Андрей Богатырев. Хрестоматия по программированию на Си в Unix
С Copyright Андрей Богатырев. 1992-95
Email: abs@opentech.olvit.ru
Txt version is located at
---------------------------------------------------------------------------
А. Богатырев, 1992-95 - 1 - Си в UNIX
0. Напутствие в качестве вступления.
Ум подобен желудку.
Важно не то, сколько ты в него вложишь,
а то, сколько он сможет переварить.
В этой книге вы найдете ряд задач, примеров, алгоритмов, советов и стилистичес-
ких замечаний по использованию языка программирования "C" (Си) в среде операционной
системы UNIX. Здесь собраны этюды разной сложности и "штрихи к портрету" языка Си.
Также описаны различные "подводные камни" на которых нередко терпят крушение новички
в Си. В этом смысле эту книгу можно местами назвать "Как не надо программировать на
Си".
В большинстве случаев в качестве платформы используется персональный компьютер
IBM PC с какой-либо системой UNIX, либо SPARCstation 20 с системой Solaris 2 (тоже
UNIX svr4), но многие примеры без каких-либо изменений (либо с минимумом таковых)
могут быть перенесены в среду MS DOS[**], либо на другой тип машины с системой UNIX.
Это ваша ВТОРАЯ книга по Си. Эта книга не учебник, а хрестоматия к учебнику.
Она не является ни систематическим курсом по Си, ни справочником по нему, и предназ-
начена не для одноразового последовательного прочтения, а для чтения в несколько про-
ходов на разных этапах вашей "зрелости". Поэтому читать ее следует вместе с "настоя-
щим" учебником по Си, среди которых наиболее известна книга Кернигана и Ритчи.
Эта книга - не ПОСЛЕДНЯЯ ваша книга по Си. Во-первых потому, что кое-что в языке
все же меняется со временем, хотя и настал час, когда стандарт на язык Си наконец
принят... Но появился язык C++, который развивается довольно динамично. Еще есть
Objective-C. Во-вторых потому, что есть библиотеки и системные вызовы, которые раз-
виваются вслед за развитием UNIX и других операционных систем. Следующими вашими
(настольными) книгами должны стать "Справочное руководство": man2 (по системным вызо-
вам), man3 (по библиотечным функциям).
Мощь языка Си - в существующем многообразии библиотек.
Прошу вас с первых же шагов следить за стилем оформления своих программ. Делайте
отступы, пишите комментарии, используйте осмысленные имена переменных и функций,
отделяйте логические части программы друг от друга пустыми строками. Помните, что
"лишние" пробелы и пустые строки в Си допустимы везде, кроме изображений констант и
имен. Программы на Си, набитые в одну колонку (как на FORTRAN-e) очень тяжело читать
и понимать. Из-за этого бывает трудно находить потерянные скобки { и }, потерянные
символы `;' и другие ошибки.
Существует несколько "школ" оформления программ - приглядитесь к примерам в этой
книге и в других источниках - и выберите любую! Ничего страшного, если вы будете
смешивать эти стили. Но - ПОДАЛЬШЕ ОТ FORTRAN-а !!!
Программу можно автоматически сформатировать к "каноническому" виду при помощи,
например, программы cb.
cb < НашФайл.c > /tmp/$$
mv /tmp/$$ НашФайл.c
но лучше сразу оформлять программу правильно.
Выделяйте логически самостоятельные ("замкнутые") части программы в функции
(даже если они будут вызываться единственный раз). Функции - не просто средство
избежать повторения одних и тех же операторов в тексте программы, но и средство
структурирования процесса программирования, делающее программу более понятной. Во-
первых, вы можете в другой программе использовать текст уже написанной вами ранее
функции вместо того, чтобы писать ее заново. Во-вторых, операцию, оформленную в виде
функции, можно рассматривать как неделимый примитив (от довольно простого по смыслу,
вроде strcmp, strcpy, до довольно сложного - qsort, malloc, gets) и забыть о его
внутреннем устройстве (это хорошо - надо меньше помнить).
____________________
[**] MS DOS - торговый знак фирмы Microsoft Corporation. (читается "Майкрософт");
DOS - дисковая операционная система.
А. Богатырев, 1992-95 - 2 - Си в UNIX
Не гонитесь за краткостью в ущерб ясности. Си позволяет порой писать такие выра-
жения, над которыми можно полчаса ломать голову. Если же их записать менее мудрено,
но чуть длиннее - они самоочевидны (и этим более защищены от ошибок).
В системе UNIX вы можете посмотреть описание любой команды системы или функции
Си, набрав команду
man названиеФункции
(man - от слова manual, "руководство").
Еще одно напутствие: учите английский язык! Практически все языки программирова-
ния используют английские слова (в качестве ключевых слов, терминов, имен переменных
и функций). Поэтому лучше понимать значение этих слов (хотя и восприятие их как
просто неких символов тоже имеет определенные достоинства). Обратно - программирова-
ние на Си поможет вам выучить английский.
По различным причинам на территории России сейчас используется много разных
восьмибитных русских кодировок. Среди них:
КОИ-8
Исторически принятая на русских UNIX системах - самая ранняя из появившихся.
Отличается тем свойством, что если у нее обрезан восьмой бит: c & 0177 - то она
все же читаема с терминала как транслитерация латинских букв. Именно этой коди-
ровкой пользуется автор этой книги (как и большинство UNIX-sites сети RelCom).
ISO 8859/5
Это американский стандарт на русскую кодировку. А русские программисты к ее
разработке не имеют никакого отношения. Ею пользуется большинство коммерческих
баз данных.
Microsoft 1251
Это та кодировка, которой пользуется Microsoft Windows. Возможно, что именно к
этой кодировке придут и UNIX системы (гипотеза 1994 года).
Альтернативная кодировка для MS DOS
Русская кодировка с псевдографикой, использовавшаяся в MS DOS.
Кодировка для Macintosh
Это великое "разнообразие" причиняет массу неудобств. Но, господа, это Россия - что
значит - широта души и абсолютный бардак. Relax and enjoy.
Многие примеры в данной книге даны вместе с ответами - как образцами для подра-
жания. Однако мы надеемся, что Вы удержитесь от искушения и сначала проверите свои
силы, а лишь потом посмотрите в ответ! Итак, читая примеры - делайте по аналогии.
А. Богатырев, 1992-95 - 3 - Си в UNIX
1. Простые программы и алгоритмы. Сюрпризы, советы.
1.1. Составьте программу приветствия с использованием функции printf. По традиции
принято печатать фразу "Hello, world !" ("Здравствуй, мир !").
1.2. Найдите ошибку в программе
#include
main(){
printf("Hello, world\n");
}
Ответ: раз не объявлено иначе, функция main считается возвращающей целое значение
(int). Но функция main не возвращает ничего - в ней просто нет оператора return.
Корректно было бы так:
#include
main(){
printf("Hello, world\n");
return 0;
}
или
#include
void main(){
printf("Hello, world\n");
exit(0);
}
а уж совсем корректно - так:
#include
int main(int argc, char *argv[]){
printf("Hello, world\n");
return 0;
}
1.3. Найдите ошибки в программе
#include studio.h
main
{
int i
i := 43
print ('В году i недель')
}
1.4. Что будет напечатано в приведенном примере, который является частью полной
программы:
int n;
n = 2;
printf ("%d + %d = %d\n", n, n, n + n);
1.5. В чем состоят ошибки?
А. Богатырев, 1992-95 - 4 - Си в UNIX
if( x > 2 )
then x = 2;
if x < 1
x = 1;
Ответ: в Си нет ключевого слова then, условия в операторах if, while должны браться в
()-скобки.
1.6. Напишите программу, печатающую ваше имя, место работы и адрес. В первом вари-
анте программы используйте библиотечную функцию printf, а во втором - puts.
1.7. Составьте программу с использованием следующих постфиксных и префиксных опера-
ций:
a = b = 5
a + b
a++ + b
++a + b
--a + b
a-- + b
Распечатайте полученные значения и проанализируйте результат.
1.8.
Цикл for
________________________________________________________________________________
for(INIT; CONDITION; INCR)
BODY
________________________________________________________________________________
INIT;
repeat:
if(CONDITION){
BODY;
cont:
INCR;
goto repeat;
}
out: ;
Цикл while
________________________________________________________________________________
while(COND)
BODY
________________________________________________________________________________
cont:
repeat:
if(CONDITION){
BODY;
goto repeat;
}
out: ;
А. Богатырев, 1992-95 - 5 - Си в UNIX
Цикл do
________________________________________________________________________________
do
BODY
while(CONDITION)
________________________________________________________________________________
cont:
repeat:
BODY;
if(CONDITION) goto repeat;
out: ;
В операторах цикла внутри тела цикла BODY могут присутствовать операторы break и
continue; которые означают на наших схемах следующее:
#define break goto out
#define continue goto cont
1.9. Составьте программу печати прямоугольного треугольника из звездочек
*
**
***
****
*****
используя цикл for. Введите переменную, значением которой является размер катета тре-
угольника.
1.10. Напишите операторы Си, которые выдают строку длины WIDTH, в которой сначала
содержится x0 символов '-', затем w символов '*', и до конца строки - вновь символы
'-'. Ответ:
int x;
for(x=0; x < x0; ++x) putchar('-');
for( ; x < x0 + w; x++) putchar('*');
for( ; x < WIDTH ; ++x) putchar('-');
putchar('\n');
либо
for(x=0; x < WIDTH; x++)
putchar( x < x0 ? '-' :
x < x0 + w ? '*' :
'-' );
putchar('\n');
1.11. Напишите программу с циклами, которая рисует треугольник:
*
***
*****
*******
*********
А. Богатырев, 1992-95 - 6 - Си в UNIX
Ответ:
/* Треугольник из звездочек */
#include
/* Печать n символов c */
printn(c, n){
while( --n >= 0 )
putchar(c);
}
int lines = 10; /* число строк треугольника */
void main(argc, argv) char *argv[];
{
register int nline; /* номер строки */
register int naster; /* количество звездочек в строке */
register int i;
if( argc > 1 )
lines = atoi( argv[1] );
for( nline=0; nline < lines ; nline++ ){
naster = 1 + 2 * nline;
/* лидирующие пробелы */
printn(' ', lines-1 - nline);
/* звездочки */
printn('*', naster);
/* перевод строки */
putchar( '\n' );
}
exit(0); /* завершение программы */
}
1.12. В чем состоит ошибка?
main(){ /* печать фразы 10 раз */
int i;
while(i < 10){
printf("%d-ый раз\n", i+1);
i++;
}
}
Ответ: автоматическая переменная i не была проинициализирована и содержит не 0, а
какое-то произвольное значение. Цикл может выполниться не 10, а любое число раз (в
том числе и 0 по случайности). Не забывайте инициализировать переменные, возьмите
описание с инициализацией за правило!
int i = 0;
Если бы переменная i была статической, она бы имела начальное значение 0.
В данном примере было бы еще лучше использовать цикл for, в котором все операции
над индексом цикла собраны в одном месте - в заголовке цикла:
for(i=0; i < 10; i++) printf(...);
А. Богатырев, 1992-95 - 7 - Си в UNIX
1.13. Вспомогательные переменные, не несущие смысловой нагрузки (вроде счетчика пов-
торений цикла, не используемого в самом теле цикла) принято по традиции обозначать
однобуквенными именами, вроде i, j. Более того, возможны даже такие курьезы:
main(){
int _ ;
for( _ = 0; _ < 10; _++) printf("%d\n", _ );
}
основанные на том, что подчерк в идентификаторах - полноправная буква.
1.14. Найдите 2 ошибки в программе:
main(){
int x = 12;
printf( "x=%d\n" );
int y;
y = 2 * x;
printf( "y=%d\n", y );
}
Комментарий: в теле функции все описания должны идти перед всеми выполняемыми опера-
торами (кроме операторов, входящих в состав описаний с инициализацией). Очень часто
после внесения правок в программу некоторые описания оказываются после выполняемых
операторов. Именно поэтому рекомендуется отделять строки описания переменных от
выполняемых операторов пустыми строками (в этой книге это часто не делается для эко-
номии места).
1.15. Найдите ошибку:
int n;
n = 12;
main(){
int y;
y = n+2;
printf( "%d\n", y );
}
Ответ: выполняемый оператор n=12 находится вне тела какой-либо функции. Следует
внести его в main() после описания переменной y, либо переписать объявление перед
main() в виде
int n = 12;
В последнем случае присваивание переменной n значения 12 выполнит компилятор еще во
время компиляции программы, а не сама программа при своем запуске. Точно так же про-
исходит со всеми статическими данными (описанными как static, либо расположенными вне
всех функций); причем если их начальное значение не указано явно - то подразумевается
0 ('\0', NULL, ""). Однако нулевые значения не хранятся в скомпилированном выполняе-
мом файле, а требуемая "чистая" память расписывается при старте программы.
1.16. По поводу описания переменной с инициализацией:
TYPE x = выражение;
является (почти) эквивалентом для
TYPE x; /* описание */
x = выражение; /* вычисление начального значения */
А. Богатырев, 1992-95 - 8 - Си в UNIX
Рассмотрим пример:
#include
extern double sqrt(); /* квадратный корень */
double x = 1.17;
double s12 = sqrt(12.0); /* #1 */
double y = x * 2.0; /* #2 */
FILE *fp = fopen("out.out", "w"); /* #3 */
main(){
double ss = sqrt(25.0) + x; /* #4 */
...
}
Строки с метками #1, #2 и #3 ошибочны. Почему?
Ответ: при инициализации статических данных (а s12, y и fp таковыми и являются,
так как описаны вне какой-либо функции) выражение должно содержать только константы,
поскольку оно вычисляется КОМПИЛЯТОРОМ. Поэтому ни использование значений переменных,
ни вызовы функций здесь недопустимы (но можно брать адреса от переменных).
В строке #4 мы инициализируем автоматическую переменную ss, т.е. она отводится
уже во время выполнения программы. Поэтому выражение для инициализации вычисляется
уже не компилятором, а самой программой, что дает нам право использовать переменные,
вызовы функций и.т.п., то есть выражения языка Си без ограничений.
1.17. Напишите программу, реализующую эхо-печать вводимых символов. Программа
должна завершать работу при получении признака EOF. В UNIX при вводе с клавиатуры
признак EOF обычно обозначается одновременным нажатием клавиш CTRL и D (CTRL чуть
раньше), что в дальнейшем будет обозначаться CTRL/D; а в MS DOS - клавиш CTRL/Z.
Используйте getchar() для ввода буквы и putchar() для вывода.
1.18. Напишите программу, подсчитывающую число символов поступающих со стандартного
ввода. Какие достоинства и недостатки у следующей реализации:
#include
main(){ double cnt = 0.0;
while (getchar() != EOF) ++cnt;
printf("%.0f\n", cnt );
}
Ответ: и достоинство и недостаток в том, что счетчик имеет тип double. Достоинство -
можно подсчитать очень большое число символов; недостаток - операции с double обычно
выполняются гораздо медленнее, чем с int и long (до десяти раз), программа будет
работать дольше. В повседневных задачах вам вряд ли понадобится иметь счетчик,
отличный от long cnt; (печатать его надо по формату "%ld").
1.19. Составьте программу перекодировки вводимых символов со стандартного ввода по
следующему правилу:
a -> b
b -> c
c -> d
...
z -> a
другой символ -> *
Коды строчных латинских букв расположены подряд по возрастанию.
1.20. Составьте программу перекодировки вводимых символов со стандартного ввода по
следующему правилу:
А. Богатырев, 1992-95 - 9 - Си в UNIX
B -> A
C -> B
...
Z -> Y
другой символ -> *
Коды прописных латинских букв также расположены по возрастанию.
1.21. Напишите программу, печатающую номер и код введенного символа в восьмеричном и
шестнадцатеричном виде. Заметьте, что если вы наберете на вводе строку символов и
нажмете клавишу ENTER, то программа напечатает вам на один символ больше, чем вы наб-
рали. Дело в том, что код клавиши ENTER, завершившей ввод строки - символ '\n' -
тоже попадает в вашу программу (на экране он отображается как перевод курсора в
начало следующей строки!).
1.22. Разберитесь, в чем состоит разница между символами '0' (цифра нуль) и '\0'
(нулевой байт). Напечатайте
printf( "%d %d %c\n", '\0', '0', '0' );
Поставьте опыт: что печатает программа?
main(){
int c = 060; /* код символа '0' */
printf( "%c %d %o\n", c, c, c);
}
Почему печатается 0 48 60? Теперь напишите вместо
int c = 060;
строчку
char c = '0';
1.23. Что напечатает программа?
#include
void main(){
printf("ab\0cd\nxyz");
putchar('\n');
}
Запомните, что '\0' служит признаком конца строки в памяти, а '\n' - в файле. Что в
строке "abcd\n" на конце неявно уже расположен нулевой байт:
'a','b','c','d','\n','\0'
Что строка "ab\0cd\nxyz" - это
'a','b','\0','c','d','\n','x','y',z','\0'
Что строка "abcd\0" - избыточна, поскольку будет иметь на конце два нулевых байта
(что не вредно, но зачем?). Что printf печатает строку до нулевого байта, а не до
закрывающей кавычки.
Программа эта напечатает ab и перевод строки.
Вопрос: чему равен sizeof("ab\0cd\nxyz")? Ответ: 10.
1.24. Напишите программу, печатающую целые числа от 0 до 100.
1.25. Напишите программу, печатающую квадраты и кубы целых чисел.
А. Богатырев, 1992-95 - 10 - Си в UNIX
1.26. Напишите программу, печатающую сумму квадратов первых n целых чисел.
