Программирование Cи / Богатырев_Язык Си в системе Unix

Ответ: в функции scanf перед аргументом i должна стоять операция "адрес", то есть &i. Аналогично про &po.x и &po.y. Заметим, что s - это массив, т.е. s и так есть адрес, поэтому перед s операция & не нужна; аналогично про po.ss - здесь & не требуется.

В системном вызове write второй аргумент должен быть адресом данного, которое мы хотим записать в файл. Поэтому мы должны были написать &c (во втором вызове write).

Ошибка в scanf - указание значения переменной вместо ее адреса - является довольно распространенной и не может быть обнаружена компилятором (даже при использовании прототипа функции scanf(char *fmt, ...), так как scanf - функция с переменным числом аргументов заранее не определенных типов). Приходится полагаться исключительно на собственную внимательность!

4.4. Как по дескриптору файла узнать, открыт он на чтение, запись, чтение и запись одновременно? Вот два варианта решения:

#include <fcntl.h> #include <stdio.h>

#include <sys/param.h> /* там определено NOFILE */ #include <errno.h>

char *typeOfOpen(fd){ int flags;

if((flags=fcntl (fd, F_GETFL, NULL)) < 0 ) return NULL; /* fd вероятно не открыт */

flags &= O_RDONLY | O_WRONLY | O_RDWR; switch(flags){

case O_RDONLY: return "r"; case O_WRONLY: return "w"; case O_RDWR: return "r+w"; default: return NULL;

}

}

char *type2OfOpen(fd){

extern errno; /* см. главу "системные вызовы" */ int r=1, w=1;

errno = 0; read(fd, NULL, 0); if( errno == EBADF ) r = 0; errno = 0; write(fd, NULL, 0); if( errno == EBADF ) w = 0; return (w && r) ? "r+w" :

w ? "w" :

r? "r" : "closed";

}

main(){

int i; char *s, *p; for(i=0; i < NOFILE; i++ ){

s = typeOfOpen(i); p = type2OfOpen(i); printf("%d:%s %s\n", i, s? s: "closed", p);

}

}

Константа NOFILE означает максимальное число одновременно открытых файлов для одного процесса (это размер таблицы открытых процессом файлов, таблицы дескрипторов). Изучите описание системного вызова fcntl (file control).

А. Богатырёв, 1992-96 - 123 - Си в UNIX™

4.5. Напишите функцию rename() для переименования файла. Указание: используйте системные вызовы link() и unlink(). Ответ:

Вызов

link(существующее_имя, новое_имя);

создает файлу альтернативное имя - в UNIX файл может иметь несколько имен: так каждый каталог имеет какое-то имя в родительском каталоге, а также имя "." в себе самом. Каталог же, содержащий подкаталоги, имеет некоторое имя в своем родительском каталоге, имя "." в себе самом, и по одному имени ".." в каждом из своих подкаталогов.

Этот вызов будет неудачен, если файл новое_имя уже существует; а также если мы попытаемся создать альтернативное имя в другой файловой системе. Вызов

unlink(имя_файла)

удаляет имя файла. Если файл больше не имеет имен - он уничтожается. Здесь есть одна тонкость: рассмотрим фрагмент

int fd;

close(creat("/tmp/xyz", 0644)); /*Создать пустой файл*/ fd = open("/tmp/xyz", O_RDWR);

unlink("/tmp/xyz");

...

close(fd);

Первый оператор создает пустой файл. Затем мы открываем файл и уничтожаем его единственное имя. Но поскольку есть программа, открывшая этот файл, он не удаляется немедленно! Программа далее работает с безымянным файлом при помощи дескриптора fd. Как только файл закрывается - он будет уничтожен системой (как не имеющий имен). Такой трюк используется для создания временных рабочих файлов.

Файл можно удалить из каталога только в том случае, если данный каталог имеет для вас код доступа "запись". Коды доступа самого файла при удалении не играют роли.

В современных версиях UNIX есть системный вызов rename, который делает то же самое, что и написанная нами одноименная функция.

4.6. Существование альтернативных имен у файла позволяет нам решить некоторые проблемы, которые могут возникнуть при использовании чужой программы, от которой нет исходного текста (которую нельзя поправить). Пусть программа выдает некоторую информацию в файл zz.out (и это имя жестко зафиксировано в ней, и не задается через аргументы программы):

/* Эта программа компилируется в a.out */ main(){

int fd = creat("zz.out", 0644); write(fd, "It's me\n", 8);

}

Мы же хотим получить вывод на терминал, а не в файл. Очевидно, мы должны сделать файл zz.out синонимом устройства /dev/tty (см. конец этой главы). Это можно сделать командой ln:

$ rm zz.out ; ln /dev/tty zz.out $ a.out

$ rm zz.out

или программно:

long offset, lseek();

...

