Отображение переменных на дескрипторы файлов

 

Стандартные библиотечные функции ввода/вывода и переменные из, такие, как, и, построены поверх основанных на дескрипторах файлов системных вызовах.

Иногда полезно получить непосредственный доступ к дескриптору файла, связанному с указателем файла, если вам нужно сделать что‑либо, не определенное стандартом С ISO. Функция возвращает лежащий в основе дескриптор файла:

 

Пример мы увидим позже, в разделе 4.4.4. «Пример: Unix cat».

 

Закрытие всех открытых файлов

 

Открытые файлы наследуются порожденными процессами от своих родительских процессов. Фактически они являются общими. В частности, общим является положение в файле. Подробности мы оставим для дальнейшего обсуждения в разделе 9.1.1.2 «Разделение дескрипторов файлов».

Поскольку программы могут наследовать другие файлы, иногда вы можете увидеть программы, которые закрывают все свои файлы, чтобы начать с «чистого состояния» В частности, типичен код наподобие этого:

 

 

Предположим, что результат равен 1024. Этот код работает, но он делает (1024‑3)*2 = 2042 системных вызова. из них не нужны, поскольку возвращаемое значение не изменяется. Вот лучший вариант этого кода:

 

Такая оптимизация не ухудшает читаемость кода, но может быть заметна разница, особенно на медленных системах. В общем, стоит поискать случаи, когда в циклах повторно вычисляется один и тот же результат, чтобы посмотреть, нельзя ли вынести вычисление за пределы цикла. Хотя в таких случаях нужно убедиться, что вы (а) сохраняете правильность кода и (б) сохраняете его читаемость!

 

 

Чтение и запись

 

Ввод/вывод осуществляется системными вызовами и соответственно:

 

Каждая функция сделана как можно проще. Аргументами являются дескриптор открытого файла, указатель на буфер для чтения или записи данных и число читаемых или записываемых байтов.

Возвращаемое значение является числом действительно прочитанных или записанных байтов. (Это число может быть меньше запрошенного: при операции чтения это происходит, когда в файле осталось меньше байтов, а при операции записи это случается, когда диск заполнен или произошла еще какая‑нибудь ошибка.) Возвращаемое значение ‑1 означает возникшую ошибку, в этом случае errno указывает эту ошибку. Когда возвращает 0, это означает, что достигнут конец файла.

Теперь мы можем показать оставшуюся часть кода для. Процедура использует 0 для стандартного ввода, если именем файла является «» (строки 50 и 51). В противном случае она открывает данный файл:

 

Буфер (строка 47) имеет размер; эта константа определена В как «оптимальный» размер блока для ввода/вывода. Хотя значение различается в разных системах, код, использующий эту константу, чистый и переносимый.

Основой процедуры является следующий цикл, который повторно читает данные до тех пор, пока не будет достигнут конец файла или не возникнет ошибка.

 

Переменные и (строка 45) имеют тип, «знаковый», который позволяет хранить в них отрицательные значения. Обратите внимание, что число байтов, переданное, является значением, возвращенным (строка 59). Хотя мы хотим читать порциями фиксированного размера в, маловероятно, что размер самого файла кратен. При чтении из файла завершающей, меньшей порции байтов, возвращаемое значение указывает, сколько байтов buffer получили новые данные. В стандартный вывод должны быть скопированы только эти байты, а не весь буфер целиком.

Условие '' в строке 60 является правильным способом проверки на ошибки; если были записаны некоторые, но не все данные, будет больше нуля, но меньше.

В заключение проверяет наличие ошибок чтения (строки 68–72), а затем пытается закрыть файл. В случае (маловероятном) неудачного завершения (строка 75) она выводит сообщение об ошибке. Избежание закрытия стандартного ввода не является абсолютно необходимым в данной программе, но является хорошей привычкой при разработке больших программ, в случае, когда другой код где‑то в другом месте хочет что‑то с ним делать или если порожденная программа будет наследовать его. Последний оператор (строка 82) возвращает 1, если были ошибки, и 0 в противном случае.

 

 

 проверяет на ошибки каждый системный вызов. Хотя это утомительно, зато предоставляет устойчивость (или по крайней мере, ясность): когда что‑то идет не так, выводит сообщение об ошибке, которое специфично настолько, насколько это возможно. В сочетании с и это просто. Вот все с, всего 88 строк кода!

Для подведения итогов вот несколько важных моментов, которые нужно понять относительно ввода/вывода в Unix:

Ввод/вывод не интерпретируется

Системные вызовы ввода/вывода просто перемешают байты. Они не интерпретируют данные; вся интерпретация оставлена программе уровня пользователя. Это делает чтение и запись двоичных структур таким же простым, как чтение и запись строк текста (на самом деле, проще, хотя использование двоичных данных привносит проблемы переносимости).

Ввод/вывод гибок

За один раз вы можете прочесть или записать столько байтов, сколько захотите. Вы можете даже читать или записывать данные по одному байту за раз, хотя для больших объемов данных это обходится дороже, чем использование больших порций.

Ввод/вывод прост

Три уровня возвращаемых значений (отрицательные для ошибок, ноль для конца файла и положительные для счета) делают программирование простым и очевидным.

Ввод/вывод может быть частичным

Как, так и могут переместить меньше байтов, чем запрошено. Код приложения (т.е. ваш код) всегда должен учитывать это.

 

Пример: Unix

 

Как и было обещано, вот версия cat V7[47]. Она начинается с проверки опций, V7 принимает единственную опцию,, для осуществления небуферированного вывода.

Общая структура сходна с той, которую мы видели ранее; программа перечисляет файлы, указанные в аргументах командной строки и читает каждый файл, по одному символу за раз, посылая этот символ в стандартный вывод. В отличие от нашей версии, она использует возможности. Во многих случаях код, использующий стандартную библиотеку ввода/вывода, проще читать и писать, поскольку все проблемы с буферами скрыты библиотекой.

 

Следует заметить, что программа всегда завершается успешно (строка 62); можно было написать ее так, чтобы отмечать ошибки и указывать их в возвращаемом значении. (Механизм завершения процесса и значение различных кодов завершения обсуждаются в разделе 9.1.5.1 «Определение статуса завершения процесса».)

Код, работающий с и функцией (строки 31–36 и 50–56), без сомнения, непрозрачен, поскольку мы еще не рассматривали эти функции и не будем рассматривать до следующей главы (Но обратите внимание на использование в строке 50 для получения нижележащего дескриптора файла, связанного с переменными.) Идея в основе этого кода заключается в том, чтобы убедиться, что входной и выходной файлы не совпадают. Это предназначено для предотвращения бесконечного роста файла, в случае подобной команды:

cat myfile >> myfile

И конечно же, проверка работает:

echo hi > myfile

v7cat myfile >> myfile

 

Если вы попробуете это с, программа продолжит работу, и будет расти до тех пор, пока вы не прервете ее. GNU версия осуществляет эту проверку. Обратите внимание, что что‑то вроде этого выходит за рамки контроля:

v7cat < myfile > myfile

 

ls ‑l myfile

 

В данном случае это слишком поздно, поскольку оболочка урезала файл (посредством оператора) еще до того, как получила возможность исследовать файл! В разделе 5.4.4.2 «Возвращаясь к V7 cat» мы объясним код с.