音量 (Volume) - CS50x 2026

WAV 文件波形图

待解决的问题

WAV 文件 是一种常见的音频表示格式。WAV 文件将音频存储为一系列“采样”（samples）：即代表特定时间点音频信号值的数字。WAV 文件以 44 字节的“文件头”（header）开头，其中包含有关文件本身的信息，包括文件大小、每秒采样数以及每个采样的大小。在文件头之后，WAV 文件包含一系列采样，每个采样是一个 2 字节（16 位）的整数，代表特定时间点的音频信号。

按给定因子缩放每个采样值具有改变音频音量的效果。例如，将每个采样值乘以 2.0 将使原始音频的音量翻倍。同时，将每个采样乘以 0.5 将使音量减半。

在名为 volume 的文件夹中一个名为 volume.c 的文件中，编写一个程序来修改音频文件的音量。

演示

发行代码

对于这个问题，你将扩展 CS50 工作人员提供给你的代码的功能。

下载发行代码

登录 cs50.dev，点击终端窗口，然后执行 cd 命令。你应该会发现终端窗口的提示符如下所示：

$

接下来执行

wget https://cdn.cs50.net/2026/x/psets/4/volume.zip

以便将名为 volume.zip 的 ZIP 文件下载到你的 codespace 中。

然后执行

unzip volume.zip

来创建一个名为 volume 的文件夹。你不再需要该 ZIP 文件，因此可以执行

rm volume.zip

并在提示符处输入 “y” 后按回车键，以删除你下载的 ZIP 文件。

现在输入

cd volume

然后按回车键进入（即打开）该目录。你的提示符现在应该如下所示。

volume/ $

如果一切顺利，你应该执行

ls

并看到一个名为 volume.c 的文件。执行 code volume.c 应该会打开该文件，你将在其中输入此问题集的代码。如果没有，请重新检查你的步骤，看看是否能确定哪里出了问题！

实现细节

完成 volume.c 的实现，使其按给定的因子改变音频文件的音量。

  • 该程序应接受三个命令行参数。第一个是 input，代表原始音频文件的名称。第二个是 output，代表应生成的正新音频文件的名称。第三个是 factor，是原始音频文件音量缩放的倍数。

    • 例如，如果 factor 是 2.0，那么你的程序应该将 input 中音频文件的音量翻倍，并将新生成的音频文件保存在 output 中。

  • 你的程序应首先从输入文件中读取文件头，并将文件头写入输出文件。

  • 你的程序随后应从 WAV 文件中读取剩余的数据，每次读取一个 16 位（2 字节）的采样。你的程序应将每个采样乘以 factor，并将新采样写入输出文件。

    • 你可以假设 WAV 文件将使用 16 位有符号值作为采样。实际上，WAV 文件可以具有不同位数的采样，但在此问题中我们假设采样为 16 位。

  • 如果你的程序使用了 malloc，则不得泄露任何内存。

提示

理解 volume.c 中的代码

首先注意 volume.c 已经设置为接受三个命令行参数：input、output 和 factor。

  • main 函数接受一个 int 类型的 argc 和一个 char * 数组（字符串！） argv。
  • 如果命令行参数的数量（包括程序本身）argc 不等于 4，程序将打印其正确用法并以状态代码 1 退出。
int main(int argc, char *argv[])
{
    // Check command-line arguments
    if (argc != 4)
    {
        printf("Usage: ./volume input.wav output.wav factor\n");
        return 1;
    }

    // ...
}

接下来，volume.c 使用 fopen 打开作为命令行参数提供的两个文件。

  • 最佳实践是检查调用 fopen 的结果是否为 NULL。如果是，则表示未找到该文件或无法打开该文件。
// Open files and determine scaling factor
FILE *input = fopen(argv[1], "r");
if (input == NULL)
{
    printf("Could not open file.\n");
    return 1;
}

FILE *output = fopen(argv[2], "w");
if (output == NULL)
{
    printf("Could not open file.\n");
    return 1;
}

稍后，这些文件将通过 fclose 关闭。每当你调用 fopen 时，稍后都应该调用 fclose！

// Close files
fclose(input);
fclose(output);

不过，在关闭文件之前，请注意我们有几个 TODO。

// TODO: Copy header from input file to output file

// TODO: Read samples from input file and write updated data to output file

你很可能需要知道缩放音量的因子，这就是为什么 volume.c 已经为你将第三个命令行参数转换为 float 的原因！

float factor = atof(argv[3]);

从输入文件复制 WAV 文件头到输出文件

你的第一个 TODO 是从 input 复制 WAV 文件头并将其写入 output。不过，首先你需要了解一些特殊的数据类型。

到目前为止，我们已经在 C 中看到了许多不同的类型，包括 int、bool、char、double、float 和 long。然而，在名为 stdint.h 的头文件中声明了许多 其他 类型，这些类型允许我们非常精确地定义整数的大小（以位为单位）和符号（有符号或无符号）。在处理 WAV 文件时，有两种类型对我们特别有用：

