Работа с файлами. Хрестоматия по программированию на Си в Unix
Работа с файлами.
Файлы представляют собой области памяти на внешнем носителе (как правило магнитном диске), предназначенные для:
- хранения данных, превосходящих по объему память компьютера (меньше, разумеется, тоже можно);
- долговременного хранения информации (она сохраняется при выключении машины).
В UNIX и в MS DOS файлы не имеют предопределенной структуры и представляют собой просто линейные массивы байт. Если вы хотите задать некоторую структуру хранимой информации - вы должны позаботиться об этом в своей программе сами.
Файлы отличаются от обычных массивов тем, что
- они могут изменять свой размер;
- обращение к элементам этих массивов производится не при помощи операции индексации [], а при помощи специальных системных вызовов и функций;
- доступ к элементам файла происходит в так называемой "позиции чтения/записи", которая автоматически продвигается при операциях чтения/записи, т.е. файл просматривается последовательно. Есть, правда, функции для произвольного изменения этой позиции.
Файлы имеют имена и организованы в иерархическую древовидную структуру из каталогов и простых файлов. Об этом и о системе именования файлов прочитайте в документации по UNIX.
Для работы с каким-либо файлом наша программа должна открыть этот файл - установить связь между именем файла и некоторой переменной в программе. При открытии файла в ядре операционной системы выделяется "связующая" структура file "открытый файл", содержащая:
f_offset: указатель позиции чтения/записи, который в дальнейшем мы будем обозначать как
RWptr. Это long-число, равное расстоянию в байтах от начала файла до позиции чтения/записи;
f_flag: режимы открытия файла: чтение, запись, чтение и запись, некоторые дополнительные флаги;
f_inode: расположение файла на диске (в UNIX - в виде ссылки на I-узел файла);
и кое-что еще.
У каждого процесса имеется таблица открытых им файлов - это массив ссылок на упомянутые "связующие" структуры. При открытии файла в этой таблице ищется
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 строчно-организованными 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
Что будет выдано на экран в результате выполнения программы?
#include <stdio.h>
main(){ printf( "Hello, " ); printf( "sunny " ); write( 1, "world", 5 ); }
Ответ: очень хочется ответить, что будет напечатано "Hello, sunny world", поскольку printf выводит в канал stdout, связанный с дескриптором 1, а дескриптор 1 связан поумолчанию с терминалом. Увы, эта догадка верна лишь отчасти! Будет напечатано "worldHello, sunny ". Это происходит потому, что вывод при помощи функции printf
буферизован, а при помощи сисвызова write - нет. printf помещает строку сначала в буфер канала stdout, затем write выдает свое сообщение непосредственно на экран, затем по окончании программы буфер выталкивается на экран.
Чтобы получить правильный эффект, следует перед write() написать вызов явного выталкивания буфера канала stdout:
fflush( stdout );
Еще одно возможное решение - отмена буферизации канала stdout: перед первым printf
можно написать
setbuf(stdout, NULL);
Имейте в виду, что канал вывода сообщений об ошибках stderr не буферизован исходно, поэтому выдаваемые в него сообщения печатаются немедленно.
Мораль: надо быть очень осторожным при смешанном использовании буферизованного и небуферизованного обмена.
Некоторые каналы буферизуются так, что буфер выталкивается не только при заполнении, но и при поступлении символа '\n' ("построчная буферизация"). Канал stdout
именно таков:
printf("Hello\n");
печатается сразу (т.к. printf выводит в stdout и есть '\n'). Включить такой режим буферизации можно так:
setlinebuf(fp); или в других версиях setvbuf(fp, NULL, _IOLBF, BUFSIZ);
Учтите, что любое изменение способа буферизации должно быть сделано ДО первого обращения к каналу!
Напишите программу, выдающую три звуковых сигнала. Гудок на терминале вызывается выдачей символа '\7' ('\a' по стандарту ANSI). Чтобы гудки звучали раздельно, надо делать паузу после каждого из них. (Учтите, что вывод при помощи printf() и putchar() буферизован, поэтому после выдачи каждого гудка (в буфер) надо вызывать функцию fflush() для сброса буфера).