/* Узнать текущую позицию чтения/записи:

*сдвиг на 0 от текущей позиции. lseek вернет новую

*позицию указателя (в байтах от начала файла). */

offset = lseek(fd, 0L, 1); /* ftell(fp) */

А для возврата в эту точку:

lseek(fd, offset, 0); /* fseek(fp, offset, 0) */

По поводу lseek надо помнить такие вещи:

• lseek(fd, offset, whence) устанавливает указатель чтения/записи на расстояние offset байт

при whence:

0 от начала файла RWptr = offset;

1 от текущей позиции RWptr += offset;

2от конца файла RWptr = длина_файла + offset;

Эти значения whence можно обозначать именами: #include <stdio.h>

2это SEEK_END

•Установка указателя чтения/записи - это виртуальная операция, т.е. реального подвода магнитных головок и вообще обращения к диску она не вызывает. Реальное движение головок к нужному месту диска произойдет только при операциях чтения/записи read()/write(). Поэтому lseek() - дешевая операция.

•lseek() возвращает новую позицию указателя чтения/записи RWptr относительно начала файла (long смещение в байтах). Помните, что если вы используете это значение, то вы должны предварительно описать lseek как функцию, возвращающую длинное целое: long lseek();

•Аргумент offset должен иметь тип long (не ошибитесь!).

•Если поставить указатель за конец файла (это допустимо!), то операция записи write() сначала заполнит байтом '\0' все пространство от конца файла до позиции указателя; операция read() при попытке чтения из-за конца файла вернет "прочитано 0 байт". Попытка поставить указатель перед началом файла вызовет ошибку.

•Вызов lseek() неприменим к pipe и FIFO-файлам, поэтому попытка сдвинуться на 0 байт выдаст ошибку:

/* это стандартная функция */ int isapipe(int fd){

extern errno;

return (lseek(fd, 0L, SEEK_CUR) < 0 && errno == ESPIPE);

}

выдает "истину", если fd - дескриптор "трубы"(pipe).

4.8. Каков будет эффект следующей программы?

int fd = creat("aFile", 0644); /* creat создает файл открытый на запись, с доступом rw-r--r-- */

write(fd, "begin", 5 ); lseek(fd, 1024L * 1000, 0); write(fd, "end", 3 ); close(fd);

Напомним, что при записи в файл, его длина автоматически увеличивается, когда мы записываем информацию за прежним концом файла. Это вызывает отведение места на диске для хранения новых данных (порциями, называемыми блоками - размером от 1/2 до 8 Кб в разных версиях). Таким образом, размер файла ограничен только наличием свободных блоков на диске.

Внашем примере получится файл длиной 1024003 байта. Будет ли он занимать на диске 1001 блок (по 1 Кб)?

Всистеме UNIX - нет! Вот кое-что про механику выделения блоков:

•Блоки располагаются на диске не обязательно подряд - у каждого файла есть специальным образом организованная таблица адресов его блоков.

•Последний блок файла может быть занят не целиком (если длина файла не кратна размеру блока), тем не менее число блоков у файла всегда целое (кроме семейства BSD, где блок может делиться на фрагменты, принадлежащие разным файлам). Операционная система в каждый момент времени знает длину файла с точностью до одного байта и не позволяет нам "заглядывать" в остаток блока, пока при своем "росте" файл не займет эти байты.

•Блок на диске физически выделяется лишь после операции записи в этот блок.

Внашем примере: при создании файла его размер 0, и ему выделено 0 блоков. При первой записи файлу будет выделен один блок (логический блок номер 0 для файла) и в его начало запишется "begin". Длина файла станет равна 5 (остаток блока - 1019 байт - не используется и файлу логически не принадлежит!). Затем lseek поставит указатель записи далеко за конец файла и write запишет в 1000-ый блок слово

"end". 1000-ый блок будет выделен на диске. В этот момент у файла "возникнут" и все промежуточные блоки 1..999. Однако они будут только "числиться за файлом", но на диске отведены не будут (в таблице

блоков файла это обозначается адресом 0)! При чтении из них будут читаться байты '\0'. Это так называемая "дырка" в файле. Файл имеет размер 1024003 байта, но на диске занимает всего 2 блока (на самом деле чуть больше, т.к. часть таблицы блоков файла тоже находится в специальных блоках файла). Блок из "дырки" станет реальным, если в него что-нибудь записать.