  • uint8_t 是一种存储 8 位（因此是 8！）无符号（即非负）整数（因此是 uint！）的类型。我们可以将 WAV 文件头的每个字节视为 uint8_t 值。
  • int16_t 是一种存储 16 位有符号（即正数或负数）整数的类型。我们可以将 WAV 文件中的每个音频采样视为 int16_t 值。

你可能想要创建一个字节数组来存储从输入文件中读取的 WAV 文件头数据。使用 uint8_t 类型来表示一个字节，你可以使用如下语法为你的文件头创建一个包含 n 个字节的数组：

uint8_t header[n];

将 n 替换为字节数。然后，你可以将 header 作为参数传递给 fread 或 fwrite，以便读取到文件头或从文件头写入。

回想一下，WAV 文件的文件头始终恰好是 44 字节长。请注意，volume.c 已经为你定义了一个名为 HEADER_SIZE 的变量，它等于文件头中的字节数。

下面是一个相当大的提示，但这就是你完成此 TODO 的方法！

// Copy header from input file to output file
uint8_t header[HEADER_SIZE];
fread(header, HEADER_SIZE, 1, input);
fwrite(header, HEADER_SIZE, 1, output);

将更新后的数据写入输出文件

你的下一个 TODO 是从 input 读取采样，更新这些采样，并将更新后的采样写入 output。读取文件时，通常会创建一个“缓冲区”（buffer）来临时存储数据。在那里，你可以修改数据，一旦准备就绪，就可以将缓冲区的数据写入新文件。

回想一下，我们可以使用 int16_t 类型来表示 WAV 文件的采样。那么，要存储一个音频采样，你可以使用如下语法创建一个缓冲区变量：

// Create a buffer for a single sample
int16_t buffer;

有了采样缓冲区后，你现在可以一次读取一个采样的数据。尝试使用 fread 来完成此任务！你可以使用 &buffer（buffer 的地址）作为 fread 或 fwrite 的参数，以便读取到缓冲区或从缓冲区写入。（回想一下，& 运算符用于获取变量的地址。）

// Create a buffer for a single sample
int16_t buffer;

// Read single sample into buffer
fread(&buffer, sizeof(int16_t), 1, input);

现在，要增加（或减少）采样的音量，你只需将其乘以某个因子即可。

// Create a buffer for a single sample
int16_t buffer;

// Read single sample into buffer
fread(&buffer, sizeof(int16_t), 1, input);

// Update volume of sample
buffer *= factor;

最后，你可以将该更新后的采样写入 output：

// Create a buffer for a single sample
int16_t buffer;

// Read single sample from input into buffer
fread(&buffer, sizeof(int16_t), 1, input);

// Update volume of sample
buffer *= factor;

// Write updated sample to new file
fwrite(&buffer, sizeof(int16_t), 1, output);

只是有一个问题：你需要 继续 将采样读取到缓冲区、更新其音量并将更新后的采样写入输出文件，直到没有剩余采样可读。

  • 幸运的是，根据其文档，fread 将返回成功读取的数据项数量。你可能会发现，在检查是否已到达文件末尾时，这很有用！

  • 请记住，没有理由不能在 while 循环的条件语句中调用 fread。例如，你可以像下面这样调用 fread：

    while (fread(...))
{

}

这是一个很大的提示，但请参阅下文以了解解决此问题的有效方法：

// Create a buffer for a single sample
int16_t buffer;

// Read single sample from input into buffer while there are samples left to read
while (fread(&buffer, sizeof(int16_t), 1, input) != 0)
{
    // Update volume of sample
    buffer *= factor;

    // Write updated sample to new file
    fwrite(&buffer, sizeof(int16_t), 1, output);
}

因为你使用的 C 版本将非零值视为 true，将零值视为 false，所以你可以将上述语法简化如下：

// Create a buffer for a single sample
int16_t buffer;

// Read single sample from input into buffer while there are samples left to read
while (fread(&buffer, sizeof(int16_t), 1, input))
{
    // Update volume of sample
    buffer *= factor;

    // Write updated sample to new file
    fwrite(&buffer, sizeof(int16_t), 1, output);
}

视频演示

不确定如何解决？

如何测试

你的程序的行为应如下例所示。

$ ./volume input.wav output.wav 2.0

当你听 output.wav 时（例如通过在文件浏览器中按住 Control 键并点击 output.wav，选择 Download，然后在电脑上的音频播放器中打开该文件），它的音量应该是 input.wav 的两倍！

$ ./volume input.wav output.wav 0.5

当你听 output.wav 时，它的音量应该是 input.wav 的一半！

正确性

check50 cs50/problems/2026/x/volume

风格

style50 volume.c

如何提交

在你的终端中执行以下命令以提交你的作品，并根据提示回答问题。

submit50 cs50/problems/2026/x/volume