1.27. Напишите программу, которая переводит секунды в дни, часы, минуты и секунды.
1.28. Напишите программу, переводящую скорость из километров в час в метры в секун-
дах.
1.29. Напишите программу, шифрующую текст файла путем замены значения символа (нап-
ример, значение символа C заменяется на C+1 или на ~C ).
1.30. Напишите программу, которая при введении с клавиатуры буквы печатает на терми-
нале ключевое слово, начинающееся с данной буквы. Например, при введении буквы 'b'
печатает "break".
1.31. Напишите программу, отгадывающую задуманное вами число в пределах от 1 до 200,
пользуясь подсказкой с клавиатуры "=" (равно), "<" (меньше) и ">" (больше). Для уга-
дывания числа используйте метод деления пополам.
1.32. Напишите программу, печатающую степени двойки
1, 2, 4, 8, ...
Заметьте, что, начиная с некоторого n, результат становится отрицательным из-за пере-
полнения целого.
1.33. Напишите подпрограмму вычисления квадратного корня с использованием метода
касательных (Ньютона):
x(0) = a
1 a
x(n+1) = - * ( ---- + x(n))
2 x(n)
Итерировать, пока не будет | x(n+1) - x(n) | < 0.001
Внимание! В данной задаче массив не нужен. Достаточно хранить текущее и предыду-
щее значения x и обновлять их после каждой итерации.
1.34. Напишите программу, распечатывающую простые числа до 1000.
1, 2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, ...
А. Богатырев, 1992-95 - 11 - Си в UNIX
/*#!/bin/cc primes.c -o primes -lm
* Простые числа.
*/
#include
#include
int debug = 0;
/* Корень квадратный из числа по методу Ньютона */
#define eps 0.0001
double sqrt (x) double x;
{
double sq, sqold, EPS;
if (x < 0.0)
return -1.0;
if (x == 0.0)
return 0.0; /* может привести к делению на 0 */
EPS = x * eps;
sq = x;
sqold = x + 30.0; /* != sq */
while (fabs (sq * sq - x) >= EPS) {
/* fabs( sq - sqold )>= EPS */
sqold = sq;
sq = 0.5 * (sq + x / sq);
}
return sq;
}
/* таблица прoстых чисел */
int is_prime (t) register int t; {
register int i, up;
int not_div;
if (t == 2 || t == 3 || t == 5 || t == 7)
return 1; /* prime */
if (t % 2 == 0 || t == 1)
return 0; /* composite */
up = ceil (sqrt ((double) t)) + 1;
i = 3;
not_div = 1;
while (i <= up && not_div) {
if (t % i == 0) {
if (debug)
fprintf (stderr, "%d поделилось на %d\n",
t, i);
not_div = 0;
break;
}
i += 2; /*
* Нет смысла проверять четные,
* потому что если делится на 2*n,
* то делится и на 2,
* а этот случай уже обработан выше.
*/
}
return not_div;
}
А. Богатырев, 1992-95 - 12 - Си в UNIX
#define COL 6
int n;
main (argc, argv) char **argv;
{
int i,
j;
int n;
if( argc < 2 ){
fprintf( stderr, "Вызов: %s число [-]\n", argv[0] );
exit(1);
}
i = atoi (argv[1]); /* строка -> целое, ею изображаемое */
if( argc > 2 ) debug = 1;
printf ("\t*** Таблица простых чисел от 2 до %d ***\n", i);
n = 0;
for (j = 1; j <= i; j++)
if (is_prime (j)){
/* распечатка в COL колонок */
printf ("%3d%s", j, n == COL-1 ? "\n" : "\t");
if( n == COL-1 ) n = 0;
else n++;
}
printf( "\n---\n" );
exit (0);
}
1.35. Составьте программу ввода двух комплексных чисел в виде A + B * I (каждое на
отдельной строке) и печати их произведения в том же виде. Используйте scanf и printf.
Перед тем, как использовать scanf, проверьте себя: что неверно в нижеприведенном опе-
раторе?
int x;
scanf( "%d", x );
Ответ: должно быть написано "АДРЕС от x", то есть scanf( "%d", &x );
1.36. Напишите подпрограмму вычисления корня уравнения f(x)=0 методом деления
отрезка пополам. Приведем реализацию этого алгоритма для поиска целочисленного квад-
ратного корня из целого числа (этот алгоритм может использоваться, например, в машин-
ной графике при рисовании дуг):
/* Максимальное unsigned long число */
#define MAXINT (~0L)
/* Определим имя-синоним для типа unsigned long */
typedef unsigned long ulong;
/* Функция, корень которой мы ищем: */
#define FUNC(x, arg) ((x) * (x) - (arg))
/* тогда x*x - arg = 0 означает x*x = arg, то есть
* x = корень_квадратный(arg) */
/* Начальный интервал. Должен выбираться исходя из
* особенностей функции FUNC */
#define LEFT_X(arg) 0
#define RIGHT_X(arg) (arg > MAXINT)? MAXINT : (arg/2)+1;
/* КОРЕНЬ КВАДРАТНЫЙ, округленный вниз до целого.
* Решается по методу деления отрезка пополам:
* FUNC(x, arg) = 0; x = ?
А. Богатырев, 1992-95 - 13 - Си в UNIX
*/
ulong i_sqrt( ulong arg ) {
register ulong mid, /* середина интервала */
rgt, /* правый край интервала */
lft; /* левый край интервала */
lft = LEFT_X(arg); rgt = RIGHT_X(arg);
do{ mid = (lft + rgt + 1 )/2;
/* +1 для ошибок округления при целочисленном делении */
if( FUNC(mid, arg) > 0 ){
if( rgt == mid ) mid--;
rgt = mid ; /* приблизить правый край */
} else lft = mid ; /* приблизить левый край */
} while( lft < rgt );
return mid;
}
void main(){ ulong i;
for(i=0; i <= 100; i++)
printf("%ld -> %lu\n", i, i_sqrt(i));
}
Использованное нами при объявлении переменных ключевое слово register означает, что
переменная является ЧАСТО ИСПОЛЬЗУЕМОЙ, и компилятор должен попытаться разместить ее
на регистре процессора, а не в стеке (за счет чего увеличится скорость обращения к
этой переменной). Это слово используется как
register тип переменная;
register переменная; /* подразумевается тип int */
От регистровых переменных нельзя брать адрес: &переменная ошибочно.
1.37. Напишите программу, вычисляющую числа треугольника Паскаля и печатающую их в
виде треугольника.
C(0,n) = C(n,n) = 1 n = 0...
C(k,n+1) = C(k-1,n) + C(k,n) k = 1..n
n - номер строки
В разных вариантах используйте циклы, рекурсию.
1.38. Напишите функцию вычисления определенного интеграла методом Монте-Карло. Для
этого вам придется написать генератор случайных чисел. Си предоставляет стандартный
датчик ЦЕЛЫХ равномерно распределенных псевдослучайных чисел: если вы хотите получить
целое число из интервала [A..B], используйте
int x = A + rand() % (B+1-A);
Чтобы получать разные последовательности следует задавать некий начальный параметр
последовательности (это называется "рандомизация") при помощи
srand( число ); /* лучше нечетное */
Чтобы повторить одну и ту же последовательность случайных чисел несколько раз, вы
должны поступать так:
srand(NBEG); x=rand(); ... ; x=rand();
/* и повторить все сначала */
srand(NBEG); x=rand(); ... ; x=rand();
Используемый метод получения случайных чисел таков:
А. Богатырев, 1992-95 - 14 - Си в UNIX
static unsigned long int next = 1L;
int rand(){
next = next * 1103515245 + 12345;
return ((unsigned int)(next/65536) % 32768);
}
void srand(seed) unsigned int seed;
{ next = seed; }
Для рандомизации часто пользуются таким приемом:
char t[sizeof(long)];
time(t); srand(t[0] + t[1] + t[2] + t[3] + getpid());
1.39. Напишите функцию вычисления определенного интеграла по методу Симпсона.
/*#!/bin/cc $* -lm
* Вычисление интеграла по методу Симпсона
*/
#include
extern double integral(), sin(), fabs();
#define PI 3.141593
double myf(x) double x;
{ return sin(x / 2.0); }
int niter; /* номер итерации */
void main(){
double integral();
printf("%g\n", integral(0.0, PI, myf, 0.000000001));
/* Заметьте, что myf, а не myf().
* Точное значение интеграла равно 2.0
*/
printf("%d итераций\n", niter );
}
А. Богатырев, 1992-95 - 15 - Си в UNIX
double integral(a, b, f, eps)
double a, b; /* концы отрезка */
double eps; /* требуемая точность */
double (*f)(); /* подынтегральная функция */
{
register long i;
double fab = (*f)(a) + (*f)(b); /* сумма на краях */
double h, h2; /* шаг и удвоенный шаг */
long n, n2; /* число точек разбиения и оно же удвоенное */
double Sodd, Seven; /* сумма значений f в нечетных и в
четных точках */
double S, Sprev;/* значение интеграла на данной
и на предыдущей итерациях */
double x; /* текущая абсцисса */
niter = 0;
n = 10L; /* четное число */
n2 = n * 2;
h = fabs(b - a) / n2; h2 = h * 2.0;
/* Вычисляем первое приближение */
/* Сумма по нечетным точкам: */
for( Sodd = 0.0, x = a+h, i = 0;
i < n;
i++, x += h2 )
Sodd += (*f)(x);
/* Сумма по четным точкам: */
for( Seven = 0.0, x = a+h2, i = 0;
i < n-1;
i++, x += h2 )
Seven += f(x);
/* Предварительное значение интеграла: */
S = h / 3.0 * (fab + 4.0 * Sodd + 2.0 * Seven );
do{
niter++;
Sprev = S;
/* Вычисляем интеграл с половинным шагом */
h2 = h; h /= 2.0;
if( h == 0.0 ) break; /* потеря значимости */
n = n2; n2 *= 2;
Seven = Seven + Sodd;
/* Вычисляем сумму по новым точкам: */
for( Sodd = 0.0, x = a+h, i = 0;
i < n;
i++, x += h2 )
Sodd += (*f)(x);
/* Значение интеграла */
S = h / 3.0 * (fab + 4.0 * Sodd + 2.0 * Seven );
} while( niter < 31 && fabs(S - Sprev) / 15.0 >= eps );
/* Используем условие Рунге для окончания итераций */
return ( 16.0 * S - Sprev ) / 15.0 ;
/* Возвращаем уточненное по Ричардсону значение */
}
А. Богатырев, 1992-95 - 16 - Си в UNIX
1.40. Где ошибка?
struct time_now{
int hour, min, sec;
} X = { 13, 08, 00 }; /* 13 часов 08 минут 00 сек.*/
Ответ: 08 - восьмеричное число (так как начинается с нуля)! А в восьмеричных числах
цифры 8 и 9 не бывают.
1.41. Дан текст:
int i = -2;
i <<= 2;
printf("%d\n", i); /* печать сдвинутого i : -8 */
i >>= 2;
printf("%d\n", i); /* печатается -2 */
Закомментируем две строки (исключая их из программы):
int i = -2;
i <<= 2;
/*
printf("%d\n", i); /* печать сдвинутого i : -8 */
i >>= 2;
*/
printf("%d\n", i); /* печатается -2 */
Почему теперь возникает ошибка? Указание: где кончается комментарий?
Ответ: Си не допускает вложенных комментариев. Вместо этого часто используются
конструкции вроде:
#ifdef COMMENT
... закомментированный текст ...
#endif /*COMMENT*/
и вроде
/**/ printf("here");/* отладочная выдача включена */
/* printf("here");/* отладочная выдача выключена */
или
/* выключено(); /**/
включено(); /**/
А вот дешевый способ быстро исключить оператор (с возможностью восстановления) -
конец комментария занимает отдельную строку, что позволяет отредактировать такой
текст редактором почти не сдвигая курсор:
/*printf("here");
*/
1.42. Почему программа печатает неверное значение для i2 ?
А. Богатырев, 1992-95 - 17 - Си в UNIX
int main(int argc, char *argv[]){
int i1, i2;
i1 = 1; /* Инициализируем i1 /
i2 = 2; /* Инициализируем i2 */
printf("Numbers %d %d\n", i1, i2);
return(0);
}
Ответ: в первом операторе присваивания не закрыт комментарий - весь второй оператор
присваивания полностью проигнорировался! Правильный вариант:
int main(int argc, char *argv[]){
int i1, i2;
i1 = 1; /* Инициализируем i1 */
i2 = 2; /* Инициализируем i2 */
printf("Numbers %d %d\n", i1, i2);
return(0);
}
1.43. А вот "шальной" комментарий.
void main(){
int n = 10;
int *ptr = &n;
int x, y = 40;
x = y/*ptr /* должно быть 4 */ + 1;
printf( "%d\n", x ); /* пять */
exit(0);
}
/* или такой пример из жизни - взят из переписки в Relcom */
...
cost = nRecords/*pFactor /* divided by Factor, and */
+ fixMargin; /* plus the precalculated */
...
Результат непредсказуем. Дело в том, что y/*ptr превратилось в начало комментария!
Поэтому бинарные операции принято окружать пробелами.
x = y / *ptr /* должно быть 4 */ + 1;
1.44. Найдите ошибки в директивах препроцессора Си [*] (вертикальная черта обозначает
левый край файла).
____________________
[*] Препроцессор Си - это программа /lib/cpp
А. Богатырев, 1992-95 - 18 - Си в UNIX
|
| #include
|#include < sys/types.h >
|# define inc (x) ((x) + 1)
|#define N 12;
|#define X -2
|
|... printf( "n=%d\n", N );
|... p = 4-X;
Ответ: в первой директиве стоит пробел перед #. Диез должен находиться в первой
позиции строки. Во второй директиве в <<>> находятся лишние пробелы, не относящиеся к
имени файла - препроцессор не найдет такого файла! В данном случае "красота" пошла
во вред делу. В третьей - между именем макро inc и его аргументом в круглых скобках
(x) стоит пробел, который изменяет весь смысл макроопределения: вместо макроса с
параметром inc(x) мы получаем, что слово inc будет заменяться на (x)((x)+1). Заметим
однако, что пробелы после # перед именем директивы вполне допустимы. В четвертом
случае показана характерная опечатка - символ ; после определения. В результате напи-
санный printf() заменится на
printf( "n=%d\n", 12; );
где лишняя ; даст синтаксическую ошибку.
В пятом случае ошибки нет, но нас ожидает неприятность в строке p=4-X; которая
расширится в строку p=4--2; являющуюся синтаксически неверной. Чтобы избежать подоб-
ной ситуации, следовало бы написать
p = 4 - X; /* через пробелы */
но еще проще (и лучше) взять макроопределение в скобки:
#define X (-2)
1.45. Напишите функцию max(x, y), возвращающую большее из двух значений. Напишите
аналогичное макроопределение. Напишите макроопределения min(x, y) и abs(x) (abs -
модуль числа). Ответ:
#define abs(x) ((x) < 0 ? -(x) : (x))
#define min(x,y) (((x) < (y)) ? (x) : (y))
Зачем x взят в круглые скобки (x)? Предположим, что мы написали
#define abs(x) (x < 0 ? -x : x )
вызываем
abs(-z) abs(a|b)
получаем
(-z < 0 ? --z : -z ) (a|b < 0 ? -a|b : a|b )
У нас появилась "дикая" операция --z; а выражение a|b<0 соответствует a|(b<0), с сов-
сем другим порядком операций! Поэтому заключение всех аргументов макроса в его теле
в круглые скобки позволяет избежать многих неожиданных проблем. Придерживайтесь этого
правила!
Вот пример, показывающий зачем полезно брать в скобки все определение:
#define div(x, y) (x)/(y)
При вызове
А. Богатырев, 1992-95 - 19 - Си в UNIX
z = sizeof div(1, 2);
превратится в
z = sizeof(1) / (2);
что равно sizeof(int)/2, а не sizeof(int). Вариант
#define div(x, y) ((x) / (y))
будет работать правильно.
1.46. Макросы, в отличие от функций, могут порождать непредвиденные побочные
эффекты:
int sqr(int x){ return x * x; }
#define SQR(x) ((x) * (x))
main(){ int y=2, z;
z = sqr(y++); printf("y=%d z=%d\n", y, z);
y = 2;
z = SQR(y++); printf("y=%d z=%d\n", y, z);
}
Вызов функции sqr печатает "y=3 z=4", как мы и ожидали. Макрос же SQR расширяется в
z = ((y++) * (y++));
и результатом будет "y=4 z=6", где z совсем не похоже на квадрат числа 2.
1.47. ANSI препроцессор[*] языка Си имеет оператор ## - "склейка лексем":
#define VAR(a, b) a ## b
#define CV(x) command_ ## x
main(){
int VAR(x, 31) = 1;
/* превратится в int x31 = 1; */
int CV(a) = 2; /* даст int command_a = 2; */
...
}
Старые версии препроцессора не обрабатывают такой оператор, поэтому раньше использо-
вался такой трюк:
#define VAR(a, b) a/**/b
в котором предполагается, что препроцессор удаляет комментарии из текста, не заменяя
их на пробелы. Это не всегда так, поэтому такая конструкция не мобильна и пользо-
ваться ею не рекомендуется.
1.48. Напишите программу, распечатывающую максимальное и минимальное из ряда чисел,
вводимых с клавиатуры. Не храните вводимые числа в массиве, вычисляйте max и min
сразу при вводе очередного числа!
____________________
[*] ANSI - American National Standards Institute, разработавший стандарт на язык Си
и его окружение.