Будьте готовы к тому, что "размер файла" (который, кстати, можно узнать системным вызовом stat) - это в UNIX не то же самое, что "место, занимаемое файлом на диске".

4.9. Найдите ошибки:

Ответ: используется системный вызов open() вместо функции fopen(); а также close вместо fclose, а их форматы (и результат) различаются! Следует четко различать две существующие в Си модели обмена с файлами: через системные вызовы: open, creat, close, read, write, lseek; и через библиотеку буферизованного обмена stdio: fopen, fclose, fread, fwrite, fseek, getchar, putchar, printf, и.т.д. В первой из них обращение к файлу происходит по целому fd - дескриптору файла, а во втором - по указателю FILE *fp - указателю на файл. Это параллельные механизмы (по своим возможностям), хотя второй является просто надстройкой над первым. Тем не менее, лучше их не смешивать.

4.10. Доступ к диску (чтение/запись) гораздо (на несколько порядков) медленнее, чем доступ к данным в оперативной памяти. Кроме того, если мы читаем или записываем файл при помощи системных вызовов маленькими порциями (по 1-10 символов)

char c;

while( read(0, &c, 1)) ... ; /* 0 - стандартный ввод */

то мы проигрываем еще в одном: каждый системный вызов - это обращение к ядру операционной системы. При каждом таком обращении происходит довольно большая дополнительная работа (смотри главу "Взаимодействие с UNIX"). При этом накладные расходы на такое посимвольное чтение файла могут значительно превысить полезную работу.

Еще одной проблемой является то, что системные вызовы работают с файлом как с неструктурированным массивом байт; тогда как человеку часто удобнее представлять, что файл поделен на строки, содержащие читабельный текст, состоящий лишь из обычных печатных символов (текстовый файл).

Для решения этих двух проблем была построена специальная библиотека функций, названная stdio - "стандартная библиотека ввода/вывода" (standard input/output library). Она является частью библиотеки /lib/libc.a и представляет собой надстройку над системными вызовами (т.к. в конце концов все ее функции время от времени обращаются к системе, но гораздо реже, чем если использовать сисвызовы непосредственно). Небезызвестная директива #include <stdio.h> включает в нашу программу файл с объявлением форматов данных и констант, используемых этой библиотекой.

Библиотеку stdio можно назвать библиотекой буферизованного обмена, а также библиотекой работы с текстовыми файлами (т.е. имеющими разделение на строки), поскольку для оптимизации обменов с диском (для уменьшения числа обращений к нему и тем самым сокращения числа системных вызовов) эта библиотека вводит буферизацию, а также предоставляет несколько функций для работы со строчноорганизованными файлами.

Связь с файлом в этой модели обмена осуществляется уже не при помощи целого числа - дескриптора файла (file descriptor), а при помощи адреса "связной" структуры FILE. Указатель на такую структуру условно называют указателем на файл (file pointer)†. Структура FILE содержит в себе:

•дескриптор fd файла для обращения к системным вызовам;

†Это не та "связующая" структура file в ядре, про которую шла речь выше, а ЕЩЕ одна - в памяти самой программы.

•указатель на буфер, размещенный в памяти программы;

•указатель на текущее место в буфере, откуда надо выдать или куда записать очередной символ; этот указатель продвигается при каждом вызове getc или putc;

•счетчик оставшихся в буфере символов (при чтении) или свободного места (при записи);

•режимы открытия файла (чтение/запись/чтение+запись) и текущее состояние файла. Одно из состояний - при чтении файла был достигнут его конец‡;

•способ буферизации;

Предусмотрено несколько стандартных структур FILE, указатели на которые называются stdin, stdout и stderr и связаны с дескрипторами 0, 1, 2 соответственно (стандартный ввод, стандартный вывод, стандартный вывод ошибок). Напомним, что эти каналы открыты неявно (автоматически) и, если не перенаправлены, связаны с вводом с клавиатуры и выводом на терминал.

Буфер в оперативной памяти нашей программы создается (функцией malloc) при открытии файла при помощи функции fopen(). После открытия файла все операции обмена с файлом происходят не по 1 байту, а большими порциями размером с буфер - обычно по 512 байт (константа BUFSIZ).