Ответ:
0 ## ------------ 1---##---------------->| f_flag | 2 ## | f_count=3 | 3---##---------------->| f_inode---------* ... ## *-------------->| f_offset | | процесс1 | ------!------ | | ! V 0 ## | struct file ! struct inode
1 ## | ------------- ! ------------- 2---##-* | f_flag | ! | i_count=2 | 3---##--->| f_count=1 | ! | i_addr[]----* ... ## | f_inode----------!-->| ... | | адреса процесс2 | f_offset | ! ------------- | блоков -------!----- *=========* | файла ! ! V 0 ! указатели R/W ! i_size-1 @@@@@@@@@@@!@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@!@@@@@@ файл на диске
/* открыть файл */ int fd = open(char имя_файла[], int как_открыть); ... /* какие-то операции с файлом */ close(fd); /* закрыть */
Параметр как_открыть:
#include <fcntl.h>
O_RDONLY - только для чтения. O_WRONLY - только для записи. O_RDWR - для чтения и записи. O_APPEND - иногда используется вместе с открытием для записи, "добавление" в файл: O_WRONLY|O_APPEND, O_RDWR|O_APPEND
Если файл еще не существовал, то его нельзя открыть: open вернет значение (-1),
struct file *u_ofile[NOFILE];
ссылка на I-узел текущего каталога
struct inode *u_cdir;
а также ссылка на часть паспорта в таблице процессов
struct proc *u_procp;
сигнализирующее об ошибке. В этом случае файл надо создать:
int fd = creat(char имя_файла[], int коды_доступа);
Дескриптор fd будет открыт для записи в этот новый пустой файл. Если же файл уже существовал, creat опустошает его, т.е. уничтожает его прежнее содержимое и делает его длину равной 0L байт. Коды_доступа задают права пользователей на доступ к файлу. Это число задает битовую шкалу из 9и бит, соответствующих строке
биты: 876 543 210 rwx rwx rwx
r - можно читать файл w - можно записывать в файл x - можно выполнять программу из этого файла
Первая группа - эта права владельца файла, вторая - членов его группы, третяя - всех прочих. Эти коды для владельца файла имеют еще и мнемонические имена (используемые в вызове stat):
#include <sys/stat.h> /* Там определено: */ #define S_IREAD 0400 #define S_IWRITE 0200 #define S_IEXEC 0100
Подробности - в руководствах по системе UNIX. Отметим в частности, что open() может вернуть код ошибки fd < 0 не только в случае, когда файл не существует (errno==ENOENT), но и в случае, когда вам не разрешен соответствующий доступ к этому файлу (errno==EACCES; про переменную кода ошибки errno см. в главе "Взаимодействие с UNIX").
Вызов creat - это просто разновидность вызова open в форме
fd = open( имя_файла, O_WRONLY|O_TRUNC|O_CREAT, коды_доступа);
O_TRUNC
означает, что если файл уже существует, то он должен быть опустошен при открытии. Коды доступа и владелец не изменяются. O_CREAT
означает, что файл должен быть создан, если его не было (без этого флага файл не создастся, а open вернет fd < 0). Этот флаг требует задания третьего аргумента коды_доступа. Если файл уже существует - этот флаг не имеет никакого эффекта, но зато вступает в действие O_TRUNC.
Существует также флаг O_EXCL
который может использоваться совместно с O_CREAT. Он делает следующее: если файл уже существует, open вернет код ошибки (errno==EEXIST). Если файл не
*** - Заметим, что на самом деле коды доступа у нового файла будут равны di_mode = (коды_доступа & ~u_cmask) | IFREG; (для каталога вместо IFREG будет IFDIR), где маска u_cmask задается системным вызовом umask(u_cmask); (вызов выдает прежнее значение маски) и в дальнейшем наследуется всеми потомками данного процесса (она хранится в u-area процесса). Эта маска позволяет запретить доступ к определенным операциям для всех создаваемых нами файлов, несмотря на явно заданные коды доступа, например umask(0077); /* ???------ */ делает значащими только первые 3 бита кодов доступа (для владельца файла). Остальные биты будут равны нулю.
Все это относится и к созданию каталогов вызовом mkdir. существовал - срабатывает O_CREAT и файл создается. Это позволяет предохранить уже существующие файлы от уничтожения.
Файл удаляется при помощи
int unlink(char имя_файла[]);
У каждой программы по умолчанию открыты три первых дескриптора, обычно связанные
0 - с клавиатурой (для чтения) 1 - с дисплеем (выдача результатов) 2 - с дисплеем (выдача сообщений об ошибках)
Если при вызове close(fd) дескриптор fd не соответствует открытому файлу (не был открыт) - ничего не происходит.
Часто используется такая метафора: если представлять себе файлы как книжки (только чтение) и блокноты (чтение и запись), стоящие на полке, то открытие файла это выбор блокнота по заглавию на его обложке и открытие обложки (на первой странице). Теперь можно читать записи, дописывать, вычеркивать и править записи в середине, листать книжку! Страницы можно сопоставить блокам файла (см. ниже), а "полку" с книжками - каталогу.
Напишите программу, которая копирует содержимое одного файла в другой (новый) файл. При этом используйте системные вызовы чтения и записи read и write. Эти сисвызовы пересылают массивы байт из памяти в файл и наоборот. Но любую переменную можно рассматривать как массив байт, если забыть о структуре данных в переменной!
Читайте и записывайте файлы большими кусками, кратными 512 байтам. Это уменьшит число обращений к диску. Схема:
char buffer[512]; int n; int fd_inp, fd_outp; ... while((n = read (fd_inp, buffer, sizeof buffer)) > 0) write(fd_outp, buffer, n);
Приведем несколько примеров использования write:
char c = 'a'; int i = 13, j = 15; char s[20] = "foobar"; char p[] = "FOOBAR"; struct { int x, y; } a = { 666, 999 }; /* создаем файл с доступом rw-r--r-- */ int fd = creat("aFile", 0644); write(fd, &c, 1); write(fd, &i, sizeof i); write(fd, &j, sizeof(int)); write(fd, s, strlen(s)); write(fd, &a, sizeof a); write(fd, p, sizeof(p) - 1); close(fd);
Обратите внимание на такие моменты:
- При использовании write() и read() надо передавать АДРЕС данного, которое мы хотим записать в файл (места, куда мы хотим прочитать данные из файла).
- Операции read и write возвращают число действительно прочитанных/записанных байт (при записи оно может быть меньше указанного нами, если на диске не хватает места; при чтении - если от позиции чтения до конца файла содержится меньше информации, чем мы затребовали).
- Операции read/write продвигают указатель чтения/записи
RWptr += прочитанное_или_записанное_число_байт;
При открытии файла указатель стоит на начале файла: RWptr=0. При записи файл если надо автоматически увеличивает свой размер. При чтении - если мы достигнем конца файла, то read будет возвращать "прочитано 0 байт" (т.е. при чтении указатель чтения не может стать больше размера файла). - Аргумент сколькоБайт имеет тип unsigned, а не просто int:
int n = read (int fd, char *адрес, unsigned сколькоБайт); int n = write(int fd, char *адрес, unsigned сколькоБайт);
Приведем упрощенные схемы логики этих сисвызовов, когда они работают с обычным дисковым файлом (в UNIX устройства тоже выглядят для программ как файлы, но иногда с особыми свойствами):
m = write(fd, addr, n);
если( ФАЙЛ[fd] не открыт на запись) то вернуть (-1); если(n == 0) то вернуть 0; если( ФАЙЛ[fd] открыт на запись с флагом O_APPEND ) то RWptr = длина_файла; /* т.е. встать на конец файла */ если( RWptr > длина_файла ) то заполнить нулями байты файла в интервале ФАЙЛ[fd][ длина_файла..RWptr-1 ] = '\0'; скопировать байты из памяти процесса в файл ФАЙЛ[fd][ RWptr..RWptr+n-1 ] = addr[ 0..n-1 ]; отводя на диске новые блоки, если надо RWptr += n; если( RWptr > длина_файла ) то длина_файла = RWptr; вернуть n;
m = read(fd, addr, n);
если( ФАЙЛ[fd] не открыт на чтение) то вернуть (-1); если( RWptr >= длина_файла ) то вернуть 0; m = MIN( n, длина_файла - RWptr ); скопировать байты из файла в память процесса addr[ 0..m-1 ] = ФАЙЛ[fd][ RWptr..RWptr+m-1 ]; RWptr += m; вернуть m;
Найдите ошибки в фрагменте программы:
#define STDOUT 1 /* дескриптор стандартного вывода */ int i; static char s[20] = "hi\n"; char c = '\n'; struct a{ int x,y; char ss[5]; } po; scanf( "%d%d%d%s%s", i, po.x, po.y, s, po.ss); write( STDOUT, s, strlen(s)); write( STDOUT, c, 1 ); /* записать 1 байт */
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!
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).
Напишите функцию rename() для переименования файла. Указание: используйте системные вызовы link() и unlink(). Ответ:
rename( from, to ) char *from, /* старое имя */ *to; /* новое имя */ { unlink( to ); /* удалить файл to */ if( link( from, to ) < 0 ) /* связать */ return (-1); unlink( from ); /* стереть старое имя */ return 0; /* OK */ }
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.
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:
/* Эта программа компилируется в start */ /* и вызывается вместо a.out */ #include <stdio.h>
main(){ unlink("zz.out"); link("/dev/tty", "zz.out"); if( !fork()){ execl("a.out", NULL); } else wait(NULL); unlink("zz.out"); }
(про fork, exec, wait смотри в главе про UNIX).
Еще один пример: программа a.out желает запустить программу /usr/bin/vi (смотри про функцию system() сноску через несколько страниц):
main(){ ... system("/usr/bin/vi xx.c"); ... }
На вашей же машине редактор vi помещен в /usr/local/bin/vi. Тогда вы просто создаете альтернативное имя этому редактору:
$ ln /usr/local/bin/vi /usr/bin/vi
Помните, что альтернативное имя файлу можно создать лишь в той же файловой системе, где содержится исходное имя. В семействе BSD это ограничение можно обойти, создав "символьную ссылку" вызовом
symlink(link_to_filename,link_file_name_to_be_created);
Символьная ссылка - это файл, содержащий имя другого файла (или каталога). Система не производит автоматический подсчет числа таких ссылок, поэтому возможны "висячие" ссылки - указывающие на уже удаленный файл. Прочесть содержимое файла-ссылки можно системным вызовом
char linkbuf[ MAXPATHLEN + 1]; /* куда поместить ответ */ int len = readlink(pathname, linkbuf, sizeof linkbuf); linkbuf[len] = '\0';
Системный вызов stat автоматически разыменовывает символьные ссылки и выдает информацию про указуемый файл. Системный вызов lstat (аналог stat за исключением названия) выдает информацию про саму ссылку (тип файла S_IFLNK). Коды доступа к ссылке не имеют никакого значения для системы, существенны только коды доступа самого указуемого файла.
Еще раз: символьные ссылки удобны для указания файлов и каталогов на другом диске. Пусть у вас не помещается на диск каталог /opt/wawa. Вы можете разместить каталог wawa на диске USR: /usr/wawa. После чего создать символьную ссылку из /opt:
ln -s /usr/wawa /opt/wawa
чтобы программы видели этот каталог под его прежним именем /opt/wawa.
Еще раз:
hard link
- то, что создается системным вызовом link, имеет тот же I-node (индексный узел, паспорт), что и исходный файл. Это просто альтернативное имя файла, учитываемое в поле di_nlink в I-node. symbolic link
- создается вызовом symlink. Это отдельный самостоятельный файл, с собственным I-node. Правда, коды доступа к этому файлу не играют никакой роли; значимы только коды доступа указуемого файла.
Здесь len - длина строки. Если бы мы выбросили оператор, помеченный '@', то printf
печатал бы текст через строку, поскольку выдавал бы код '\n' дважды - из строки buffer и из формата "%s\n".
Если в файле больше нет строк (файл дочитан до конца), то функции gets и fgets
возвращают значение NULL. Обратите внимание, что NULL, а не EOF. Пока файл не дочитан, эти функции возвращают свой первый аргумент - адрес буфера, в который была записана очередная строка файла.
Фрагмент для обрубания символа перевода строки может выглядеть еще так:
#include <stdio.h>
#include <string.h>
char buffer[512]; FILE *fp = ... ; ... while(fgets(buffer, sizeof buffer, fp) != NULL){ char *sptr; if(sptr = strchr(buffer, '\n')) *sptr = '\0'; printf("%s\n", buffer); }
В чем отличие puts(s); и fputs(s,fp); ?
Ответ: puts выдает строку s в канал stdout. При этом puts выдает сначала строку s, а затем - дополнительно - символ перевода строки '\n'. Функция же fputs символ перевода строки не добавляет. Упрощенно:
fputs(s, fp) char *s; FILE *fp; { while(*s) putc(*s++, fp); } puts(s) char *s; { fputs(s, stdout); putchar('\n'); }
Найдите ошибки в программе:
#include <stdio.h>
main() { int fp; int i; char str[20]; fp = fopen("файл"); fgets(stdin, str, sizeof str); for( i = 0; i < 40; i++ ); fputs(fp, "Текст, выводимый в файл:%s",str ); fclose("файл"); }
Мораль: надо быть внимательнее к формату вызова и смыслу библиотечных функций.