А. Богатырев, 1992-95 - 20 - Си в UNIX
#include
main(){
int max, min, x, n;
for( n=0; scanf("%d", &x) != EOF; n++)
if( n == 0 ) min = max = x;
else{
if( x > max ) max = x;
if( x < min ) min = x;
}
printf( "Ввели %d чисел: min=%d max=%d\n",
n, min, max);
}
Напишите аналогичную программу для поиска максимума и минимума среди элементов мас-
сива, изначально min=max=array[0];
1.49. Напишите программу, которая сортирует массив заданных чисел по возрастанию
(убыванию) методом пузырьковой сортировки. Когда вы станете более опытны в Си, напи-
шите сортировку методом Шелла.
/*
* Сортировка по методу Шелла.
* Сортировке подвергается массив указателей на данные типа obj.
* v------.-------.------.-------.------0
* ! ! ! !
* * * * *
* элементы типа obj
* Программа взята из книги Кернигана и Ритчи.
*/
#include
#include
#include
#define obj char
static shsort (v,n,compare)
int n; /* длина массива */
obj *v[]; /* массив указателей */
int (*compare)(); /* функция сравнения соседних элементов */
{
int g, /* расстояние, на котором происходит сравнение */
i,j; /* индексы сравниваемых элементов */
obj *temp;
for( g = n/2 ; g > 0 ; g /= 2 )
for( i = g ; i < n ; i++ )
for( j = i-g ; j >= 0 ; j -= g )
{
if((*compare)(v[j],v[j+g]) <= 0)
break; /* уже в правильном порядке */
/* обменять указатели */
temp = v[j]; v[j] = v[j+g]; v[j+g] = temp;
/* В качестве упражнения можете написать
* при помощи curses-а программу,
* визуализирующую процесс сортировки:
* например, изображающую эту перестановку
* элементов массива */
}
}
А. Богатырев, 1992-95 - 21 - Си в UNIX
/* сортировка строк */
ssort(v) obj **v;
{
extern less(); /* функция сравнения строк */
int len;
/* подсчет числа строк */
len=0;
while(v[len]) len++;
shsort(v,len,less);
}
/* Функция сравнения строк.
* Вернуть целое меньше нуля, если a < b
* ноль, если a == b
* больше нуля, если a > b
*/
less(a,b) obj *a,*b;
{
return strcoll(a,b);
/* strcoll - аналог strcmp,
* но с учетом алфавитного порядка букв.
*/
}
char *strings[] = {
"Яша", "Федя", "Коля",
"Гриша", "Сережа", "Миша",
"Андрей Иванович", "Васька",
NULL
};
int main(){
char **next;
setlocale(LC_ALL, "");
ssort( strings );
/* распечатка */
for( next = strings ; *next ; next++ )
printf( "%s\n", *next );
return 0;
}
1.50. Реализуйте алгоритм быстрой сортировки.
А. Богатырев, 1992-95 - 22 - Си в UNIX
/* Алгоритм быстрой сортировки. Работа алгоритма "анимируется"
* (animate-оживлять) при помощи библиотеки curses.
* cc -o qsort qsort.c -lcurses -ltermcap
*/
#include "curses.h"
#define N 10 /* длина массива */
/* массив, подлежащий сортировке */
int target [N] = {
7, 6, 10, 4, 2,
9, 3, 8, 5, 1
};
int maxim; /* максимальный элемент массива */
/* quick sort */
qsort (a, from, to)
int a[]; /* сортируемый массив */
int from; /* левый начальный индекс */
int to; /* правый конечный индекс */
{
register i, j, x, tmp;
if( from >= to ) return;
/* число элементов <= 1 */
i = from; j = to;
x = a[ (i+j) / 2 ]; /* значение из середины */
do{
/* сужение вправо */
while( a[i] < x ) i++ ;
/* сужение влево */
while( x < a[j] ) j--;
if( i <= j ){ /* обменять */
tmp = a[i]; a[i] = a[j] ; a[j] = tmp;
i++; j--;
demochanges(); /* визуализация */
}
} while( i <= j );
/* Теперь обе части сошлись в одной точке.
* Длина левой части = j - from + 1
* правой = to - i + 1
* Все числа в левой части меньше всех чисел в правой.
* Теперь надо просто отсортировать каждую часть в отдельности.
* Сначала сортируем более короткую (для экономии памяти
* в стеке ). Рекурсия:
*/
if( (j - from) < (to - i) ){
qsort( a, from, j );
qsort( a, i, to );
} else {
qsort( a, i, to );
qsort( a, from, j );
}
}
А. Богатырев, 1992-95 - 23 - Си в UNIX
int main (){
register i;
initscr(); /* запуск curses-а */
/* поиск максимального числа в массиве */
for( maxim = target[0], i = 1 ; i < N ; i++ )
if( target[i] > maxim )
maxim = target[i];
demochanges();
qsort( target, 0, N-1 );
demochanges();
mvcur( -1, -1, LINES-1, 0);
/* курсор в левый нижний угол */
endwin(); /* завершить работу с curses-ом */
return 0;
}
#define GAPY 2
#define GAPX 20
/* нарисовать картинку */
demochanges(){
register i, j;
int h = LINES - 3 * GAPY - N;
int height;
erase(); /* зачистить окно */
attron( A_REVERSE );
/* рисуем матрицу упорядоченности */
for( i=0 ; i < N ; i++ )
for( j = 0; j < N ; j++ ){
move( GAPY + i , GAPX + j * 2 );
addch( target[i] >= target[j] ? '*' : '.' );
addch( ' ' );
/* Рисовать '*' если элементы
* идут в неправильном порядке.
* Возможен вариант проверки target[i] > target[j]
*/
}
attroff( A_REVERSE );
/* массив */
for( i = 0 ; i < N ; i++ ){
move( GAPY + i , 5 );
printw( "%4d", target[i] );
height = (long) h * target[i] / maxim ;
for( j = 2 * GAPY + N + (h - height) ;
j < LINES - GAPY; j++ ){
move( j, GAPX + i * 2 );
addch( '|' );
}
}
refresh(); /* проявить картинку */
sleep(1);
}
А. Богатырев, 1992-95 - 24 - Си в UNIX
1.51. Реализуйте приведенный фрагмент программы без использования оператора goto и
без меток.
if ( i > 10 ) goto M1;
goto M2;
M1: j = j + i; flag = 2; goto M3;
M2: j = j - i; flag = 1;
M3: ;
Заметьте, что помечать можно только оператор (может быть пустой); поэтому не может
встретиться фрагмент
{ ..... Label: } а только { ..... Label: ; }
1.52. В каком случае оправдано использование оператора goto?
Ответ: при выходе из вложенных циклов, т.к. оператор break позволяет выйти
только из самого внутреннего цикла (на один уровень).
1.53. К какому if-у относится else?
if(...) ... if(...) ... else ...
Ответ: ко второму (к ближайшему предшествующему, для которого нет другого else).
Вообще же лучше явно расставлять скобки (для ясности):
if(...){ ... if(...) ... else ... }
if(...){ ... if(...) ... } else ...
1.54. Макроопределение, чье тело представляет собой последовательность операторов в
{...} скобках (блок), может вызвать проблемы при использовании его в условном опера-
торе if с else-частью:
#define MACRO { x=1; y=2; }
if(z) MACRO;
else .......;
Мы получим после макрорасширения
if(z) { x=1; y=2; } /* конец if-а */ ;
else .......; /* else ни к чему не относится */
то есть синтаксически ошибочный фрагмент, так как должно быть либо
if(...) один_оператор;
else .....
либо
if(...){ последовательность; ...; операторов; }
else .....
где точка-с-запятой после } не нужна. С этим явлением борются, оформляя блок {...} в
виде do{...}while(0)
#define MACRO do{ x=1; y=2; }while(0)
Тело такого "цикла" выполняется единственный раз, при этом мы получаем правильный
текст:
А. Богатырев, 1992-95 - 25 - Си в UNIX
if(z) do{ x=1; y=2; }while(0);
else .......;
1.55. В чем ошибка (для знающих язык "Паскаль")?
int x = 12;
if( x < 20 and x > 10 ) printf( "O'K\n");
else if( x > 100 or x < 0 ) printf( "Bad x\n");
else printf( "x=%d\n", x);
Напишите
#define and &&
#define or ||
1.56. Почему программа зацикливается? Мы хотим подсчитать число пробелов и табуля-
ций в начале строки:
int i = 0;
char *s = " 3 spaces";
while(*s == ' ' || *s++ == '\t')
printf( "Пробел %d\n", ++i);
Ответ: логические операции || и && выполняются слева направо; как только какое-то
условие в || оказывается истинным (а в && ложным) - дальнейшие условия просто не
вычисляются. В нашем случае условие *s==' ' сразу же верно, и операция s++ из второго
условия не выполняется! Мы должны были написать хотя бы так:
while(*s == ' ' || *s == '\t'){
printf( "Пробел %d\n", ++i); s++;
}
С другой стороны, это свойство || и && черезвычайно полезно, например:
if( x != 0.0 && y/x < 1.0 ) ... ;
Если бы мы не вставили проверку на 0, мы могли бы получить деление на 0. В данном же
случае при x==0 деление просто не будет вычисляться. Вот еще пример:
int a[5], i;
for(i=0; i < 5 && a[i] != 0; ++i) ...;
Если i выйдет за границу массива, то сравнение a[i] с нулем уже не будет вычисляться,
т.е. попытки прочесть элемент не входящий в массив не произойдет.
Это свойство && позволяет писать довольно неочевидные конструкции, вроде
if((cond) && f());
что оказывается эквивалентным
if( cond ) f();
Вообще же
if(C1 && C2 && C3) DO;
эквивалентно
if(C1) if(C2) if(C3) DO;
и для "или"
А. Богатырев, 1992-95 - 26 - Си в UNIX
if(C1 || C2 || C3) DO;
эквивалентно
if(C1) goto ok;
else if(C2) goto ok;
else if(C3){ ok: DO; }
Вот еще пример, пользующийся этим свойством ||
#include
main(argc, argv) int argc; char *argv[];
{ FILE *fp;
if(argc < 2 || (fp=fopen(argv[1], "r")) == NULL){
fprintf(stderr, "Плохое имя файла\n");
exit(1); /* завершить программу */
}
...
}
Если argc==1, то argv[1] не определено, однако в этом случае попытки открыть файл с
именем argv[1] просто не будет предпринято!
Ниже приведен еще один содержательный пример, представляющий собой одну из воз-
можных схем написания "двуязычных" программ, т.е. выдающих сообщения на одном из двух
языков по вашему желанию. Проверяется переменная окружения MSG (или LANG):
ЯЗЫК:
1) "MSG=engl" английский
2) MSG нет в окружении английский
3) "MSG=rus" русский
Про окружение и функцию getenv() смотри в главе "Взаимодействие с UNIX", про strchr()
- в главе "Массивы и строки".
#include
int _ediag = 0; /* язык диагностик: 1-русский */
extern char *getenv(), *strchr();
#define ediag(e,r) (_ediag?(r):(e))
main(){ char *s;
_ediag = ((s=getenv("MSG")) != NULL &&
strchr("rRрР", *s) != NULL);
printf(ediag("%d:english\n", "%d:русский\n"), _ediag);
}
Если переменная MSG не определена, то s==NULL и функция strchr(s,...) не вызывается
(ее первый фргумент не должен быть NULL-ом). Здесь ее можно было бы упрощенно заме-
нить на *s=='r'; тогда если s равно NULL, то обращение *s было бы незаконно (обраще-
ние по указателю NULL дает непредсказуемые результаты и, скорее всего, вызовет крах
программы).
1.57. Иногда логическое условие можно сделать более понятным, используя правила де-
Моргана:
a && b = ! ( !a || !b )
a || b = ! ( !a && !b )
а также учитывая, что
! !a = a
! (a == b) = (a != b)
Например:
А. Богатырев, 1992-95 - 27 - Си в UNIX
if( c != 'a' && c != 'b' && c != 'c' )...;
превращается в
if( !(c == 'a' || c == 'b' || c == 'c')) ...;
1.58. Пример, в котором используются побочные эффекты вычисления выражений. Обычно
значение выражения присваивается некоторой переменной, но это не необходимо. Поэтому
можно использовать свойства вычисления && и || в выражениях (хотя это не есть самый
понятный способ написания программ, скорее некоторый род извращения). Ограничение тут
таково: все части выражения должны возвращать значения.
#include
extern int errno; /* код системной ошибки */
FILE *fp;
int openFile(){
errno = 0;
fp = fopen("/etc/inittab", "r");
printf("fp=%x\n", fp);
return(fp == NULL ? 0 : 1);
}
int closeFile(){
printf("closeFile\n");
if(fp) fclose(fp);
return 0;
}
int die(int code){
printf("exit(%d)\n", code);
exit(code);
return 0;
}
void main(){
char buf[2048];
if( !openFile()) die(errno); closeFile();
openFile() || die(errno); closeFile();
/* если файл открылся, то die() не вычисляется */
openFile() ? 0 : die(errno); closeFile();
if(openFile()) closeFile();
openFile() && closeFile();
/* вычислить closeFile() только если openFile() удалось */
openFile() && (printf("%s", fgets(buf, sizeof buf, fp)), closeFile());
}
В последней строке использован оператор "запятая": (a,b,c) возвращает значение выра-
жения c.
1.59. Напишите функцию, вычисляющую сумму массива заданных чисел.
1.60. Напишите функцию, вычисляющую среднее значение массива заданных чисел.
1.61. Что будет напечатано в результате работы следующего цикла?
for ( i = 36; i > 0; i /= 2 )
printf ( "%d%s", i,
i==1 ? ".\n":", ");
А. Богатырев, 1992-95 - 28 - Си в UNIX
Ответ: 36, 18, 9, 4, 2, 1.
1.62. Найдите ошибки в следующей программе:
main {
int i, j, k(10);
for ( i = 0, i <= 10, i++ ){
k[i] = 2 * i + 3;
for ( j = 0, j <= i, j++ )
printf ("%i\n", k[j]);
}
}
Обратите внимание на формат %i, существует ли такой формат? Есть ли это тот формат,
по которому следует печатать значения типа int?
1.63. Напишите программу, которая распечатывает элементы массива. Напишите прог-
рамму, которая распечатывает элементы массива по 5 чисел в строке.
1.64. Составьте программу считывания строк символов из стандартного ввода и печати
номера введенной строки, адреса строки в памяти ЭВМ, значения строки, длины строки.
1.65. Стилистическое замечание: в операторе return возвращаемое выражение не обяза-
тельно должно быть в ()-скобках. Дело в том, что return - не функция, а оператор.
return выражение;
return (выражение);
Однако если вы вызываете функцию (например, exit) - то аргументы должны быть в круг-
лых скобках: exit(1); но не exit 1;
1.66. Избегайте ситуации, когда функция в разных ветвях вычисления то возвращает
некоторое значение, то не возвращает ничего:
int func (int x) {
if( x > 10 ) return x*2;
if( x == 10 ) return (10);
/* а здесь - неявный return; без значения */
}
при x < 10 функция вернет непредсказуемое значение! Многие компиляторы распознают
такие ситуации и выдают предупреждение.
1.67. Напишите программу, запрашивающую ваше имя и "приветствующую" вас. Напишите
функцию чтения строки. Используйте getchar() и printf().
Ответ:
#include /* standard input/output */
main(){
char buffer[81]; int i;
printf( "Введите ваше имя:" );
while((i = getstr( buffer, sizeof buffer )) != EOF){
printf( "Здравствуй, %s\n", buffer );
printf( "Введите ваше имя:" );
}
}
getstr( s, maxlen )
char *s; /* куда поместить строку */
int maxlen; /* длина буфера:
А. Богатырев, 1992-95 - 29 - Си в UNIX
макс. длина строки = maxlen-1 */
{ int c; /* не char! (почему ?) */
register int i = 0;
maxlen--; /* резервируем байт под конечный '\0' */
while(i < maxlen && (c = getchar()) != '\n'
&& c != EOF )
s[i++] = c;
/* обратите внимание, что сам символ '\n'
* в строку не попадет */
s[i] = '\0'; /* признак конца строки */
return (i == 0 && c == EOF) ? EOF : i;
/* вернем длину строки */
}
Вот еще один вариант функции чтения строки: в нашем примере ее следует вызывать как
fgetstr(buffer,sizeof(buffer),stdin);
Это подправленный вариант стандартной функции fgets (в ней строки @1 и @2 обменяны
местами).
char *fgetstr(char *s, int maxlen, register FILE *fp){
register c; register char *cs = s;
while(--maxlen > 0 && (c = getc(fp)) != EOF){
if(c == '\n') break; /* @1 */
*cs++ = c; /* @2 */
}
if(c == EOF && cs == s) return NULL;
/* Заметьте, что при EOF строка s не меняется! */
*cs = '\0'; return s;
}
Исследуйте поведение этих функций, когда входная строка слишком длинная (длиннее max-
len). Замечание: вместо нашей "рукописной" функции getstr() мы могли бы использовать
стандартную библиотечную функцию gets(buffer).
1.68. Объясните, почему d стало отрицательным и почему %X печатает больше F, чем в
исходном числе? Пример выполнялся на 32-х битной машине.
main(){
unsigned short u = 65535; /* 16 бит: 0xFFFF */
short d = u; /* 15 бит + знаковый бит */
printf( "%X %d\n", d, d); /* FFFFFFFF -1 */
}
Указание: рассмотрите двоичное представление чисел (смотри приложение). Какие приве-
дения типов здесь происходят?