При чтении символа

int c; FILE *fp = ... ; c = getc(fp);

в буфер считывается read-ом из файла порция информации, и getc выдает ее первый байт. При последующих вызовах getc выдаются следующие байты из буфера, а обращений к диску уже не происходит! Лишь когда буфер будет исчерпан - произойдет очередное чтение с диска. Таким образом, информация читается из файла с опережением, заранее наполняя буфер; а по требованию выдается уже из буфера. Если мы читаем 1024 байта из файла при помощи getc(), то мы 1024 раза вызываем эту функцию, но всего 2 раза системный вызов read - для чтения двух порций информации из файла, каждая - по 512 байт.

При записи

char c; FILE *fp = ... ; putc(c, fp);

выводимые символы накапливаются в буфере. Только когда в нем окажется большая порция информации, она за одно обращение write записывается на диск. Буфер записи "выталкивается" в файл в таких случаях:

•буфер заполнен (содержит BUFSIZ символов).

•при закрытии файла (fclose или exit ††).

•при вызове функции fflush (см. ниже).

•в специальном режиме - после помещения в буфер символа '\n' (см. ниже).

•в некоторых версиях - перед любой операцией чтения из канала stdin (например, при вызове gets), при условии, что stdout буферизован построчно (режим _IOLBF, смотри ниже), что по-умолчанию так и есть.

Приведем упрощенную схему, поясняющую взаимоотношения основных функций и макросов из stdio (кто кого вызывает). Далее s означает строку, c - символ, fp - указатель на структуру FILE ‡‡. Функции, работающие со строками, в цикле вызывают посимвольные операции. Обратите внимание, что в конце концов все функции обращаются к системным вызовам read и write, осуществляющим ввод/вывод низкого уровня.

Системные вызовы далее обозначены жирно, макросы - курсивом.

‡ Проверить это состояние позволяет макрос feof(fp); он истинен, если конец был достигнут, ложен - если еще нет.

†† При выполнении вызова завершения программы exit(); все открытые файлы автоматически закрываются.

‡‡ Обозначения fd для дескрипторов и fp для указателей на файл прижились и их следует придерживаться. Если переменная должна иметь более мнемоничное имя - следует писать так: fp_output, fd_input (а не просто fin, fout).

Открыть файл, создать буфер:

#include <stdio.h>

FILE *fp = fopen(char *name, char *rwmode); | вызывает

V

int fd = open (char *name, int irwmode);

Если открываем на запись и файл не существует (fd < 0), то создать файл вызовом:

fd = creat(char *name, int accessmode); fd будет открыт для записи в файл.

По умолчанию fopen() использует для creat коды доступа accessmode равные 0666 (rw-rw-rw-).

Соответствие аргументов fopen и open:

Для r, r+ файл уже должен существовать, в остальных случаях файл создается, если его не было. Если fopen() не смог открыть (или создать) файл, он возвращает значение NULL:

fp=stdin

Закрыть файл, освободить память выделенную под буфер:

И чуть в стороне - функция позиционирования:

Функции _flsbuf и _filbuf - внутренние для stdio, они как раз сбрасывают буфер в файл либо читают новый буфер из файла.

По указателю fp можно узнать дескриптор файла:

int fd = fileno(fp);

Это макроопределение просто выдает поле из структуры FILE. Обратно, если мы открыли файл open-ом, мы можем ввести буферизацию этого канала:

int fd = open(name, O_RDONLY); /* или creat() */

...

FILE *fp = fdopen(fd, "r");

(здесь надо вновь указать КАК мы открываем файл, что должно соответствовать режиму открытия open-ом). Теперь можно работать с файлом через fp, а не fd.

В приложении имеется текст, содержащий упрощенную реализацию главных функций из библиотеки

stdio.

4.11. Функция ungetc(c,fp) "возвращает" прочитанный байт в файл. На самом деле байт возвращается в буфер, поэтому эта операция неприменима к небуферизованным каналам. Возврат соответствует сдвигу указателя чтения из буфера (который увеличивается при getc()) на 1 позицию назад. Вернуть можно только один символ подряд (т.е. перед следующим ungetc-ом должен быть хоть один getc), поскольку в противном случае можно сдвинуть указатель за начало буфера и, записывая туда символ c, разрушить память программы.

while((c = getchar()) != '+' );

/* Прочли '+' */ ungetc(c ,stdin);

/* А можно заменить этот символ на другой! */ c = getchar(); /* снова прочтет '+' */