* Это не та "связующая" структура file в ядре, про которую шла речь выше, а ЕЩЕ одна - в памяти самой программы.
** 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).
***** Управляющие символы имеют следующие значения:
© Copyright А. Богатырев, 1992-95
Си в UNIX
| |
Способ 1: register i; for(i=0; i<3; i++){ putchar( '\7' ); fflush(stdout); sleep(1); /* пауза 1 сек. */ }
Способ 2: register i; for(i=0; i<3; i++){ write(1, "\7", 1 ); sleep(1); }
Почему задержка не ощущается?
printf( "Пауза..."); sleep ( 5 ); /* ждем 5 сек. */ printf( "продолжаем\n" );
Ответ: из-за буферизации канала stdout. Первая фраза попадает в буфер и, если он не заполнился, не выдается на экран. Дальше программа "молчаливо" ждет 5 секунд. Обе фразы будут выданы уже после задержки! Чтобы первый printf() выдал свою фразу ДО задержки, следует перед функцией sleep() вставить вызов fflush(stdout) для явного выталкивания буфера. Замечание: канал stderr не буферизован, поэтому проблему можно решить и так:
fprintf( stderr, "Пауза..." );
Еще один пример про буферизацию. Почему программа печатает EOF?
#include <stdio.h>
FILE *fwr, *frd; char b[40], *s; int n = 1917; main(){ fwr = fopen( "aFile", "w" ); frd = fopen( "aFile", "r" ); fprintf( fwr, "%d: Hello, dude!", n); s = fgets( b, sizeof b, frd ); printf( "%s\n", s ? s : "EOF" ); }
Ответ: потому что к моменту чтения буфер канала fwr еще не вытолкнут в файл: файл пуст! Надо вставить
fflush(fwr);
после fprintf(). Вот еще подобный случай:
FILE *fp = fopen("users", "w"); ... fprintf(fp, ...); ... system("sort users | uniq > 00; mv 00 users");
К моменту вызова команды сортировки буфер канала fp (точнее, последний из накопленных за время работы буферов) может быть еще не вытолкнут в файл. Следует либо закрыть файл fclose(fp) непосредственно перед вызовом system, либо вставить туда же fflush(fp);
В UNIX многие внешние устройства (практически все!) с точки зрения программ являются просто файлами. Файлы-устройства имеют имена, но не занимают места на диске (не имеют блоков). Зато им соответствуют специальные программы-драйверы в ядре. При открытии такого файла-устройства мы на самом деле инициализируем драйвер этого устройства, и в дальнейшем он выполняет наши запросы read, write, lseek аппаратнозависимым образом. Для операций, специфичных для данного устройства, предусмотрен сисвызов ioctl (input/output control):
ioctl(fd, РОД_РАБОТЫ, аргумент);
где аргумент часто бывает адресом структуры, содержащей пакет аргументов, а РОД_РАБОТЫ - одно из целых чисел, специфичных для данного устройства (для каждого устр-ва есть свой собственный список допустимых операций). Обычно РОД_РАБОТЫ имеет некоторое мнемоническое обозначение.
В качестве примера приведем операцию TCGETA, применимую только к терминалам и узнающую текущие моды драйвера терминала (см. главу "Экранные библиотеки"). То, что эта операция неприменима к другим устройствам и к обычным файлам (не устройствам), позволяет нам использовать ее для проверки - является ли открытый файл терминалом (или клавиатурой):
#include <termio.h>
int isatty(fd){ struct termio tt; return ioctl(fd, TCGETA, &tt) < 0 ? 0 : 1; } main(){ printf("%s\n", isatty(0 /* STDIN */)? "term":"no"); }
Функция isatty является стандартной функцией.
Есть "псевдоустройства", которые представляют собой драйверы логических устройств, не связанных напрямую с аппаратурой, либо связанных лишь косвенно. Примером такого устройства является псевдотерминал (см. пример в приложении). Наиболее употребительны два псевдоустройства:
/dev/null
Это устройство, представляющее собой "черную дыру". Чтение из него немедленно выдает признак конца файла: read(...)==0; а записываемая в него информация нигде не сохраняется (пропадает). Этот файл используется, например, в том случае, когда мы хотим проигнорировать вывод какой-либо программы (сообщения об ошибках, трассировку), нигде его не сохраняя. Тогда мы просто перенаправляем ее вывод в /dev/null:
$ a.out > /dev/null &
Еще один пример использования:
$ cp /dev/hd00 /dev/null
Содержимое всего винчестера копируется "в никуда". При этом, если на диске есть сбойные блоки - система выдает на консоль сообщения об ошибках чтения. Так мы можем быстро выяснить, есть ли на диске плохие блоки. /dev/tty
Открытие файла с таким именем в действительности открывает для нас управляющий терминал, на котором запущена данная программа; даже если ее ввод и вывод были перенаправлены в какие-то другие файлы. Поэтому, если мы хотим выдать сообщение, которое должно появиться именно на экране, мы должны поступать так:
#include <stdio.h>
void message(char *s){ FILE *fptty = fopen("/dev/tty", "w"); fprintf(fptty, "%s\n", s); fclose (fptty); } main(){ message("Tear down the wall!"); }
Это устройство доступно и для записи (на экран) и для чтения (с клавиатуры).
Файлы устройств нечувствительны к флагу открытия
O_TRUNC - он не имеет для них смысла и просто игнорируется. Поэтому невозможно случайно уничтожить файл-устройство (к примеру /dev/tty) вызовом
fd=creat("/dev/tty", 0644);
Файлы-устройства создаются вызовом mknod, а уничтожаются обычным unlink-ом. Более подробно про это - в главе "Взаимодействие с UNIX".
Эмуляция основ библиотеки STDIO, по мотивам 4.2 BSD.
#include <fcntl.h>
#define BUFSIZ 512 /* стандартный размер буфера */ #define _NFILE 20 #define EOF (-1) /* признак конца файла */ #define NULL ((char *) 0) #define IOREAD 0x0001 /* для чтения */ #define IOWRT 0x0002 /* для записи */ #define IORW 0x0004 /* для чтения и записи */ #define IONBF 0x0008 /* не буферизован */ #define IOTTY 0x0010 /* вывод на терминал */ #define IOALLOC 0x0020 /* выделен буфер malloc-ом */ #define IOEOF 0x0040 /* достигнут конец файла */ #define IOERR 0x0080 /* ошибка чтения/записи */ extern char *ttyname(); char *tname = ttyname(fd);
Она выдаст строку, подобную "/dev/tty01". Если fd не связан с терминалом - она вернет
extern char *malloc(); extern long lseek(); typedef unsigned char uchar; uchar sibuf[BUFSIZ], sobuf[BUFSIZ]; typedef struct _iobuf { int cnt; /* счетчик */ uchar *ptr, *base; /* указатель в буфер и на его начало */ int bufsiz, flag, file; /* размер буфера, флаги, дескриптор */ } FILE; FILE iob[_NFILE] = { { 0, NULL, NULL, 0, IOREAD, 0 }, { 0, NULL, NULL, 0, IOWRT|IOTTY, 1 }, { 0, NULL, NULL, 0, IOWRT|IONBF, 2 }, }; #define stdin (&iob[0]) #define stdout (&iob[1]) #define stderr (&iob[2]) #define putchar(c) putc((c), stdout) #define getchar() getc(stdin) #define fileno(fp) ((fp)->file) #define feof(fp) (((fp)->flag & IOEOF) != 0) #define ferror(fp) (((fp)->flag & IOERR) != 0) #define clearerr(fp) ((void) ((fp)->flag &= ~(IOERR | IOEOF))) #define