1.69. Почему 128 превратилось в отрицательное число?
main()
{
/*signed*/ char c = 128; /* биты: 10000000 */
unsigned char uc = 128;
int d = c; /* используется 32-х битный int */
printf( "%d %d %x\n", c, d, d );
/* -128 -128 ffffff80 */
d = uc;
printf( "%d %d %x\n", uc, d, d );
/* 128 128 80 */
}
А. Богатырев, 1992-95 - 30 - Си в UNIX
Ответ: при приведении char к int расширился знаковый бит (7-ой), заняв всю старшую
часть слова. Знаковый бит int-а стал равен 1, что является признаком отрицательного
числа. То же будет происходить со всеми значениями c из диапазона 128..255 (содержа-
щими бит 0200). При приведении unsigned char к int знаковый бит не расширяется.
Можно было поступить еще и так:
printf( "%d\n", c & 0377 );
Здесь c приводится к типу int (потому что при использовании в аргументах функции тип
char ВСЕГДА приводится к типу int), затем &0377 занулит старший байт полученного
целого числа (состоящий из битов 1), снова превратив число в положительное.
1.70. Почему
printf("%d\n", '\377' == 0377 );
printf("%d\n", '\xFF' == 0xFF );
печатает 0 (ложь)? Ответ: по той же причине, по которой
printf("%d %d\n", '\377', 0377);
печатает -1 255, а именно: char '\377' приводится в выражениях к целому расширением
знакового бита (а 0377 - уже целое).
1.71. Рассмотрим программу
#include
int main(int ac, char **av){
int c;
while((c = getchar()) != EOF)
switch(c){
case 'ы': printf("Буква ы\n"); break;
case 'й': printf("Буква й\n"); break;
default: printf("Буква с кодом %d\n", c); break;
}
return 0;
}
Она работает так:
% a.out
йфыв
Буква с кодом 202
Буква с кодом 198
Буква с кодом 217
Буква с кодом 215
Буква с кодом 10
^D
%
Выполняется всегда default, почему не выполняются case 'ы' и case 'й'?
Ответ: русские буквы имеют восьмой бит (левый) равный 1. В case такой байт при-
водится к типу int расширением знакового бита. В итоге получается отрицательное
число. Пример:
void main(void){
int c = 'й';
printf("%d\n", c);
}
печатает -54
А. Богатырев, 1992-95 - 31 - Си в UNIX
Решением служит подавление расширения знакового бита:
#include
/* Одно из двух */
#define U(c) ((c) & 0xFF)
#define UC(c) ((unsigned char) (c))
int main(int ac, char **av){
int c;
while((c = getchar()) != EOF)
switch(c){
case U('ы'): printf("Буква ы\n"); break;
case UC('й'): printf("Буква й\n"); break;
default: printf("Буква с кодом %d\n", c); break;
}
return 0;
}
Она работает правильно:
% a.out
йфыв
Буква й
Буква с кодом 198
Буква ы
Буква с кодом 215
Буква с кодом 10
^D
%
Возможно также использование кодов букв:
case 0312:
но это гораздо менее наглядно. Подавление знакового бита необходимо также и в опера-
торах if:
int c;
...
if(c == 'й') ...
следует заменить на
if(c == UC('й')) ...
Слева здесь - signed int, правую часть компилятор тоже приводит к signed int. Прихо-
дится явно говорить, что справа - unsigned.
1.72. Рассмотрим программу, которая должна напечатать числа от 0 до 255. Для этих
чисел в качестве счетчика достаточен один байт:
int main(int ac, char *av[]){
unsigned char ch;
for(ch=0; ch < 256; ch++)
return 0;
}
Однако эта программа зацикливается, поскольку в момент, когда ch==255, это значение
меньше 256. Следующим шагом выполняется ch++, и ch становится равно 0, ибо для char
А. Богатырев, 1992-95 - 32 - Си в UNIX
вычисления ведутся по модулю 256 (2 в 8 степени). То есть в данном случае 255+1=0
Решений существует два: первое - превратить unsigned char в int. Второе - вста-
вить явную проверку на последнее значение диапазона.
int main(int ac, char *av[]){
unsigned char ch;
for(ch=0; ; ch++){
printf("%d\n", ch);
if(ch == 255) break;
}
return 0;
}
1.73. Подумайте, почему для
unsigned a, b, c;
a < b + c не эквивалентно a - b < c
(первое - более корректно). Намек в виде примера (он выполнялся на 32-битной машине):
a = 1; b = 3; c = 2;
printf( "%u\n", a - b ); /* 4294967294, хотя в
нормальной арифметике 1 - 3 = -2 */
printf( "%d\n", a < b + c ); /* 1 */
printf( "%d\n", a - b < c ); /* 0 */
Могут ли unsigned числа быть отрицательными?
1.74. Дан текст:
short x = 40000;
printf("%d\n", x);
Печатается -25536. Объясните эффект. Указание: каково наибольшее представимое корот-
кое целое (16 битное)? Что на самом деле оказалось в x? (лишние слева биты - обруба-
ются).
1.75. Почему в примере
double x = 5 / 2;
printf( "%g\n", x );
значение x равно 2 а не 2.5 ?
Ответ: производится целочисленное деление, затем в присваивании целое число 2
приводится к типу double. Чтобы получился ответ 2.5, надо писать одним из следующих
способов:
double x = 5.0 / 2;
x = 5 / 2.0;
x = (double) 5 / 2;
x = 5 / (double) 2;
x = 5.0 / 2.0;
то есть в выражении должен быть хоть один операнд типа double.
Объясните, почему следующие три оператора выдают такие значения:
А. Богатырев, 1992-95 - 33 - Си в UNIX
double g = 9.0;
int t = 3;
double dist = g * t * t / 2; /* 40.5 */
dist = g * (t * t / 2); /* 36.0 */
dist = g * (t * t / 2.0); /* 40.5 */
В каких случаях деление целочисленное, в каких - вещественное? Почему?
1.76. Странслируйте пример на машине с длиной слова int равной 16 бит:
long n = 1024 * 1024;
long nn = 512 * 512;
printf( "%ld %ld\n", n, nn );
Почему печатается 0 0 а не 1048576 262144?
Ответ: результат умножения (2**20 и 2**18) - это целое число; однако оно слишком
велико для сохранения в 16 битах, поэтому старшие биты обрубаются. Получается 0.
Затем в присваивании это уже обрубленное значение приводится к типу long (32 бита) -
это все равно будет 0.
Чтобы получить корректный результат, надо чтобы выражение справа от = уже имело
тип long и сразу сохранялось в 32 битах. Для этого оно должно иметь хоть один операнд
типа long:
long n = (long) 1024 * 1024;
long nn = 512 * 512L;
1.77. Найдите ошибку в операторе:
x - = 4; /* вычесть из x число 4 */
Ответ: между `-' и `=' не должно быть пробела. Операция вида
x @= expr;
означает
x = x @ expr;
(где @ - одна из операций + - * / % ^ >>>> <<<< & |), причем x здесь вычисляется единст-
венный раз (т.е. такая форма не только короче и понятнее, но и экономичнее).
Однако имеется тонкое отличие a=a+n от a+=n; оно заключается в том, сколько раз
вычисляется a. В случае a+=n единожды; в случае a=a+n два раза.
А. Богатырев, 1992-95 - 34 - Си в UNIX
#include
static int x = 0;
int *iaddr(char *msg){
printf("iaddr(%s) for x=%d evaluated\n", msg, x);
return &x;
}
int main(){
static int a[4];
int *p, i;
printf( "1: "); x = 0; (*iaddr("a"))++;
printf( "2: "); x = 0; *iaddr("b") += 1;
printf( "3: "); x = 0; *iaddr("c") = *iaddr("d") + 1;
for(i=0, p = a; i < sizeof(a)/sizeof(*a); i++) a[i] = 0;
*p++ += 1;
for(i=0; i < sizeof(a)/sizeof(*a); i++)
printf("a[%d]=%d ", i, a[i]);
printf("offset=%d\n", p - a);
for(i=0, p = a; i < sizeof(a)/sizeof(*a); i++) a[i] = 0;
*p++ = *p++ + 1;
for(i=0; i < sizeof(a)/sizeof(*a); i++)
printf("a[%d]=%d ", i, a[i]);
printf("offset=%d\n", p - a);
return 0;
}
Выдача:
1: iaddr(a) for x=0 evaluated
2: iaddr(b) for x=0 evaluated
3: iaddr(d) for x=0 evaluated
iaddr(c) for x=0 evaluated
a[0]=1 a[1]=0 a[2]=0 a[3]=0 offset=1
a[0]=1 a[1]=0 a[2]=0 a[3]=0 offset=2
Заметьте также, что
a[i++] += z;
это
a[i] = a[i] + z; i++;
а вовсе не
a[i++] = a[i++] + z;
1.78. Операция y = ++x; эквивалентна
y = (x = x+1, x);
а операция y = x++; эквивалентна
y = (tmp = x, x = x+1, tmp);
или
y = (x += 1) - 1;
где tmp - временная псевдопеременная того же типа, что и x. Операция `,' выдает
А. Богатырев, 1992-95 - 35 - Си в UNIX
значение последнего выражения из перечисленных (подробнее см. ниже).
Пусть x=1. Какие значения будут присвоены x и y после выполнения оператора
y = ++x + ++x + ++x;
1.79. Пусть i=4. Какие значения будут присвоены x и i после выполнения оператора
x = --i + --i + --i;
1.80. Пусть x=1. Какие значения будут присвоены x и y после выполнения оператора
y = x++ + x++ + x++;
1.81. Пусть i=4. Какие значения будут присвоены i и y после выполнения оператора
y = i-- + i-- + i--;
1.82. Корректны ли операторы
char *p = "Jabberwocky"; char s[] = "0123456789?";
int i = 0;
s[i] = p[i++]; или *p = *++p;
или s[i] = i++;
или даже *p++ = f( *p );
Ответ: нет, стандарт не предусматривает, какая из частей присваивания вычисляется
первой: левая или правая. Поэтому все может работать так, как мы и подразумевали, но
может и иначе! Какое i используется в s[i]: 0 или уже 1 (++ уже сделан или нет), то
есть
int i = 0; s[i] = i++; это
s[0] = 0; или же s[1] = 0; ?
Какое p будет использовано в левой части *p: уже продвинутое или старое? Еще более
эта идея драматизирована в
s[i++] = p[i++];
Заметим еще, что в
int i=0, j=0;
s[i++] = p[j++];
такой проблемы не возникает, поскольку индексы обоих в частях присваивания незави-
симы. Зато аналогичная проблема встает в
if( a[i++] < b[i] )...;
Порядок вычисления операндов не определен, поэтому неясно, что будет сделано прежде:
взято значение b[i] или значение a[i++] (тогда будет взято b[i+1] ). Надо писать
так, чтобы не полагаться на особенности вашего компилятора:
if( a[i] < b[i+1] )...; или *p = *(p+1);
i++; ++p;
А. Богатырев, 1992-95 - 36 - Си в UNIX
Твердо усвойте, что i++ и ++i не только выдают значения i и i+1 соответственно,
но и изменяют значение i. Поэтому эти операторы НЕ НАДО использовать там, где по
смыслу требуется i+1, а не i=i+1. Так для сравнения соседних элементов массива
if( a[i] < a[i+1] ) ... ; /* верно */
if( a[i] < a[++i] ) ... ; /* неверно */
1.83. Порядок вычисления операндов в бинарных выражениях не определен (что раньше
вычисляется - левый операнд или же правый ?). Так пример
int f(x,s) int x; char *s;
{ printf( "%s:%d ", s, x ); return x; }
main(){
int x = 1;
int y = f(x++, "f1") + f(x+=2, "f2");
printf("%d\n", y);
}
может печатать либо
f1:1 f2:4 5
либо
f2:3 f1:3 6
в зависимости от особенностей поведения вашего компилятора (какая из двух f() выпол-
нится первой: левая или правая?). Еще пример:
int y = 2;
int x = ((y = 4) * y );
printf( "%d\n", x );
Может быть напечатано либо 16, либо 8 в зависимости от поведения компилятора, т.е.
данный оператор немобилен. Следует написать
y = 4; x = y * y;
1.84. Законен ли оператор
f(x++, x++); или f(x, x++);
Ответ: Нет, порядок вычисления аргументов функций не определен. По той же причине мы
не можем писать
f( c = getchar(), c );
а должны писать
c = getchar(); f(c, c);
(если мы именно это имели в виду). Вот еще пример:
...
case '+':
push(pop()+pop()); break;
case '-':
push(pop()-pop()); break;
...
А. Богатырев, 1992-95 - 37 - Си в UNIX
следует заменить на
...
case '+':
push(pop()+pop()); break;
case '-':
{ int x = pop(); int y = pop();
push(y - x); break;
}
...
И еще пример:
int x = 0;
printf( "%d %d\n", x = 2, x ); /* 2 0 либо 2 2 */
Нельзя также
struct pnt{ int x; int y; }arr[20]; int i=0;
...
scanf( "%d%d", & arr[i].x, & arr[i++].y );
поскольку i++ может сделаться раньше, чем чтение в x. Еще пример:
main(){
int i = 3;
printf( "%d %d %d\n", i += 7, i++, i++ );
}
который показывает, что на IBM PC [*] и PDP-11 [**] аргументы функций вычисляются справа
налево (пример печатает 12 4 3). Впрочем, другие компиляторы могут вычислять их
слева направо (как и подсказывает нам здравый смысл).
1.85. Программа печатает либо x=1 либо x=0 в зависимости от КОМПИЛЯТОРА - вычисля-
ется ли раньше правая или левая часть оператора вычитания:
#include
void main(){
int c = 1;
int x = c - c++;
printf( "x=%d c=%d\n", x, c );
exit(0);
}
Что вы имели в виду ?
left = c; right = c++; x = left - right;
или
right = c++; left = c; x = left - right;
А если компилятор еще и распараллелит вычисление left и right - то одна программа в
разные моменты времени сможет давать разные результаты.
____________________
[*] IBM ("Ай-би-эм") - International Buisiness Machines Corporation. Персональные
компьютеры IBM PC построены на базе микропроцессоров фирмы Intel.
[**] PDP-11 - (Programmed Data Processor) - компьютер фирмы DEC (Digital Equipment
Corporation), у нас известный как СМ-1420. Эта же фирма выпускает машину VAX.
А. Богатырев, 1992-95 - 38 - Си в UNIX
Вот еще достойная задачка:
x = c-- - --c; /* c-----c */
1.86. Напишите программу, которая устанавливает в 1 бит 3 и сбрасывает в 0 бит 6.
Биты в слове нумеруются с нуля справа налево. Ответ:
int x = 0xF0;
x |= (1 << 3);
x &= ~(1 << 6);
В программах часто используют битовые маски как флаги некоторых параметров (признак -
есть или нет). Например:
#define A 0x08 /* вход свободен */
#define B 0x40 /* выход свободен */
установка флагов : x |= A|B;
сброс флагов : x &= ~(A|B);
проверка флага A : if( x & A ) ...;
проверка, что оба флага есть: if((x & (A|B)) == (A|B))...;
проверка, что обоих нет : if((x & (A|B)) == 0 )...;
проверка, что есть хоть один: if( x & (A|B))...;
проверка, что есть только A : if((x & (A|B)) == A)...;
проверка, в каких флагах
различаются x и y : diff = x ^ y;
1.87. В программах иногда требуется использовать "множество": каждый допустимый эле-
мент множества имеет номер и может либо присутствовать в множестве, либо отсутство-
вать. Число вхождений не учитывается. Множества принято моделировать при помощи
битовых шкал:
#define SET(n,a) (a[(n)/BITS] |= (1L <<((n)%BITS)))
#define CLR(n,a) (a[(n)/BITS] &= ~(1L <<((n)%BITS)))
#define ISSET(n,a) (a[(n)/BITS] & (1L <<((n)%BITS)))
#define BITS 8 /* bits per char (битов в байте) */
/* Перечислимый тип */
enum fruit { APPLE, PEAR, ORANGE=113,
GRAPES, RAPE=125, CHERRY};
/* шкала: n из интервала 0..(25*BITS)-1 */
static char fr[25];
main(){
SET(GRAPES, fr); /* добавить в множество */
if(ISSET(GRAPES, fr)) printf("here\n");
CLR(GRAPES, fr); /* удалить из множества */
}
1.88. Напишите программу, распечатывающую все возможные перестановки массива из N
элементов. Алгоритм будет рекурсивным, например таким: в качестве первого элемента
перестановки взять i-ый элемент массива. Из оставшихся элементов массива (если такие
есть) составить все перестановки порядка N-1. Выдать все перестановки порядка N,
получающиеся склейкой i-ого элемента и всех (по очереди) перестановок порядка N-1.
Взять следующее i и все повторить.
Главная проблема здесь - организовать оставшиеся после извлечения i-ого элемента
элементы массива в удобную структуру данных (чтобы постоянно не копировать массив).
Можно использовать, например, битовую шкалу уже выбранных элементов. Воспользуемся
для этого макросами из предыдущего параграфа:
А. Богатырев, 1992-95 - 39 - Си в UNIX
/* ГЕНЕРАТОР ПЕРЕСТАНОВОК ИЗ n ЭЛЕМЕНТОВ ПО m */
extern void *calloc(unsigned nelem, unsigned elsize);
/* Динамический выделитель памяти, зачищенной нулями.
* Это стандартная библиотечная функция.
* Обратная к ней - free();
*/
extern void free(char *ptr);
static int N, M, number;
static char *scale; /* шкала выбранных элементов */
int *res; /* результат */
/* ... текст определений SET, CLR, ISSET, BITS ... */
static void choose(int ind){
if(ind == M){ /* распечатать перестановку */
register i;
printf("Расстановка #%04d", ++number);
for(i=0; i < M; i++) printf(" %2d", res[i]);
putchar('\n'); return;
} else
/* Выбрать очередной ind-тый элемент перестановки
* из числа еще не выбранных элементов.
*/
for(res[ind] = 0; res[ind] < N; ++res[ind])
if( !ISSET(res[ind], scale)) {
/* элемент еще не был выбран */
SET(res[ind], scale); /* выбрать */
choose(ind+1);
CLR(res[ind], scale); /* освободить */
}
}
void arrange(int n, int m){
res = (int *) calloc(m, sizeof(int));
scale = (char *) calloc((n+BITS-1)/BITS, 1);
M = m; N = n; number = 0;
if( N >= M ) choose(0);
free((char *) res); free((char *) scale);
}
void main(int ac, char **av){
if(ac != 3){ printf("Arg count\n"); exit(1); }
arrange(atoi(av[1]), atoi(av[2]));
}
Программа должна выдать n!/(n-m)! расстановок, где x! = 1*2*...*x - функция "факто-
риал". По определению 0! = 1. Попробуйте переделать эту программу так, чтобы оче-
редная перестановка печаталась по запросу:
res = init_iterator(n, m);
/* печатать варианты, пока они есть */
while( next_arrangement (res))
print_arrangement(res, m);
clean_iterator(res);
1.89. Напишите макроопределения циклического сдвига переменной типа unsigned int на
skew бит влево и вправо (ROL и ROR). Ответ:
#define BITS 16 /* пусть целое состоит из 16 бит */
#define ROL(x,skew) x=(x<<(skew))|(x>>(BITS-(skew)))
#define ROR(x,skew) x=(x>>(skew))|(x<<(BITS-(skew)))
А. Богатырев, 1992-95 - 40 - Си в UNIX
Вот как работает ROL(x, 2) при BITS=6
|abcdef| исходно
abcdef00 << 2
0000abcdef >> 4
------ операция |
cdefab результат
В случае signed int потребуется накладывать маску при сдвиге вправо из-за того, что
левые биты при >>>> не заполняются нулями. Приведем пример для сдвига переменной типа
signed char (по умолчанию все char - знаковые) на 1 бит влево:
#define CHARBITS 8
#define ROLCHAR1(x) x=(x<<1)|((x>>(CHARBITS-1)) & 01)
соответственно для сдвига
на 2 бита надо делать & 03
на 3 & 07
на 4 & 017
на skew & ~(~0 << skew)
1.90. Напишите программу, которая инвертирует (т.е. заменяет 1 на 0 и наоборот) N
битов, начинающихся с позиции P, оставляя другие биты без изменения. Возможный
ответ:
unsigned x, mask;
mask = ~(~0 << N) << P;
x = (x & ~mask) | (~x & mask);
/* xnew */
Где маска получается так:
~0 = 11111....11111
~0 << N = 11111....11000 /* N нулей */
~(~0 << N) = 00000....00111 /* N единиц */
~(~0 << N) << P = 0...01110...00
/* N единиц на местах P+N-1..P */
1.91. Операции умножения * и деления / и % обычно достаточно медленны. В критичных
по скорости функциях можно предпринять некоторые ручные оптимизации, связанные с
представлением чисел в двоичном коде (хороший компилятор делает это сам!) - пользуясь
тем, что операции +, &, >>>> и <<<< гораздо быстрее. Пусть у нас есть
unsigned int x;
(для signed операция >>>> может не заполнять освобождающиеся левые биты нулем!) и 2**n
означает 2 в степени n. Тогда:
x * (2**n) = x << n
x / (2**n) = x >> n
x % (2**n) = x - ((x >> n) << n)
x % (2**n) = x & (2**n - 1)
это 11...111 n двоичных единиц
Например:
А. Богатырев, 1992-95 - 41 - Си в UNIX
x * 8 = x << 3;
x / 8 = x >> 3; /* деление нацело */
x % 8 = x & 7; /* остаток от деления */
x * 80 = x*64 + x*16 = (x << 6) + (x << 4);
x * 320 = (x * 80) * 4 = (x * 80) << 2 =
(x << 8) + (x << 6);
x * 21 = (x << 4) + (x << 2) + x;
x & 1 = x % 2 = четное(x)? 0:1 = нечетное(x)? 1:0;
x & (-2) = x & 0xFFFE = | если x = 2*k то 2*k
| если x = 2*k + 1 то 2*k
| то есть округляет до четного
Или формула для вычисления количества дней в году (високосный/простой):
days_in_year = (year % 4 == 0) ? 366 : 365;
заменяем на
days_in_year = ((year & 0x03) == 0) ? 366 : 365;
Вот еще одно полезное равенство:
x = x & (a|~a) = (x & a) | (x & ~a) = (x&a) + (x&~a)
из чего вытекает, например
x - (x % 2**n) = x - (x & (2**n - 1)) =
= x & ~(2**n - 1) = (x>>n) << n
x - (x%8) = x-(x&7) = x & ~7
Последняя строка может быть использована в функции untab() в главе "Текстовая обра-
ботка".
1.92. Обычно мы вычисляем min(a,b) так:
#define min(a, b) (((a) < (b)) ? (a) : (b))
или более развернуто
if(a < b) min = a;
else min = b;
Здесь есть операция сравнения и условный переход. Однако, если (a < b) эквивалентно
условию (a - b) < 0, то мы можем избежать сравнения. Это предположение верно при
(unsigned int)(a - b) <= 0x7fffffff.
что, например, верно если a и b - оба неотрицательные числа между 0 и 0x7fffffff.
При этих условиях
min(a, b) = b + ((a - b) & ((a - b) >> 31));
Как это работает? Рассмотрим два случая:
А. Богатырев, 1992-95 - 42 - Си в UNIX
Случай 1: a < b
Здесь (a - b) < 0, поэтому старший (левый, знаковый) бит
разности (a - b) равен 1.
Следовательно, (a - b) >> 31 == 0xffffffff,
и мы имеем:
min(a, b) = b + ((a - b) & ((a - b) >> 31))
= b + ((a - b) & (0xffffffff))
= b + (a - b)
= a
что корректно.
Случай 2: a >= b
Здесь (a - b) >= 0, поэтому старший бит разности
(a - b) равен 0. Тогда (a - b) >> 31 == 0, и мы имеем:
min(a, b) = b + ((a - b) & ((a - b) >> 31))
= b + ((a - b) & (0x00000000))
= b + (0)
= b
что также корректно.
Статья предоставлена by Jeff Bonwick.
1.93. Есть ли быстрый способ определить, является ли X степенью двойки? Да, есть.
int X является степенью двойки
тогда и только тогда, когда
(X & (X - 1)) == 0
(в частности 2 здесь окажется степенью двойки). Как это работает? Пусть X != 0. Если
X - целое, то его двоичное представление таково:
X = bbbbbbbbbb10000...
где 'bbb' представляет некие биты, '1' - младший бит, и все остальные биты правее -
нули. Поэтому:
X = bbbbbbbbbb10000...
X - 1 = bbbbbbbbbb01111...
------------------------------------
X & (X - 1) = bbbbbbbbbb00000...
Другими словами, X & (X-1) имеет эффект обнуления последнего единичного бита. Если X
- степень двойки, то он содержит в двоичном представлении ровно ОДИН такой бит, поэ-
тому его гашение обращает результат в ноль. Если X - не степень двойки, то в слове
есть хотя бы ДВА единичных бита, поэтому X & (X-1) должно содержать хотя бы один из
оставшихся единичных битов - то есть не равняться нулю.
Следствием этого служит программа, вычисляющая число единичных битов в слове X:
int popc;
for (popc = 0; X != 0; X &= X - 1)
popc++;
При этом потребуется не 32 итерации (число бит в int), а ровно столько, сколько еди-
ничных битов есть в X. Статья предоставлена by Jeff Bonwick.
А. Богатырев, 1992-95 - 43 - Си в UNIX
1.94. Функция для поиска номера позиции старшего единичного бита в слове. Использу-
ется бинарный поиск: позиция находится максимум за 5 итераций (двоичный логарифм
32х), вместо 32 при линейном поиске.
int highbit (unsigned int x)
{
int i;
int h = 0;
for (i = 16; i >= 1; i >>= 1) {
if (x >> i) {
h += i;
x >>= i;
}
}
return (h);
}
Статья предоставлена by Jeff Bonwick.
1.95. Напишите функцию, округляющую свой аргумент вниз до степени двойки.
#include
#define INT short
#define INFINITY (-999)
/* Функция, выдающая число, являющееся округлением вниз
* до степени двойки.
* Например:
* 0000100010111000110
* заменяется на
* 0000100000000000000
* то есть остается только старший бит.
* В параметр power2 возвращается номер бита,
* то есть показатель степени двойки. Если число == 0,
* то эта степень равна минус бесконечности.
*/
А. Богатырев, 1992-95 - 44 - Си в UNIX
unsigned INT round2(unsigned INT x, int *power2){
/* unsigned - чтобы число рассматривалось как
* битовая шкала, а сдвиг >> заполнял левые биты
* нулем, а не расширял вправо знаковый бит.
* Идея функции: сдвигать число >> пока не получится 1
* (можно было бы выбрать 0).
* Затем сдвинуть << на столько же разрядов, при этом все правые
* разряды заполнятся нулем, что и требовалось.
*/
int n = 0;
if(x == 0){
*power2 = -INFINITY; return 0;
}
if(x == 1){
*power2 = 0; return 1;
}
while(x != 1){
x >>= 1;
n++;
if(x == 0 || x == (unsigned INT)(-1)){
printf("Вижу %x: похоже, что >> расширяет знаковый бит.\n"
"Зациклились!!!\n", x);
return (-1);
}
}
x <<= n;
*power2 = n; return x;
}
int counter[ sizeof(unsigned INT) * 8];
int main(void){
unsigned INT i;
int n2;
for(i=0; ; i++){
round2(i, &n2);
if(n2 == -INFINITY) continue;
counter[n2]++;
/* Нельзя писать for(i=0; i < (unsigned INT)(-1); i++)
* потому что такой цикл бесконечен!
*/
if(i == (unsigned INT) (-1)) break;
}
for(i=0; i < sizeof counter/sizeof counter[0]; i++)
printf("counter[%u]=%d\n", i, counter[i]);
return 0;
}
1.96. Если некоторая вычислительная функция будет вызываться много раз, не следует
пренебрегать возможностью построить таблицу решений, где значение вычисляется один
раз для каждого входного значения, зато потом берется непосредственно из таблицы и не
вычисляется вообще. Пример: подсчет числа единичных бит в байте. Напоминаю: байт
состоит из 8 бит.
А. Богатырев, 1992-95 - 45 - Си в UNIX
#include
int nbits_table[256];
int countBits(unsigned char c){
int nbits = 0;
int bit;
for(bit = 0; bit < 8; bit++){
if(c & (1 << bit))
nbits++;
}
return nbits;
}
void generateTable(){
int c;
for(c=0; c < 256; c++){
nbits_table[ (unsigned char) c ] = countBits(c);
/* printf("%u=%d\n", c, nbits_table[ c & 0377 ]); */
}
}
int main(void){
int c;
unsigned long bits = 0L;
unsigned long bytes = 0L;
generateTable();
while((c = getchar()) != EOF){
bytes++;
bits += nbits_table[ (unsigned char) c ];
}
printf("%lu байт\n", bytes);
printf("%lu единичных бит\n", bits);
printf("%lu нулевых бит\n", bytes*8 - bits);
return 0;
}
1.97. Напишите макрос swap(x, y), обменивающий значениями два своих аргумента типа
int.
#define swap(x,y) {int tmp=(x);(x)=(y);(y)=tmp;}
... swap(A, B); ...
Как можно обойтись без временной переменной? Ввиду некоторой курьезности последнего
способа, приводим ответ:
int x, y; /* A B */
x = x ^ y; /* A^B B */
y = x ^ y; /* A^B A */
x = x ^ y; /* B A */
Здесь используется тот факт, что A^A дает 0.
1.98. Напишите функцию swap(x, y) при помощи указателей. Заметьте, что в отличие от
макроса ее придется вызывать как
А. Богатырев, 1992-95 - 46 - Си в UNIX
... swap(&A, &B); ...
Почему?
1.99. Пример объясняет разницу между формальным и фактическим параметром. Термин
"формальный" означает, что имя параметра можно произвольно заменить другим (во всем
теле функции), т.е. само имя не существенно. Так
f(x,y) { return(x + y); } и
f(муж,жена) { return(муж + жена); }
воплощают одну и ту же функцию. "Фактический" - означает значение, даваемое пара-
метру в момент вызова функции:
f(xyz, 43+1);
В Си это означает, что формальным параметрам (в качестве локальных переменных) прис-
ваиваются начальные значения, равные значениям фактических параметров:
x = xyz; y = 43 + 1; /*в теле ф-ции их можно менять*/
При выходе из функции формальные параметры (и локальные переменные) разопределяются
(и даже уничтожаются, см. следующий параграф). Имена формальных параметров могут
"перекрывать" (делать невидимыми, override) одноименные глобальные переменные на
время выполнения данной функции.
Что печатает программа?
char str[] = "строка1";
char lin[] = "строка2";
f(str) char str[]; /* формальный параметр. */
{ printf( "%s %s\n", str, str ); }
main(){
char *s = lin;
/* фактический параметр: */
f(str); /* массив str */
f(lin); /* массив lin */
f(s); /* переменная s */
f("строка3"); /* константа */
f(s+2); /* значение выражения */
}
Обратите внимание, что параметр str из f(str) и массив str[] - это две совершенно
РАЗНЫЕ вещи, хотя и называющиеся одинаково. Переименуйте аргумент функции f и пере-
пишите ее в виде
f(ss) char ss[]; /* формальный параметр. */
{ printf( "%s %s\n", ss, str ); }
Что печатается теперь? Составьте аналогичный пример с целыми числами.
1.100. Поговорим более подробно про область видимости имен.
int x = 12;
f(x){ int y = x*x;
if(x) f(x - 1);
}
main(){ int x=173, z=21; f(2); }
Локальные переменные и аргументы функции отводятся в стеке при вызове функции и
А. Богатырев, 1992-95 - 47 - Си в UNIX
уничтожаются при выходе из нее:
-+ +- вершина стека
|локал y=0 |
|аргумент x=0 | f(0)
|---------------|---------
"кадр" |локал y=1 |
frame |аргумент x=1 | f(1)
|---------------|---------
|локал y=4 |
|аргумент x=2 | f(2)
|---------------|---------
|локал z=21 |
auto: |локал x=173 | main()
================================== дно стека
static: глобал x=12
==================================
Автоматические локальные переменные и аргументы функции видимы только в том вызове
функции, в котором они отведены; но не видимы ни в вызывающих, ни в вызываемых функ-
циях (т.е. видимость их ограничена рамками своего "кадра" стека). Статические гло-
бальные переменные видимы в любом кадре, если только они не "перекрыты" (заслонены)
одноименной локальной переменной (или формалом) в данном кадре.
Что напечатает программа? Постарайтесь ответить на этот вопрос не выполняя
программу на машине!
x1 x2 x3 x4 x5
int x = 12; /* x1 */ | . . . .
f(){ |___ . . .
int x = 8; /* x2, перекрытие */ : | . . .
printf( "f: x=%d\n", x ); /* x2 */ : | . . .
x++; /* x2 */ : | . . .
} :--+ . . .
g(x){ /* x3 */ :______ . .
printf( "g: x=%d\n", x ); /* x3 */ : | . .
x++; /* x3 */ : | . .
} :-----+ . .
h(){ :_________ .
int x = 4; /* x4 */ : | .
g(x); /* x4 */ : |___
{ int x = 55; } /* x5 */ : : |
printf( "h: x=%d\n", x ); /* x4 */ : |--+
} :--------+
main(){ |
f(); h(); |
printf( "main: x=%d\n", x ); /* x1 */ |
} ----
Ответ:
f: x=8
g: x=4
h: x=4
main: x=12
Обратите внимание на функцию g. Аргументы функции служат копиями фактических пара-
метров (т.е. являются локальными переменными функции, проинициализированными значени-
ями фактических параметров), поэтому их изменение не приводит к изменению фактичес-
кого параметра. Чтобы изменять фактический параметр, надо передавать его адрес!
А. Богатырев, 1992-95 - 48 - Си в UNIX
1.101. Поясним последнюю фразу. (Внимание! Возможно, что данный пункт вам следует
читать ПОСЛЕ главы про указатели). Пусть мы хотим написать функцию, которая обмени-
вает свои аргументы x и y так, чтобы выполнялось x < y. В качестве значения функция
будет выдавать (x+y)/2. Если мы напишем так:
int msort(x, y) int x, y;
{ int tmp;
if(x > y){ tmp=x; x=y; y=tmp; }
return (x+y)/2;
}
int x=20, y=8;
main(){
msort(x,y); printf("%d %d\n", x, y); /* 20 8 */
}
то мы не достигнем желаемого эффекта. Здесь переставляются x и y, которые являются
локальными переменными, т.е. копиями фактических параметров. Поэтому вне функции эта
перестановка никак не проявляется!
Чтобы мы могли изменить аргументы, копироваться в локальные переменные должны не
сами значения аргументов, а их адреса:
int msort(xptr, yptr) int *xptr, *yptr;
{ int tmp;
if(*xptr > *yptr){tmp= *xptr;*xptr= *yptr;*yptr=tmp;}
return (*xptr + *yptr)/2;
}
int x=20, y=8, z;
main(){
z = msort(&x,&y);
printf("%d %d %d\n", x, y, z); /* 8 20 14 */
}
Обратите внимание, что теперь мы передаем в функцию не значения x и y, а их адреса &x
и &y.
Именно поэтому (чтобы x смог измениться) стандартная функция scanf() требует
указания адресов:
int x; scanf("%d", &x); /* но не scanf("%d", x); */
Заметим, что адрес от арифметического выражения или от константы (а не от переменной)
вычислить нельзя, поэтому законны:
int xx=12, *xxptr = &xx, a[2] = { 13, 17 };
int *fy(){ return &y; }
msort(&x, &a[0]); msort(a+1, xxptr);
msort(fy(), xxptr);
но незаконны
msort(&(x+1), &y); и msort(&x, &17);
Заметим еще, что при работе с адресами мы можем направить указатель в неверное место
и получить непредсказуемые результаты:
msort(&xx - 20, a+40);
(указатели указывают неизвестно на что).
Резюме: если аргумент служит только для передачи значения В функцию - его не
надо (хотя и можно) делать указателем на переменную, содержащую требуемое значение
(если только это уже не указатель). Если же аргумент служит для передачи значения ИЗ
функции - он должен быть указателем на переменную возвращаемого типа (лучше
А. Богатырев, 1992-95 - 49 - Си в UNIX
возвращать значение как значение функции - return-ом, но иногда надо возвращать нес-
колько значений - и этого главного "окошка" не хватает).
Контрольный вопрос: что печатает фрагмент?
int a=2, b=13, c;
int f(x, y, z) int x, *y, z;
{
*y += x; x *= *y; z--;
return (x + z - a);
}
main(){ c=f(a, &b, a+4); printf("%d %d %d\n",a,b,c); }
(Ответ: 2 15 33)
1.102. Формальные аргументы функции - это такие же локальные переменные. Параметры
как бы описаны в самом внешнем блоке функции:
char *func1(char *s){
int s; /* ошибка: повторное определение имени s */
...
}
int func2(int x, int y){
int z;
...
}
соответствует
int func2(){
int x = безымянный_аргумент_1_со_стека;
int y = безымянный_аргумент_2_со_стека;
int z;
...
}
Мораль такова: формальные аргументы можно смело изменять и использовать как локальные
переменные.
1.103. Все параметры функции можно разбить на 3 класса:
- in - входные;
- out - выходные, служащие для возврата значения из функции; либо для изменения
данных, находящихся по этому адресу;
- in/out - для передачи значения в функцию и из функции.
Два последних типа параметров должны быть указателями. Иногда (особенно в прототипах
и в документации) бывает полезно указывать класс параметра в виде комментария:
int f( /*IN*/ int x,
/*OUT*/ int *yp,
/*INOUT*/ int *zp){
*yp = ++x + ++(*zp);
return (*zp *= x) - 1;
}
int x=2, y=3, z=4, res;
main(){ res = f(x, &y, &z);
printf("res=%d x=%d y=%d z=%d\n",res,x,y,z);
/* 14 2 8 15 */
}
Это полезно потому, что иногда трудно понять - зачем параметр описан как указатель.
То ли по нему выдается из функции информация, то ли это просто указатель на данные
(массив), передаваемые в функцию. В первом случае указуемые данные будут изменены, а
во втором - нет. В первом случае указатель должен указывать на зарезервированную нами
А. Богатырев, 1992-95 - 50 - Си в UNIX
область памяти, в которой будет размещен результат. Пример на эту тему есть в главе
"Текстовая обработка" (функция bi_conv).
1.104. Известен такой стиль оформления аргументов функции:
void func( int arg1
, char *arg2 /* argument 2 */
, char *arg3[]
, time_t time_stamp
){ ... }
Суть его в том, что запятые пишутся в столбик и в одну линию с ( и ) скобками для
аргументов. При таком стиле легче добавлять и удалять аргументы, чем при версии с
запятой в конце. Этот же стиль применим, например, к перечислимым типам:
enum { red
, green
, blue
};
Напишите программу, форматирующую заголовки функций таким образом.
1.105. В чем ошибка?
char *val(int x){
char str[20];
sprintf(str, "%d", x);
return str;
}
void main(){
int x = 5; char *s = val(x);
printf("The values:\n");
printf("%d %s\n", x, s);
}
Ответ: val возвращает указатель на автоматическую переменную. При выходе из функции
val() ее локальные переменные (в частности str[]) в стеке уничтожаются - указатель s
теперь указывает на испорченные данные! Возможным решением проблемы является превра-
щение str[] в статическую переменную (хранимую не в стеке):
static char str[20];
Однако такой способ не позволит писать конструкции вида
printf("%s %s\n", val(1), val(2));
так как под оба вызова val() используется один и тот же буфер str[] и будет печа-
таться "1 1" либо "2 2", но не "1 2". Более правильным будет задание буфера для
результата val() как аргумента:
char *val(int x, char str[]){
sprintf(str, "%d", x);
return str;
}
void main(){
int x=5, y=7;
char s1[20], s2[20];
printf("%s %s\n", val(x, s1), val(y, s2));
}
А. Богатырев, 1992-95 - 51 - Си в UNIX
1.106. Каковы ошибки (не синтаксические) в программе[*]?
main() {
double y; int x = 12;
y = sin (x);
printf ("%s\n", y);
}
Ответ:
- стандартная библиотечная функция sin() возвращает значение типа double, но мы
нигде не информируем об этом компилятор. Поэтому он считает по умолчанию, что
эта функция возвращает значение типа int и делает в присваивании y=sin(x) приве-
дение типа int к типу левого операнда, т.е. к double. В результате возвращаемое
значение (а оно на самом деле - double) интерпретируется неверно (как int), под-
вергается приведению типа (которое портит его), и результат получается совер-
шенно не таким, как надо. Подобная же ошибка возникает при использовании функ-
ций, возвращающих указатель, например, функций malloc() и itoa(). Поэтому если
мы пользуемся библиотечной функцией, возвращающей не int, мы должны предвари-
тельно (до первого использования) описать ее, например[**]:
extern double sin();
extern long atol();
extern char *malloc(), *itoa();
Это же относится и к нашим собственным функциям, которые мы используем прежде,
чем определяем (поскольку из заголовка функции компилятор обнаружит, что она
выдает не целое значение, уже после того, как странслирует обращение к ней):
/*extern*/ char *f();
main(){
char *s;
s = f(1); puts(s);
}
char *f(n){ return "knights" + n; }
Функции, возвращающие целое, описывать не требуется. Описания для некоторых
стандартных функций уже помещены в системные include-файлы. Например, описания
для математических функций (sin, cos, fabs, ...) содержатся в файле
/usr/include/math.h. Поэтому мы могли бы написать перед main
#include
вместо
extern double sin(), cos(), fabs();
- библиотечная функция sin() требует аргумента типа double, мы же передаем ей
аргумент типа int (который короче типа double и имеет иное внутреннее представ-
ление). Он будет неправильно проинтерпретирован функцией, т.е. мы вычислим
синус отнюдь НЕ числа 12. Следует писать:
y = sin( (double) x );
и sin(12.0); вместо sin(12);
____________________
[*] Для трансляции программы, использующей стандартные математические функции sin,
cos, exp, log, sqrt, и.т.п. следует задавать ключ компилятора -lm
cc file.c -o file -lm
[**] Слово extern ("внешняя") не является обязательным, но является признаком хоро-
шего тона - вы сообщаете программисту, читающему эту программу, что данная функция
реализована в другом файле, либо вообще является стандартной и берется из библиотеки.
А. Богатырев, 1992-95 - 52 - Си в UNIX
- в printf мы печатаем значение типа double по неправильному формату: следует
использовать формат %g или %f (а для ввода при помощи scanf() - %lf). Очень
частой ошибкой является печать значений типа long по формату %d вместо %ld .
Первых двух проблем в современном Си удается избежать благодаря заданию прототипов
функций (о них подробно рассказано ниже, в конце главы "Текстовая обработка"). Нап-
ример, sin имеет прототип
double sin(double x);
Третяя проблема (ошибка в формате) не может быть локализована средствами Си и имеет
более-менее приемлемое решение лишь в языке C++ (streams).
1.107. Найдите ошибку:
int sum(x,y,z){ return(x+y+z); }
main(){
int s = sum(12,15);
printf("%d\n", s);
}
Заметим, что если бы для функции sum() был задан прототип, то компилятор поймал бы
эту нашу оплошность! Заметьте, что сейчас значение z в sum() непредсказуемо. Если бы
мы вызывали
s = sum(12,15,17,24);
то лишние аргументы были бы просто проигнорированы (но и тут может быть сюрприз -
аргументы могли бы игнорироваться с ЛЕВОГО конца списка!).
А вот пример опасной ошибки, которая не ловится даже прототипами:
int x; scanf("%d%d", &x );
Второе число по формату %d будет считано неизвестно по какому адресу и разрушит
память программы. Ни один компилятор не проверяет соответствие числа %-ов в строке
формата числу аргументов scanf и printf.
1.108. Что здесь означают внутренние (,,) в вызове функции f() ?
f(x, y, z){
printf("%d %d %d\n", x, y, z);
}
main(){ int t;
f(1, (2, 3, 4), 5);
f(1, (t=3,t+1), 5);
}
Ответ: (2,3,4) - это оператор "запятая", выдающий значение последнего выражения из
списка перечисленных через запятую выражений. Здесь будет напечатано 1 4 5. Кажущаяся
двойственность возникает из-за того, что аргументы функции тоже перечисляются через
запятую, но это совсем другая синтаксическая конструкция. Вот еще пример:
int y = 2, x;
x = (y+4, y, y*2); printf("%d\n", x); /* 4 */
x = y+4, y, y*2 ; printf("%d\n", x); /* 6 */
x = (x=y+4, ++y, x*y); printf("%d\n", x); /* 18 */
Сначала обратим внимание на первую строку. Это - объявление переменных x и y (причем
y - с инициализацией), поэтому запятая здесь - не ОПЕРАТОР, а просто разделитель
объявляемых переменных! Далее следуют три строки выполняемых операторов. В первом
случае выполнилось x=y*2; во втором x=y+4 (т.к. приоритет у присваивания выше, чем у
А. Богатырев, 1992-95 - 53 - Си в UNIX
запятой). Обратите внимание, что выражение без присваивания (которое может вообще не
иметь эффекта или иметь только побочный эффект) вполне законно:
x+y; или z++; или x == y+1; или x;
В частности, все вызовы функций-процедур именно таковы (это выражения без оператора
присваивания, имеющие побочный эффект):
f(12,x); putchar('Ы');
в отличие, скажем, от x=cos(0.5)/3.0; или c=getchar();
Оператор "запятая" разделяет выражения, а не просто операторы, поэтому если хоть
один из перечисленных операторов не выдает значения, то это является ошибкой:
main(){ int i, x = 0;
for(i=1; i < 4; i++)
x++, if(x > 2) x = 2; /* используй { ; } */
}
оператор if не выдает значения. Также логически ошибочно использование функции типа
void (не возвращающей значения):
void f(){}
...
for(i=1; i < 4; i++)
x++, f();
хотя компилятор может допустить такое использование.
Вот еще один пример того, как можно переписать один и тот же фрагмент, применяя
разные синтаксические конструкции:
if( условие ) { x = 0; y = 0; }
if( условие ) x = 0, y = 0;
if( условие ) x = y = 0;
1.109. Найдите опечатку:
switch(c){
case 1:
x++; break;
case 2:
y++; break;
defalt:
z++; break;
}
Если c=3, то z++ не происходит. Почему? (Потому, что defalt: - это метка, а не клю-
чевое слово default).
1.110. Почему программа зацикливается и печатает совсем не то, что нажато на клавиа-
туре, а только 0 и 1?
while ( c = getchar() != 'e')
printf("%d %c\n, c, c);
Ответ: данный фрагмент должен был выглядеть так:
while ((c = getchar()) != 'e')
printf("%d %c\n, c, c);
А. Богатырев, 1992-95 - 54 - Си в UNIX
Сравнение в Си имеет высший приоритет, нежели присваивание! Мораль: надо быть внима-
тельнее к приоритетам операций. Еще один пример на похожую тему:
вместо
if( x & 01 == 0 ) ... if( c&0377 > 0300)...;
надо:
if( (x & 01) == 0 ) ... if((c&0377) > 0300)...;
И еще пример с аналогичной ошибкой:
FILE *fp;
if( fp = fopen( "файл", "w" ) == NULL ){
fprintf( stderr, "не могу писать в файл\n");
exit(1);
}
fprintf(fp,"Good bye, %s world\n","cruel"); fclose(fp);
В этом примере файл открывается, но fp равно 0 (логическое значение!) и функция
fprintf() не срабатывает (программа падает по защите памяти[*]).
Исправьте аналогичную ошибку (на приоритет операций) в следующей функции:
/* копирование строки from в to */
char *strcpy( to, from ) register char *from, *to;
{
char *p = to;
while( *to++ = *from++ != '\0' );
return p;
}
1.111. Сравнения с нулем (0, NULL, '\0') в Си принято опускать (хотя это не всегда
способствует ясности).
if( i == 0 ) ...; --> if( !i ) ... ;
if( i != 0 ) ...; --> if( i ) ... ;
например, вместо
char s[20], *p ;
for(p=s; *p != '\0'; p++ ) ... ;
будет
for(p=s; *p; p++ ) ... ;
и вместо
char s[81], *gets();
while( gets(s) != NULL ) ... ;
будет
while( gets(s)) ... ;
Перепишите strcpy в этом более лаконичном стиле.
____________________
[*] "Падать" - программистский жаргон. Означает "аварийно завершаться". "Защита па-
мяти" - обращение по некорректному адресу. В UNIX такая ошибка ловится аппаратно, и
программа будет убита одним из сигналов: SIGBUS, SIGSEGV, SIGILL. Система сообщит
нечто вроде "ошибка шины". Знайте, что это не ошибка аппаратуры и не сбой, а ВАША
ошибка!
А. Богатырев, 1992-95 - 55 - Си в UNIX
1.112. Истинно ли выражение
if( 2 < 5 < 4 )
Ответ: да! Дело в том, что Си не имеет логического типа, а вместо "истина" и "ложь"
использует целые значения "не 0" и "0" (логические операции выдают 1 и 0). Данное
выражение в условии if эквивалентно следующему:
((2 < 5) < 4)
Значением (2 < 5) будет 1. Значением (1 < 4) будет тоже 1 (истина). Таким образом мы
получаем совсем не то, что ожидалось. Поэтому вместо
if( a < x < b )
надо писать
if( a < x && x < b )
1.113. Данная программа должна печатать коды вводимых символов. Найдите опечатку;
почему цикл сразу завершается?
int c;
for(;;) {
printf("Введите очередной символ:");
c = getchar();
if(c = 'e') {
printf("нажато e, конец\n"); break;
}
printf( "Код %03o\n", c & 0377 );
}
Ответ: в if имеется опечатка: использовано `=' вместо `=='.
Присваивание в Си (а также операции +=, -=, *=, и.т.п.) выдает новое значение
левой части, поэтому синтаксической ошибки здесь нет! Написанный оператор равносилен
c = 'e'; if( c ) ... ;
и, поскольку 'e'!= 0, то условие оказывается истинным! Это еще и следствие того, что
в Си нет специального логического типа (истина/ложь). Будьте внимательны: компилятор
не считает ошибкой использование оператора = вместо == внутри условий if и условий
циклов (хотя некоторые компиляторы выдают предупреждение).
Еще аналогичная ошибка:
for( i=0; !(i = 15) ; i++ ) ... ;
(цикл не выполняется); или
static char s[20] = " abc"; int i=0;
while(s[i] = ' ') i++;
printf("%s\n", &s[i]); /* должно напечататься abc */
(строка заполняется пробелами и цикл не кончается).
То, что оператор присваивания имеет значение, весьма удобно:
int x, y, z; это на самом деле
x = y = z = 1; x = (y = (z = 1));
А. Богатырев, 1992-95 - 56 - Си в UNIX
или[*]
y=f( x += 2 ); // вместо x+=2; y=f(x);
if((y /= 2) > 0)...; // вместо y/=2; if(y>0)...;
Вот пример упрощенной игры в "очко" (упрощенной - т.к. не учитывается ограниченность
числа карт каждого типа в колоде (по 4 штуки)):
#include
main(){
int sum = 0, card; char answer[36];
srand( getpid()); /* рандомизация */
do{ printf( "У вас %d очков. Еще? ", sum);
if( *gets(answer) == 'n' ) break;
/* иначе маловато будет */
printf( " %d очков\n",
card = 6 + rand() % (11 - 6 + 1));
} while((sum += card) < 21); /* SIC ! */
printf ( sum == 21 ? "очко\n" :
sum > 21 ? "перебор\n":
"%d очков\n", sum);
}
Вот еще пример, использующийся для подсчета правильного размера таблицы. Обратите
внимание, что присваивания используются в сравнениях, в аргументах вызова функции
(printf), т.е. везде, где допустимо выражение:
#include
int width = 20; /* начальное значение ширины поля */
int len; char str[512];
main(){
while(gets(str)){
if((len = strlen(str)) > width){
fprintf(stderr,"width увеличить до %d\n", width=len);
}
printf("|%*.*s|\n", -width, width, str);
}
}
Вызывай эту программу как
a.out < входнойФайл > /dev/null
1.114. Почему программа "зависает" (на самом деле - зацикливается) ?
int x = 0;
while( x < 100 );
printf( "%d\n", x++ );
printf( "ВСЕ\n" );
Указание: где кончается цикл while?
Мораль: не надо ставить ; где попало. Еще мораль: даже отступы в оформлении
программы не являются гарантией отсутствия ошибок в группировке операторов.
1.115. Вообще, приоритеты операций в Си часто не соответствуют ожиданиям нашего
здравого смысла. Например, значением выражения:
x = 1 << 2 + 1 ;
____________________
[*] Конструкция //текст, которая будет изредка попадаться в дальнейшем - это коммен-
тарий в стиле языка C++. Такой комментарий простирается от символа // до конца
строки.
А. Богатырев, 1992-95 - 57 - Си в UNIX
будет 8, а не 5, поскольку сложение выполнится первым. Мораль: в затруднительных и
неочевидных случаях лучше явно указывать приоритеты при помощи круглых скобок:
x = (1 << 2) + 1 ;
Еще пример: увеличивать x на 40, если установлен флаг, иначе на 1:
int bigFlag = 1, x = 2;
x = x + bigFlag ? 40 : 1;
printf( "%d\n", x );
ответом будет 40, а не 42, поскольку это
x = (x + bigFlag) ? 40 : 1;
а не
x = x + (bigFlag ? 40 : 1);
которое мы имели в виду. Поэтому вокруг условного выражения ?: обычно пишут круглые
скобки.
Заметим, что () указывают только приоритет, но не порядок вычислений. Так, ком-
пилятор имеет полное право вычислить
long a = 50, x; int b = 4;
x = (a * 100) / b;
/* деление целочисленное с остатком ! */
и как x = (a * 100)/b = 5000/4 = 1250
и как x = (a/b) * 100 = 12*100 = 1200
невзирая на наши скобки, поскольку и * и / имеют одинаковый приоритет (хотя это
"право" еще не означает, что он обязательно так поступит). Такие операторы прихо-
дится разбивать на два, т.е. вводить промежуточную переменную:
{ long a100 = a * 100; x = a100 / b; }
1.116. Составьте программу вычисления тригонометрической функции. Название функции
и значение аргумента передаются в качестве параметров функции main (см. про argv и
argc в главе "Взаимодействие с UNIX"):
$ a.out sin 0.5
sin(0.5)=0.479426
(здесь и далее значок $ обозначает приглашение, выданное интерпретатором команд).
Для преобразования строки в значение типа double воспользуйтесь стандартной функцией
atof().
char *str1, *str2, *str3; ...
extern double atof(); double x = atof(str1);
extern long atol(); long y = atol(str2);
extern int atoi(); int i = atoi(str3);
либо
sscanf(str1, "%f", &x);
sscanf(str2, "%ld", &y); sscanf(str3,"%d", &i);
К слову заметим, что обратное преобразование - числа в текст - удобнее всего делается
при помощи функции sprintf(), которая аналогична printf(), но сформированная ею
строка-сообщение не выдается на экран, а заносится в массив:
А. Богатырев, 1992-95 - 58 - Си в UNIX
char represent[ 40 ];
int i = ... ;
sprintf( represent, "%d", i );
1.117. Составьте программу вычисления полинома n-ой степени:
n n-1
Y = A * X + A * X + ... + A0
n n-1
схема (Горнера):
Y = A0 + X * ( A1 + X * ( A2 + ... + X * An )))...)
Оформите алгоритм как функцию с переменным числом параметров:
poly( x, n, an, an-1, ... a0 );
О том, как это сделать - читайте раздел руководства по UNIX man varargs. Ответ:
#include
double poly(x, n, va_alist)
double x; int n; va_dcl
{
va_list args;
double sum = 0.0;
va_start(args); /* инициализировать список арг-тов */
while( n-- >= 0 ){
sum *= x;
sum += va_arg(args, double);
/* извлечь след. аргумент типа double */
}
va_end(args); /* уничтожить список аргументов */
return sum;
}
main(){
/* y = 12*x*x + 3*x + 7 */
printf( "%g\n", poly(2.0, 2, 12.0, 3.0, 7.0));
}
Прототип этой функции:
double poly(double x, int n, ... );
В этом примере использованы макросы va_нечто. Часть аргументов, которая является
списком переменной длины, обозначается в списке параметров как va_alist, при этом она
объявляется как va_dcl в списке типов параметров. Заметьте, что точка-с-запятой после
va_dcl не нужна! Описание va_list args; объявляет специальную "связную" переменную;
смысл ее машинно зависим. va_start(args) инициализирует эту переменную списком фак-
тических аргументов, соответствующих va_alist-у. va_end(args) деинициализирует эту
переменную (это надо делать обязательно, поскольку инициализация могла быть связана с
конструированием списка аргументов при помощи выделения динамической памяти; теперь
мы должны уничтожить этот список и освободить память). Очередной аргумент типа TYPE
извлекается из списка при помощи
TYPE x = va_arg(args, TYPE);
Список аргументов просматривается слева направо в одном направлении, возврат к
А. Богатырев, 1992-95 - 59 - Си в UNIX
предыдущему аргументу невозможен.
Нельзя указывать в качестве типов char, short, float:
char ch = va_arg(args, char);
поскольку в языке Си аргументы функции таких типов автоматически расширяются в int,
int, double соответственно. Корректно будет так:
int ch = va_arg(args, int);
1.118. Еще об одной ловушке в языке Си на PDP-11 (и в компиляторах бывают ошибки!):
unsigned x = 2;
printf( "%ld %ld",
- (long) x,
(long) -x
);
Этот фрагмент напечатает числа -2 и 65534. Во втором случае при приведении к типу
long был расширен знаковый бит. Встроенная операция sizeof выдает значение типа
unsigned. Подумайте, каков будет эффект в следующем фрагменте программы?
static struct point{ int x, y ;}
p = { 33, 13 };
FILE *fp = fopen( "00", "w" );
/* вперед на длину одной структуры */
fseek( fp, (long) sizeof( struct point ), 0 );
/* назад на длину одной структуры */
/*!*/ fseek( fp, (long) -sizeof( struct point ), 1 );
/* записываем в начало файла одну структуру */
fwrite( &p, sizeof p, 1, fp );
/* закрываем файл */
fclose( fp );
Где должен находиться минус во втором вызове fseek для получения ожидаемого резуль-
тата? (Данный пример может вести себя по-разному на разных машинах, вопросы касаются
PDP-11).
1.119. Обратимся к указателям на функции:
void g(x){ printf("%d: here\n", x); }
main(){
void (*f)() = g; /* Указатель смотрит на функцию g() */
(*f)(1); /* Старая форма вызова функции по указателю */
f (2); /* Новая форма вызова */
/* В обоих случаях вызывается g(x); */
}
Что печатает программа?
typedef void (*(*FUN))(); /* Попытка изобразить
рекурсивный тип typedef FUN (*FUN)(); */
FUN g(FUN f){ return f; }
void main(){
FUN y = g(g(g(g(g))));
if(y == g) printf("OK\n");
А. Богатырев, 1992-95 - 60 - Си в UNIX
}
Что печатает программа?
char *f(){
return "Hello, user!";
}
g(func)
char * (*func)();
{
puts((*func)());
}
main(){
g(f);
}
Почему было бы неверно написать
main(){
g(f());
}
Еще аналогичная ошибка (посмотрите про функцию signal в главе "Взаимодействие с
UNIX"):
#include
f(){ printf( "Good bye.\n" ); exit(0); }
main(){
signal ( SIGINT, f() );
...
}
Запомните, что f() - это ЗНАЧЕНИЕ функции f (т.е. она вызывается и нечто возвращает
return-ом; это-то значение мы и используем), а f - это АДРЕС функции f (раньше это
так и писалось &f), то есть метка начала ее машинных кодов ("точка входа").
1.120. Что напечатает программа? (Пример посвящен указателям на функции и массивам
функций):
int f(n){ return n*2; }
int g(n){ return n+4; }
int h(n){ return n-1; }
int (*arr[3])() = { f, g, h };
main(){
int i;
for(i=0; i < 3; i++ )
printf( "%d\n", (*arr[i])(i+7) );
}
1.121. Что напечатает программа?
extern double sin(), cos();
main(){ double x; /* cc -lm */
for(x=0.0; x < 1.0; x += 0.2)
printf("%6.4g %6.4g %6.4g\n",
(x > 0.5 ? sin : cos)(x), sin(x), cos(x));
}
то же в варианте
А. Богатырев, 1992-95 - 61 - Си в UNIX
extern double sin(), cos();
main(){ double x; double (*f)();
for(x=0.0; x < 1.0; x += 0.2){
f = (x > 0.5 ? sin : cos);
printf("%g\n", (*f)(x));
}
}
1.122. Рассмотрите четыре реализации функции факториал:
n! = 1 * 2 * ... * n
или n! = n * (n-1)! где 0! = 1
Все они иллюстрируют определенные подходы в программировании:
/* ЦИКЛ (ИТЕРАЦИЯ) */
int factorial1(n){ int res = 1;
while(n > 0){ res *= n--; }
return res;
}
/* ПРОСТАЯ РЕКУРСИЯ */
int factorial2(n){
return (n==0 ? 1 : n * factorial2(n-1));
}
/* Рекурсия, в которой функция вызывается рекурсивно
* единственный раз - в операторе return, называется
* "хвостовой рекурсией" (tail recursion) и
* легко преобразуется в цикл */
/* АВТОАППЛИКАЦИЯ */
int fi(f, n) int (*f)(), n;
{ if(n == 0) return 1;
else return n * (*f)(f, n-1);
}
int factorial3(n){ return fi(fi, n); }
/* РЕКУРСИЯ С НЕЛОКАЛЬНЫМ ПЕРЕХОДОМ */
#include
jmp_buf checkpoint;
void fact(n, res) register int n, res;
{ if(n) fact(n - 1, res * n);
else longjmp(checkpoint, res+1);
}
int factorial4(n){ int res;
if(res = setjmp(checkpoint)) return (res - 1);
else fact(n, 1);
}
1.123. Напишите функцию, печатающую целое число в системе счисления с основанием
base. Ответ:
А. Богатырев, 1992-95 - 62 - Си в UNIX
printi( n, base ){
register int i;
if( n < 0 ){ putchar( '-' ); n = -n; }
if( i = n / base )
printi( i, base );
i = n % base ;
putchar( i >= 10 ? 'A' + i - 10 : '0' + i );
}
Попробуйте написать нерекурсивный вариант с накоплением ответа в строке. Приве-
дем рекурсивный вариант, накапливающий ответ в строке s и пользующийся аналогом функ-
ции printi: функция prints - такая же, как printi, но вместо вызовов putchar(нечто);
в ней написаны операторы
*res++ = нечто;
и рекурсивно вызывается конечно же prints. Итак:
static char *res;
... текст функции prints ...
char *itos( n, base, s )
char *s; /* указывает на char[] массив для ответа */
{
res = s; prints(n, base); *res = '\0';
return s;
}
main(){ char buf[20]; printf( "%s\n", itos(19,2,buf); }
1.124. Напишите функцию для побитной распечатки целого числа. Имейте в виду, что
число содержит 8 * sizeof(int) бит. Указание: используйте операции битового сдвига и
&. Ответ:
printb(n){
register i;
for(i = 8 * sizeof(int) - 1; i >= 0; --i)
putchar(n & (1 << i) ? '1':'0');
}
1.125. Напишите функцию, склоняющую существительные русского языка в зависимости от
их числа. Например:
printf( "%d кирпич%s", n, grammar( n, "ей", "", "а" ));
Ответ:
char *grammar( i, s1, s2, s3 )
char *s1, /* прочее */
*s2, /* один */
*s3; /* два, три, четыре */
{
i = i % 100;
if( i > 10 && i <= 20 ) return s1;
i = i % 10;
if( i == 1 ) return s2;
if( i == 2 || i == 3 || i == 4 )
return s3;
return s1;
}
А. Богатырев, 1992-95 - 63 - Си в UNIX
1.126. Напишите оператор printf, печатающий числа из интервала 0..99 с добавлением
нуля перед числом, если оно меньше 10 :
00 01 ... 09 10 11 ...
Используйте условное выражение, формат.
Ответ:
printf ("%s%d", n < 10 ? "0" : "", n);
либо
printf ("%02d", n );
либо
printf ("%c%c", '0' + n/10, '0' + n%10 );
1.127. Предостережем от одной ошибки, часто допускаемой начинающими.
putchar( "c" ); является ошибкой.
putchar( 'c' ); верно.
Дело в том, что putchar требует аргумент - символ, тогда как "c" - СТРОКА из одного
символа. Большинство компиляторов (те, которые не проверяют прототипы вызова стан-
дартных функций) НЕ обнаружит здесь никакой синтаксической ошибки (кстати, ошибка эта
- семантическая).
Также ошибочны операторы
printf ( '\n' ); /* нужна строка */
putchar( "\n" ); /* нужен символ */
putchar( "ab" ); /* нужен символ */
putchar( 'ab' ); /* ошибка в буквенной константе */
char c; if((c = getchar()) == "q" ) ... ;
/* нужно писать 'q' */
Отличайте строку из одного символа и символ - это разные вещи! (Подробнее об этом -
в следующей главе).
1.128. Весьма частой является ошибка "промах на единицу", которая встречается в
очень многих и разнообразных случаях. Вот одна из возможных ситуаций:
int m[20]; int i = 0;
while( scanf( "%d", & m[i++] ) != EOF );
printf( "Ввели %d чисел\n", i );
В итоге i окажется на 1 больше, чем ожидалось. Разберитесь в чем дело.
Ответ: аргументы функции вычисляются до ее вызова, поэтому когда мы достигаем
конца файла и scanf возвращает EOF, i++ в вызове scanf все равно делается. Надо напи-
сать
while( scanf( "%d", & m[i] ) != EOF ) i++;
1.129. Замечание по стилистике: при выводе сообщения на экран
printf( "Hello \n" );
пробелы перед \n достаточно бессмысленны, поскольку на экране никак не отобразятся.
Надо писать (экономя память)
printf( "Hello\n" );
А. Богатырев, 1992-95 - 64 - Си в UNIX
Единственный случай, когда такие пробелы значимы - это когда вы выводите текст инвер-
сией. Тогда пробелы отображаются как светлый фон.
Еще неприятнее будет
printf( "Hello\n " );
поскольку концевые пробелы окажутся в начале следующей строки.
1.130. printf - интерпретирующая функция, т.е. работает она довольно медленно. Поэ-
тому вместо
char s[20]; int i;
...
printf( "%c", s[i] ); и printf( "\n" );
надо всегда писать
putchar( s[i] ); и putchar( '\n' );
поскольку printf в конце-концов (сделав все преобразования по формату) внутри себя
вызывает putchar. Так сделаем же это сразу!
1.131. То, что параметр "формат" в функции printf может быть выражением, позволяет
делать некоторые удобные вещи. Например:
int x; ...
printf( x ? "значение x=%d\n" : "x равен нулю\n\n", x);
Формат здесь - условное выражение. Если x!=0, то будет напечатано значение x по фор-
мату %d. Если же x==0, то будет напечатана строка, не содержащая ни одного %-та. В
результате аргумент x в списке аргументов будет просто проигнорирован. Однако, нап-
ример
int x = ... ;
printf( x > 30000 ? "%f\n" : "%d\n", x);
(чтобы большие x печатались в виде 31000.000000) незаконно, поскольку целое число
нельзя печатать по формату %f ни в каких случаях. Единственным способом сделать это
является явное приведение x к типу double:
printf("%f\n", (double) x);
Будет ли законен оператор?
printf( x > 30000 ? "%f\n" : "%d\n",
x > 30000 ? (double) x : x );
Ответ: нет. Условное выражение для аргумента будет иметь "старший" тип - double. А
значение типа double нельзя печатать по формату %d. Мы должны использовать здесь
оператор if:
if( x > 30000 ) printf("%f\n", (double)x);
else printf("%d\n", x);
1.132. Напишите функцию, печатающую размер файла в удобном виде: если файл меньше
одного килобайта - печатать его размер в байтах, если же больше - в килобайтах (и
мегабайтах).
#define KBYTE 1024L /* килобайт */
#define THOUSAND 1024L /* кб. в мегабайте */
А. Богатырев, 1992-95 - 65 - Си в UNIX
void tellsize(unsigned long sz){
if(sz < KBYTE) printf("%lu байт", sz);
else{
unsigned long Kb = sz/KBYTE;
unsigned long Mb = Kb/THOUSAND;
unsigned long Dec = ((sz % KBYTE) * 10) / KBYTE;
if( Mb ){
Kb %= THOUSAND;
printf( Dec ? "%lu.%03lu.%01lu Мб." : "%lu.%lu Мб.",
Mb, Kb, Dec );
} else
printf( Dec ? "%lu.%01lu Кб.":"%lu Кб.", Kb, Dec);
}
putchar('\n');
}
1.133. Для печати строк используйте
printf("%s", string); /* A */
но не printf(string); /* B */
Если мы используем вариант B, а в строке встретится символ '%'
char string[] = "abc%defg";
то %d будет воспринято как формат для вывода целого числа. Во-первых, сама строка %d
не будет напечатана; во-вторых - что же будет печататься по этому формату, когда у
нас есть лишь единственный аргумент - string?! Напечатается какой-то мусор!
1.134. Почему оператор
char s[20];
scanf("%s", s); printf("%s\n", s);
в ответ на ввод строки
Пушкин А.С.
печатает только "Пушкин"?
Ответ: потому, что концом текста при вводе по формату %s считается либо \n, либо
пробел, либо табуляция, а не только \n; то есть формат %s читает слово из текста.
Чтение всех символов до конца строки, (включая пробелы) должно выглядеть так:
scanf("%[^\n]\n", s);
%[^\n] - читать любые символы, кроме \n (до \n)
\n - пропустить \n на конце строки
%[abcdef] - читать слово,
состоящее из перечисленных букв.
%[^abcde] - читать слово из любых букв,
кроме перечисленных (прерваться по букве из списка).