4.12. Очень часто делают ошибку в функции fputc, путая порядок ее аргументов. Так ничего не стоит написать:

указатель файла идет вторым! Существует также макроопределение

putc( c, fp );

Оно ведет себя как и функция fputc, но не может быть передано в качестве аргумента в функцию:

#include <stdio.h>

putNtimes( fp, c, n, f ) FILE *fp; int c; int n; int (*f)();

{while( n > 0 ){ (*f)( c, fp ); n--; }}

возможен вызов putNtimes( fp, 'a', 3, fputc );

но недопустимо putNtimes( fp, 'a', 3, putc );

Тем не менее всегда, где возможно, следует пользоваться макросом - он работает быстрее. Аналогично, есть функция fgetc(fp) и макрос getc(fp).

Отметим еще, что putchar и getchar это тоже всего лишь макросы

4.13. Известная вам функция printf также является частью библиотеки stdio. Она входит в семейство функций:

FILE *fp; char bf[256];

Первая из функций форматирует свои аргументы в соответствии с форматом, заданным строкой fmt (она содержит форматы в виде %-ов) и записывает строку-результат посимвольно (вызывая putc) в файл fp. Вторая - это всего-навсего fprintf с каналом fp равным stdout. Третяя выдает сформатированную строку не в файл, а записывает ее в массив bf. В конце строки sprintf добавляет нулевой байт '\0' - признак конца.

Для чтения данных по формату используются функции семейства

fscanf(fp, fmt, /* адреса арг-тов */...); scanf( fmt, ... );

sscanf(bf, fmt, ... );

Функции fprintf и fscanf являются наиболее мощным средством работы с текстовыми файлами (содержащими изображение данных в виде печатных символов).

4.14. Текстовые файлы (имеющие строчную организацию) хранятся на диске как линейные массивы байт. Для разделения строк в них используется символ '\n'. Так, например, текст

стр1

стрк2

кнц

хранится как массив

с т р 1 \n с т р к 2 \n к н ц длина=14 байт

!

указатель чтения/записи (read/write pointer RWptr) (расстояние в байтах от начала файла)

При выводе на экран дисплея символ \n преобразуется драйвером терминалов в последовательность \r\n, которая возвращает курсор в начало строки ('\r') и опускает курсор на строку вниз ('\n'), то есть курсор переходит в начало следующей строки.

В MS DOS строки в файле на диске разделяются двумя символами \r\n и при выводе на экран никаких преобразований не делается†. Зато библиотечные функции языка Си преобразуют эту последовательность при чтении из файла в \n, а при записи в файл превращают \n в \r\n, поскольку в Си считается, что строки разделяются только \n. Для работы с файлом без таких преобразований, его надо открывать как "бинарный":

FILE *fp = fopen( имя, "rb" ); /* b - binary */ int fd = open ( имя, O_RDONLY | O_BINARY );

Все нетекстовые файлы в MS DOS надо открывать именно так, иначе могут произойти разные неприятности. Например, если мы программой копируем нетекстовый файл в текстовом режиме, то одиночный символ \n будет считан в программу как \n, но записан в новый файл как пара \r\n. Поэтому новый файл будет отличаться от оригинала (что для файлов с данными и программ совершенно недопустимо!).

Задание: напишите программу подсчета строк и символов в файле. Указание: надо подсчитать число символов '\n' в файле и учесть, что последняя строка файла может не иметь этого символа на конце. Поэтому если последний символ файла (тот, который вы прочитаете самым последним) не есть '\n', то добавьте к счетчику строк 1.

4.15.Напишите программу подсчета количества вхождений каждого из символов алфавита в файл и печатающую результат в виде таблицы в 4 колонки. (Указание: заведите массив из 256 счетчиков. Для больших файлов счетчики должны быть типа long).

4.16.Почему вводимый при помощи функций getchar() и getc(fp) символ должен описываться типом int а

не char?

Ответ: функция getchar() сообщает о конце файла тем, что возвращает значение EOF (end of file), равное целому числу (-1). Это НЕ символ кодировки ASCII, поскольку getchar() может прочесть из файла любой символ кодировки (кодировка содержит символы с кодами 0...255), а специальный признак не должен совпадать ни с одним из хранимых в файле символов. Поэтому для его хранения требуется больше одного байта (нужен хотя бы еще 1 бит). Проверка на конец файла в программе обычно выглядит так:

† Управляющие символы имеют следующие значения: