:將fp所指向文件中的位置指針置于文件的開頭位置,并清除文件結束標志和出錯標志。函數(shù)無返回值。

2.檢測文件是否結束函數(shù)feof

該函數(shù)調(diào)用的一般形式為

feof(fp);

函數(shù)功能:檢測是否到fp所指向文件的結束位置,檢測到文件結束,返回非0值,否則返回0。

3.檢測文件位置指針的當前位置ftell

該函數(shù)調(diào)用的一般形式為

ftell(fp);

函數(shù)功能:檢測fp所指向文件的當前讀/寫位置,返回一長整型數(shù),表示當前讀/寫位置距文件開頭的偏移量。偏移量是指當前讀/寫位置距離文件開頭的字節(jié)數(shù)。

4.設置文件位置指針函數(shù)fseek

該函數(shù)調(diào)用的一般形式為

fseek(fp,offset,base);

其中,offset表示偏移量;base表示改變位置指針的相對基準位置,參數(shù)的取值見表11.2。

函數(shù)功能:fp所指向文件的位置指針移到以“base”所給出的位置為基準、以“offset”為偏移量的位置。移動成功返回當前位置,否則返回-1。

注意:文件位置指針的取值是距離文件開頭的字節(jié)數(shù),即偏移量。知道了偏移量也就確定了讀/寫位置。這與文件指針是截然不同的兩個概念,不能混淆。

11.4.2隨機讀/寫文件

利用文件位置指針定位函數(shù)就可以根據(jù)需要定位讀/寫位置,實現(xiàn)隨機讀/寫文件中的數(shù)據(jù)。下面通過例子來說明文件位置指針定位函數(shù)的使用及程序設計。

例11.5在磁盤文件中存有10個學生的數(shù)據(jù),要求讀取第1、3、5、7、9個學生數(shù)據(jù)并在屏幕上顯示。

編程思路:

(1)利用例11.4程序建立10個學生數(shù)據(jù)文件;

(2)按“二進制只讀”方式打開學生數(shù)據(jù)文件,準備從文件中讀取數(shù)據(jù);

(3)將文件位置指針指向文件開頭,讀取第1個學生數(shù)據(jù),輸出到屏幕上;

(4)分別使文件位置指針指向第3、5、7、9個學生數(shù)據(jù)區(qū)的開始位置,讀取一個學生數(shù)據(jù),并輸出到屏幕上。

分析:本例是在例11.4程序建立的學生數(shù)據(jù)文件的基礎上,用“fopen("stu.dat","rb")”打開文件,即以“二進制只讀”方式打開文件;采用步長為2的循環(huán)和“i*sizeof(structstudent)”確定讀/寫位置偏移量,使位置指針指向第1、3、5、7、9個學生數(shù)據(jù);把學生數(shù)據(jù)讀入到結構體數(shù)組中,然后再按結構體數(shù)組元素輸出。

11.5文件讀/寫的出錯檢測

怎樣檢測和處理數(shù)據(jù)文件讀/寫中的出錯信息?文件讀/寫是和磁盤打交道,常會出現(xiàn)因磁盤的問題導致操作失敗。因此需要檢測功能,及時識別問題所在,以便調(diào)整操作或排除故障。文件讀/寫函數(shù)具有出錯檢測功能,通過返回值來識別。C語言系統(tǒng)還提供了專門的錯誤檢測函數(shù)和出錯標志清除函數(shù)。

1.錯誤檢測函數(shù)ferror

該函數(shù)調(diào)用的一般形式為

ferror(fp);

函數(shù)功能:檢測fp所指向的磁盤文件是否可正常讀/寫,如果不能正常讀/寫,返回一個非0值;能正常讀寫,返回值0。

執(zhí)行fopen函數(shù)調(diào)用時,ferror函數(shù)的初始值自動為0。應注意,對同一文件每次調(diào)用輸入/輸出函數(shù),都會產(chǎn)生一個新的ferror函數(shù)值,因此,在調(diào)用一個輸入/輸出函數(shù)后,應立即檢查ferror函數(shù)值,否則信息會丟失。

2.出錯標志清除函數(shù)clearerr

一旦文件出錯一次,出錯標志就一直保留,使后續(xù)的輸入/輸出無法正常進行。因此,應及時清除出錯標志。該函數(shù)調(diào)用的一般形式為

clearerr(fp);

函數(shù)功能:將fp所指向的文件出錯標志置為0。

實操訓練

實訓任務十一學習程序與數(shù)據(jù)文件交互的程序設計方法實訓項目1建立學生班級成績表數(shù)據(jù)文件,成績表式樣如表11.3所示,實現(xiàn)以下功能:

(1)從鍵盤輸入學生數(shù)據(jù),存入學生結構體數(shù)組中。

(2)求每個學生的平均成績,存到學生結構體平均分字段中。

(3)建立數(shù)據(jù)文件,存儲學生成績表數(shù)據(jù)。

(4)輸出數(shù)據(jù)文件的學生成績表。

輸入/輸出界面可參照圖11.2所示。圖11.2實訓項目1界面式樣

實訓指導

1.設計程序

(1)根據(jù)學生成績表式樣定義結構體類型及數(shù)組,同時定義文件指針,將其定義為全局數(shù)據(jù)對象。

(2)從鍵盤輸入學生成績表數(shù)據(jù),存入結構體數(shù)組中,可用一個函數(shù)來實現(xiàn)。函數(shù)形參設置為結構體數(shù)組,循環(huán)一次輸入一條學生記錄,在循環(huán)中嵌套內(nèi)循環(huán),依次實現(xiàn)每門課成績輸入。輸入的數(shù)據(jù)存入學生結構體對應字段中。

(3)計算每個學生的平均成績,可用一個函數(shù)來實現(xiàn)。函數(shù)形參設置為結構體數(shù)組,用雙重循環(huán)依次實現(xiàn)每個學生各科目成績求和,并計算出平均成績,存入學生結構體的平均分字段中。

(4)創(chuàng)建學生成績表數(shù)據(jù)文件,可用一個函數(shù)來實現(xiàn)。函數(shù)形參設置為文件指針(file*x),循環(huán)一次把一條學生記錄(結構體數(shù)組的一個元素)寫入指針所指向的文件中。

(5)輸出數(shù)據(jù)文件中學生成績表數(shù)據(jù),可用兩個函數(shù)來實現(xiàn)。先設計結構體數(shù)組的一個元素(一條學生記錄)輸出的函數(shù),形參設置為結構體變量,依次按成員順序輸出,其中學生成績是數(shù)組,需用內(nèi)循環(huán)依次按科目輸出。再設計數(shù)據(jù)文件中的結構體數(shù)組(全部學生記錄)輸出的函數(shù),函數(shù)形參設置為文件指針(file*x),用循環(huán)實現(xiàn)從文件讀取一條學生記錄,賦給結構體數(shù)組元素,調(diào)用結構體的一個元素的輸出函數(shù)。

(6)在主函數(shù)中定義指針,并指向學生結構體數(shù)組,依次調(diào)用輸入、求平均值、建立數(shù)據(jù)文件、輸出數(shù)據(jù)文件數(shù)據(jù)的函數(shù)。調(diào)用函數(shù)前應正確設置實參。調(diào)用輸入和求平均值函數(shù)時,實參是學生結構體指針;調(diào)用建立數(shù)據(jù)文件函數(shù)和輸出數(shù)據(jù)文件數(shù)據(jù)函數(shù)前,應打開文件,文件指針作實參。

2.調(diào)試運行程序

(1)從鍵盤輸入班級學生成績表數(shù)據(jù),檢測結果是否正確。

(2)在源文件目錄下,查看所建立的學生數(shù)據(jù)文件。

溫馨提示

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