getc(fp) (--(fp)->cnt < 0 ? \ filbuf(fp) : (int) *(fp)->ptr++) #define putc(x, fp) (--(fp)->cnt < 0 ? \ flsbuf((uchar) (x), (fp)) : \ (int) (*(fp)->ptr++ = (uchar) (x))) int fputc(int c, FILE *fp){ return putc(c, fp); } int fgetc( FILE *fp){ return getc(fp); } /* Открытие файла */ FILE *fopen(char *name, char *how){ register FILE *fp; register i, rw; for(fp = iob, i=0; i < _NFILE; i++, fp++) if(fp->flag == 0) goto found; return NULL; /* нет свободного слота */ found: rw = how[1] == '+'; if(*how == 'r'){ if((fp->file = open(name, rw ? O_RDWR:O_RDONLY)) < 0) return NULL; fp->flag = IOREAD; } else { if((fp->file = open(name, (rw ? O_RDWR:O_WRONLY)| O_CREAT | (*how == 'a' ? O_APPEND : O_TRUNC), 0666 )) < 0) return NULL; fp->flag = IOWRT; } if(rw) fp->flag = IORW; fp->bufsiz = fp->cnt = 0; fp->base = fp->ptr = NULL; return fp; } /* Принудительный сброс буфера */ void fflush(FILE *fp){ uchar *base; int full= 0; if((fp->flag & (IONBF|IOWRT)) == IOWRT && (base = fp->base) != NULL && (full=fp->ptr - base) > 0){ fp->ptr = base; fp->cnt = fp->bufsiz; if(write(fileno(fp), base, full) != full) fp->flag |= IOERR; } } /* Закрытие файла */ void fclose(FILE *fp){ if((fp->flag & (IOREAD|IOWRT|IORW)) == 0 ) return; fflush(fp); close(fileno(fp)); if(fp->flag & IOALLOC) free(fp->base); fp->base = fp->ptr = NULL; fp->cnt = fp->bufsiz = fp->flag = 0; fp->file = (-1); } /* Закрытие файлов при exit()-е */ void _cleanup(){ register i; for(i=0; i < _NFILE; i++) fclose(iob + i); } /* Завершить текущий процесс */ void exit(uchar code){ _cleanup(); _exit(code); /* Собственно системный вызов */ } /* Прочесть очередной буфер из файла */ int filbuf(FILE *fp){ static uchar smallbuf[_NFILE]; if(fp->flag & IORW){ if(fp->flag & IOWRT){ fflush(fp); fp->flag &= ~IOWRT; } fp->flag |= IOREAD; /* операция чтения */ } if((fp->flag & IOREAD) == 0 feof(fp)) return EOF; while( fp->base == NULL ) /* отвести буфер */ if( fp->flag & IONBF ){ /* небуферизованный */ fp->base = &smallbuf[fileno(fp)]; fp->bufsiz = sizeof(uchar); } else if( fp == stdin ){ /* статический буфер */ fp->base = sibuf; fp->bufsiz = sizeof(sibuf); } else if((fp->base = malloc(fp->bufsiz = BUFSIZ)) == NULL) fp->flag |= IONBF; /* не будем буферизовать */ else fp->flag |= IOALLOC; /* буфер выделен */ if( fp == stdin && (stdout->flag & IOTTY)) fflush(stdout); fp->ptr = fp->base; /* сбросить на начало буфера */ if((fp->cnt = read(fileno(fp), fp->base, fp->bufsiz)) == 0 ){ fp->flag |= IOEOF; if(fp->flag & IORW) fp->flag &= ~IOREAD; return EOF; } else if( fp->cnt < 0 ){ fp->flag |= IOERR; fp->cnt = 0; return EOF; } return getc(fp); } /* Вытолкнуть очередной буфер в файл */ int flsbuf(int c, FILE *fp){ uchar *base; int full, cret = c; if( fp->flag & IORW ){ fp->flag &= ~(IOEOF|IOREAD); fp->flag |= IOWRT; /* операция записи */ } if((fp->flag & IOWRT) == 0) return EOF; tryAgain: if(fp->flag & IONBF){ /* не буферизован */ if(write(fileno(fp), &c, 1) != 1) { fp->flag |= IOERR; cret=EOF; } fp->cnt = 0; } else { /* канал буферизован */ if((base = fp->base) == NULL){ /* буфера еще нет */ if(fp == stdout){ if(isatty(fileno(stdout))) fp->flag |= IOTTY; else fp->flag &= ~IOTTY; fp->base = fp->ptr = sobuf; /* статический буфер */ fp->bufsiz = sizeof(sobuf); goto tryAgain; } if((base = fp->base = malloc(fp->bufsiz = BUFSIZ))== NULL){ fp->bufsiz = 0; fp->flag |= IONBF; goto tryAgain; } else fp->flag |= IOALLOC; } else if ((full = fp->ptr - base) > 0) if(write(fileno(fp), fp->ptr = base, full) != full) { fp->flag |= IOERR; cret = EOF; } fp->cnt = fp->bufsiz - 1; *base++ = c; fp->ptr = base; } return cret; } /* Вернуть символ в буфер */ int ungetc(int c, FILE *fp){ if(c == EOF fp->flag & IONBF fp->base == NULL) return EOF; if((fp->flag & IOREAD)==0 fp->ptr <= fp->base) if(fp->ptr == fp->base && fp->cnt == 0) fp->ptr++; else return EOF; fp->cnt++; return(* --fp->ptr = c); } /* Изменить размер буфера */ void setbuffer(FILE *fp, uchar *buf, int size){ fflush(fp); if(fp->base && (fp->flag & IOALLOC)) free(fp->base); fp->flag &= ~(IOALLOC|IONBF); if((fp->base = fp->ptr = buf) == NULL){ fp->flag |= IONBF; fp->bufsiz = 0; } else fp->bufsiz = size; fp->cnt = 0; } /* "Перемотать" файл в начало */ void rewind(FILE *fp){ fflush(fp); lseek(fileno(fp), 0L, 0); fp->cnt = 0; fp->ptr = fp->base; clearerr(fp); if(fp->flag & IORW) fp->flag &= ~(IOREAD|IOWRT); } /* Позиционирование указателя чтения/записи */ #ifdef COMMENT base ptr случай IOREAD | |<----cnt---->| 0L |б у |ф е р | |=======######@@@@@@@@@@@@@@======== файл file | |<-p->|<-dl-->| |<----pos---->| | | |<----offset(new)-->| | |<----RWptr---------------->| где pos = RWptr - cnt; // указатель с поправкой offset = pos + p = RWptr - cnt + p = lseek(file,0L,1) - cnt + p отсюда: (для SEEK_SET) p = offset+cnt-lseek(file,0L,1); или (для SEEK_CUR) dl = RWptr - offset = p - cnt lseek(file, dl, 1); Условие, что указатель можно сдвинуть просто в буфере: if( cnt > 0 && p <= cnt && base <= ptr + p ){ ptr += p; cnt -= p; } #endif /*COMMENT*/ int fseek(FILE *fp, long offset, int whence){ register resync, c; long p = (-1); clearerr(fp); if( fp->flag & (IOWRT|IORW)){ fflush(fp); if(fp->flag & IORW){ fp->cnt = 0; fp->ptr = fp->base; fp->flag &= ~IOWRT; } p = lseek(fileno(fp), offset, whence); } else if( fp->flag & IOREAD ){ if(whence < 2 && fp->base && !(fp->flag & IONBF)){ c = fp->cnt; p = offset; if(whence == 0) /* SEEK_SET */ p += c - lseek(fileno(fp), 0L, 1); else offset -= c; if(!(fp->flag & IORW) && c > 0 && p <= c && p >= fp->base - fp->ptr ){ fp->ptr += (int) p; fp->cnt -= (int) p; return 0; /* done */ } resync = offset & 01; } else resync = 0; if(fp->flag & IORW){ fp->ptr = fp->base; fp->flag &= ~IOREAD; resync = 0; } p = lseek(fileno(fp), offset-resync, whence); fp->cnt = 0; /* вынудить filbuf(); */ if(resync) getc(fp); } return (p== -1 ? -1 : 0); } /* Узнать текущую позицию указателя */ long ftell(FILE *fp){ long tres; register adjust; if(fp->cnt < 0) fp->cnt = 0; if(fp->flag & IOREAD) adjust = -(fp->cnt); else if(fp->flag & (IOWRT|IORW)){ adjust = 0; if(fp->flag & IOWRT && fp->base && !(fp->flag & IONBF)) /* буферизован */ adjust = fp->ptr - fp->base; } else return (-1L); if((tres = lseek(fileno(fp), 0L, 1)) < 0) return tres; return (tres + adjust); }
* Заметим еще, что если дескриптор fd связан с терминалом, то можно узнать полное имя этого устройства вызовом стандартной функции
** Ссылка на управляющий терминал процесса хранится в u-area каждого процесса: u_ttyp, u_ttyd, поэтому ядро в состоянии определить какой настоящий терминал следует открыть для вас. Если разные процессы открывают /dev/tty, они могут открыть в итоге разные терминалы, т.е. одно имя приводит к разным устройствам! Смотри главу про UNIX.
© Copyright А. Богатырев, 1992-95
Си в UNIX
| |