Пусть теперь строки входной информации имеют формат:
Фрейд Зигмунд 1856 1939
Пусть мы хотим считывать в строку s фамилию, в целое y - год рождения, а прочие поля
- игнорировать. Как это сделать? Нам поможет формат "подавление присваивания" %*:
scanf("%s%*s%d%*[^\n]\n",
s, &y );
А. Богатырев, 1992-95 - 66 - Си в UNIX
%* пропускает поле по формату, указанному после *, не занося его значение ни в какую
переменную, а просто "забывая" его. Так формат
"%*[^\n]\n"
игнорирует "хвост" строки, включая символ перевода строки.
Символы " ", "\t", "\n" в формате вызывают пропуск всех пробелов, табуляций,
переводов строк во входном потоке, что можно описать как
int c;
while((c = getc(stdin))== ' ' || c == '\t' || c == '\n' );
либо как формат
%*[ \t\n]
Перед числовыми форматами (%d, %o, %u, %ld, %x, %e, %f), а также %s, пропуск
пробелов делается автоматически. Поэтому
scanf("%d%d", &x, &y);
и
scanf("%d %d", &x, &y);
равноправны (пробел перед вторым %d просто не нужен). Неявный пропуск пробелов не
делается перед %c и %[... , поэтому в ответ на ввод строки "12 5 x" пример
main(){ int n, m; char c;
scanf("%d%d%c", &n, &m, &c);
printf("n=%d m=%d c='%c'\n", n, m, c);
}
напечатает "n=12 m=5 c=' '", то есть в c будет прочитан пробел (предшествовавший x),
а не x.
Автоматический пропуск пробелов перед %s не позволяет считывать по %s строки,
лидирующие пробелы которых должны сохраняться. Чтобы лидирующие пробелы также считы-
вались, следует использовать формат
scanf("%[^\n]%*1[\n]", s);
в котором модификатор длины 1 заставляет игнорировать только один символ \n, а не
ВСЕ пробелы и переводы строк, как "\n". К сожалению (как показал эксперимент) этот
формат не в состоянии прочесть пустую строку (состоящую только из \n). Поэтому можно
сделать глобальный вывод: строки надо считывать при помощи функций gets() и fgets()!
1.135. Еще пара слов про scanf: scanf возвращает число успешно прочитанных им данных
(обработанных %-ов) или EOF в конце файла. Неудача может наступить, если данное во
входном потоке не соответствует формату, например строка
12 quack
для
int d1; double f; scanf("%d%lf", &d1, &f);
В этом случае scanf прочтет 12 по формату %d в переменную d1, но слово quack не отве-
чает формату %lf, поэтому scanf прервет свою работу и выдаст значение 1 (успешно про-
чел один формат). Строка quack останется невостребованной - ее прочитают последующие
вызовы функций чтения; а сейчас f останется неизмененной.
1.136. Си имеет квалификатор const, указывающий, что значение является не перемен-
ной, а константой, и попытка изменить величину по этому имени является ошибкой. Во
многих случаях const может заменить #define, при этом еще явно указан тип константы,
что полезно для проверок компилятором.
А. Богатырев, 1992-95 - 67 - Си в UNIX
const int x = 22;
x = 33; /* ошибка: константу нельзя менять */
Использование const с указателем:
Указуемый объект - константа
const char *pc = "abc";
pc[1] = 'x'; /* ошибка */
pc = "123"; /* OK */
Сам указатель - константа
char *const cp = "abc";
cp[1] = 'x'; /* OK */
cp = "123"; /* ошибка */
Указуемый объект и сам указатель - константы
const char *const cpc = "abc";
cpc[1] = 'x'; /* ошибка */
cpc = "123"; /* ошибка */
Указатель на константу необходимо объявлять как const TYPE*
int a = 1;
const int b = 2;
const int *pca = &a; /* OK, просто рассматриваем a как константу */
const int *pcb = &b; /* OK */
int *pb = &b; /* ошибка, так как тогда возможно было бы написать */
*pb = 3; /* изменить константу b */
1.137. Стандартная функция быстрой сортировки qsort (алгоритм quick sort) имеет
такой формат: чтобы отсортировать массив элементов типа TYPE
TYPE arr[N];
надо вызывать
qsort(arr,/* Что сортировать? Не с начала: arr+m */
N, /* Сколько первых элементов массива? */
/* можно сортировать только часть: n < N */
sizeof(TYPE),/* Или sizeof arr[0] */
/* размер одного элемента массива*/
cmp);
где
int cmp(TYPE *a1, TYPE *a2);
функция сравнения элементов *a1 и *a2. Ее аргументы - АДРЕСА двух каких-то элементов
сортируемого массива. Функцию cmp мы должны написать сами - это функция, задающая
упорядочение элементов массива. Для сортировки по возрастанию функция cmp() должна
возвращать целое
< 0, если *a1 должно идти раньше *a2 <
= 0, если *a1 совпадает с *a2 ==
> 0, если *a1 должно идти после *a2 >
Для массива строк элементы массива имеют тип (char *), поэтому аргументы функции
имеют тип (char **). Требуемому условию удовлетворяет такая функция:
А. Богатырев, 1992-95 - 68 - Си в UNIX
char *arr[N]; ...
cmps(s1, s2) char **s1, **s2;
{ return strcmp(*s1, *s2); }
(Про strcmp смотри раздел "Массивы и строки"). Заметим, что в некоторых системах
программирования (например в TurboC++ [*]) вы должны использовать функцию сравнения с
прототипом
int cmp (const void *a1, const void *a2);
и внутри нее явно делать приведение типа:
cmps (const void *s1, const void *s2)
{ return strcmp(*(char **)s1, *(char **)s2); }
или можно поступить следующим образом:
int cmps(char **s1, char **s2){
return strcmp(*s1, *s2);
}
typedef int (*CMPS)(const void *, const void *);
qsort((void *) array, ..., ..., (CMPS) cmps);
Наконец, возможно и просто объявить
int cmps(const void *A, const void *B){
return strcmp(A, B);
}
Для массива целых годится такая функция сравнения:
int arr[N]; ...
cmpi(i1, i2) int *i1, *i2;
{ return *i1 - *i2; }
Для массива структур, которые мы сортируем по целому полю key, годится
struct XXX{ int key; ... } arr[N];
cmpXXX(st1, st2) struct XXX *st1, *st2;
{ return( st1->key - st2->key ); }
Пусть у нас есть массив long. Можно ли использовать
long arr[N]; ...
cmpl(L1, L2) long *L1, *L2;
{ return *L1 - *L2; }
Ответ: оказывается, что нет. Функция cmpl должна возвращать целое, а разность двух
long-ов имеет тип long. Поэтому компилятор приводит эту разность к типу int (как
правило обрубанием старших битов). При этом (если long-числа были велики) результат
может изменить знак! Например:
main(){
int n; long a = 1L; long b = 777777777L;
n = a - b; /* должно бы быть отрицательным... */
printf( "%ld %ld %d\n", a, b, n );
}
____________________
[*] TurboC - компилятор Си в MS DOS, разработанный фирмой Borland International.
А. Богатырев, 1992-95 - 69 - Си в UNIX
печатает 1 777777777 3472. Функция сравнения должна выглядеть так:
cmpl(L1, L2) long *L1, *L2; {
if( *L1 == *L2 ) return 0;
if( *L1 < *L2 ) return (-1);
return 1;
}
или
cmpl(L1, L2) long *L1, *L2; {
return( *L1 == *L2 ? 0 :
*L1 < *L2 ? -1 : 1 );
}
поскольку важна не величина возвращенного значения, а только ее знак.
Учтите, что для использования функции сравнения вы должны либо определить функ-
цию сравнения до ее использования в qsort():
int cmp(...){ ... } /* реализация */
...
qsort(..... , cmp);
либо предварительно объявить имя функции сравнения, чтобы компилятор понимал, что это
именно функция:
int cmp();
qsort(..... , cmp);
...
int cmp(...){ ... } /* реализация */
1.138. Пусть у нас есть две программы, пользующиеся одной и той же структурой данных
W:
a.c b.c
-------------------------- ------------------------------
#include #include
struct W{ int x,y; }a; struct W{ int x,y; }b;
main(){ int fd; main(){ int fd;
a.x = 12; a.y = 77; fd = open("f", O_RDONLY);
fd = creat("f", 0644); read(fd, &b, sizeof b);
write(fd, &a, sizeof a); close(fd);
close(fd); printf("%d %d\n", b.x, b.y);
} }
Что будет, если мы изменим структуру на
struct W { long x,y; };
или
struct W { char c; int x,y; };
в файле a.c и забудем сделать это в b.c? Будут ли правильно работать эти программы?
Из наблюдаемого можно сделать вывод, что если две или несколько программ (или
частей одной программы), размещенные в разных файлах, используют общие
- типы данных (typedef);
- структуры и объединения;
- константы (определения #define);
- прототипы функций;
то их определения лучше выносить в общий include-файл (header-файл), дабы все прог-
раммы придерживались одних и тех же общих соглашений. Даже если эти соглашения со
А. Богатырев, 1992-95 - 70 - Си в UNIX
временем изменятся, то они изменятся во всех файлах синхронно и как бы сами собой. В
нашем случае исправлять определение структуры придется только в include-файле, а не
выискивать все места, где оно написано, ведь при этом немудрено какое-нибудь место и
пропустить!
W.h
-----------------------
struct W{ long x, y; };
a.c b.c
-------------------------- ------------------
#include #include
#include "W.h" #include "W.h"
struct W a; struct W b;
main(){ ... main(){ ...
printf("%ld...
Кроме того, вынесение общих фрагментов текста программы (определений структур, конс-
тант, и.т.п.) в отдельный файл экономит наши силы и время - вместо того, чтобы наби-
вать один и тот же текст много раз в разных файлах, мы теперь пишем в каждом файле
единственную строку - директиву #include. Кроме того, экономится и место на диске,
ведь программа стала короче! Файлы включения имеют суффикс .h, что означает
"header-file" (файл-заголовок).
Синхронную перекомпиляцию всех программ в случае изменения include-файла можно
задать в файле Makefile - программе для координатора make[*]:
all: a b
echo Запуск a и b
a ; b
a: a.c W.h
cc a.c -o a
b: b.c W.h
cc b.c -o b
Правила make имеют вид
цель: список_целей_от_которых_зависит
команда
команда описывает что нужно сделать, чтобы изготовить файл цель из файлов
список_целей_от_которых_зависит. Команда выполняется только если файл цель еще не
существует, либо хоть один из файлов справа от двоеточия является более "молодым"
(свежим), чем целевой файл (смотри поле st_mtime и сисвызов stat в главе про UNIX).
1.139. Программа на Си может быть размещена в нескольких файлах. Каждый файл высту-
пает в роли "модуля", в котором собраны сходные по назначению функции и переменные.
Некоторые переменные и функции можно сделать невидимыми для других модулей. Для этого
надо объявить их static:
- Объявление переменной внутри функции как static делает переменную статической
(т.е. она будет сохранять свое значение при выходе из функции) и ограничивает ее
видимость пределами данной функции.
- Переменные, описанные вне функций, и так являются статическими (по классу
памяти). Однако слово static и в этом случае позволяет управлять видимостью этих
переменных - они будут видимы только в пределах данного файла.
- Функции, объявленные как static, также видимы только в пределах данного файла.
- Аргументы функции и локальные (автоматические) переменные функции и так сущест-
вуют только на время вызова данной функции (память для них выделяется в стеке
____________________
[*] Подробное описание make смотри в документации по системе UNIX.
А. Богатырев, 1992-95 - 71 - Си в UNIX
при входе в функцию и уничтожается при выходе) и видимы только внутри ее тела.
Аргументы функции нельзя объявлять static:
f(x) static x; { x++; }
незаконно.
Таким образом все переменные и функции в данном файле делятся на две группы:
- Видимые только внутри данного файла (локальные для модуля). Такие имена объяв-
ляются с использованием ключевого слова static. В частности есть еще "более
локальные" переменные - автоматические локалы функций и их формальные аргументы,
которые видимы только в пределах данной функции. Также видимы лишь в пределах
одной функции статические локальные переменные, объявленные в теле функции со
словом static.
- Видимые во всех файлах (глобальные имена).
Глобальные имена образуют интерфейс модуля и могут быть использованы в других моду-
лях. Локальные имена извне модуля недоступны.
Если мы используем в файле-модуле функции и переменные, входящие в интерфейс
другого файла-модуля, мы должны объявить их как extern ("внешние"). Для функций опи-
сатели extern и int можно опускать:
// файл A.c
int x, y, z; // глобальные
char ss[200]; // глоб.
static int v, w; // локальные
static char *s, p[20]; // лок.
int f(){ ... } // глоб.
char *g(){ ... } // глоб.
static int h(){ ... } // лок.
static char *sf(){ ... } // лок.
int fi(){ ... } // глоб.
// файл B.c
extern int x, y;
extern z; // int можно опустить
extern char ss[]; // размер можно опустить
extern int f();
char *g(); // extern можно опустить
extern fi(); // int можно опустить
Хорошим тоном является написание комментария - из какого модуля или библиотеки импор-
тируется переменная или функция:
extern int x, y; /* import from A.c */
char *tgetstr(); /* import from termlib */
Следующая программа собирается из файлов A.c и B.c командой[**]
____________________
[**] Можно задать Makefile вида
CFLAGS = -O
AB: A.o B.o
cc A.o B.o -o AB
A.o: A.c
cc -c $(CFLAGS) A.c
B.o: B.c
cc -c $(CFLAGS) B.c
и собирать программу просто вызывая команду make.
А. Богатырев, 1992-95 - 72 - Си в UNIX
cc A.c B.c -o AB
Почему компилятор сообщает "x дважды определено"?
файл A.c файл B.c
-----------------------------------------
int x=12; int x=25;
main(){ f(y) int *y;
f(&x); {
printf("%d\n", x); *y += x;
} }
Ответ: потому, что в каждом файле описана глобальная переменная x. Надо в одном из
них (или в обоих сразу) сделать x локальным именем (исключить его из интерфейса
модуля):
static int x=...;
Почему в следующем примере компилятор сообщает "_f дважды определено"?
файл A.c файл B.c
----------------------------------------------------
int x; extern int x;
main(){ f(5); g(77); } g(n){ f(x+n); }
f(n) { x=n; } f(m){ printf("%d\n", m); }
Ответ: надо сделать в файле B.c функцию f локальной: static f(m)...
Хоть в одном файле должна быть определена функция main, вызываемая системой при
запуске программы. Если такой функции нигде нет - компилятор выдает сообщение "_main
неопределено". Функция main должна быть определена один раз! В файле она может нахо-
диться в любом месте - не требуется, чтобы она была самой первой (или последней)
функцией файла[**].
1.140. В чем ошибка?
файл A.c файл B.c
----------------------------------------------------
extern int x; extern int x;
main(){ x=2; f(){
f(); printf("%d\n", x);
} }
Ответ: переменная x в обоих файлах объявлена как extern, в результате память для нее
нигде не выделена, т.е. x не определена ни в одном файле. Уберите одно из слов
extern!
1.141. В чем ошибка?
файл A.c файл B.c
----------------------------------------------------
int x; extern double x;
... ...
Типы переменных не совпадают. Большинство компиляторов не ловит такую ошибку, т.к.
каждый файл компилируется отдельно, независимо от остальных, а при "склейке" файлов в
____________________
[**] Если вы пользуетесь "новым" стилем объявления функций, но не используете прото-
типы, то следует определять каждую функцию до первого места ее использования, чтобы
компилятору в точке вызова был известен ее заголовок. Это приведет к тому, что main()
окажется последней функцией в файле - ее не вызывает никто, зато она вызывает кого-то
еще.
А. Богатырев, 1992-95 - 73 - Си в UNIX
общую выполняемую программу компоновщик знает лишь имена переменных и функций, но не
их типы и прототипы. В результате программа нормально скомпилируется и соберется, но
результат ее выполнения будет непредсказуем! Поэтому объявления extern тоже полезно
выносить в include-файлы:
файл proto.h
------------------
extern int x;
файл A.c файл B.c
------------------ ------------------
#include "proto.h" #include "proto.h"
int x; ...
то, что переменная x в A.c оказывается описанной и как extern - вполне допустимо,
т.к. в момент настоящего объявления этой переменной это слово начнет просто игнориро-
ваться (лишь бы типы в объявлении с extern и без него совпадали - иначе ошибка!).
1.142. Что печатает программа и почему?
int a = 1; /* пример Bjarne Stroustrup-а */
void f(){
int b = 1;
static int c = 1;
printf("a=%d b=%d c=%d\n", a++, b++, c++);
}
void main(){
while(a < 4) f();
}
Ответ:
a=1 b=1 c=1
a=2 b=1 c=2
a=3 b=1 c=3
1.143. Автоматическая переменная видима только внутри блока, в котором она описана.
Что напечатает программа?
/* файл A.c */
int x=666; /*глоб.*/
main(){
f(3);
printf(" ::x = %d\n", x);
g(2); g(5);
printf(" ::x = %d\n", x);
}
g(n){
static int x=17; /*видима только в g*/
printf("g::x = %2d g::n = %d\n", x++, n);
if(n) g(n-1); else x = 0;
}
/* файл B.c */
extern x; /*глобал*/
f(n){ /*локал функции*/
x++; /*глобал*/
{ int x; /*локал блока*/
x = n+1; /*локал*/
А. Богатырев, 1992-95 - 74 - Си в UNIX
n = 2*x; /*локал*/
}
x = n-1; /*глобал*/
}
1.144. Функция, которая
- не содержит внутри себя статических переменных, хранящих состояние процесса
обработки данных (функция без "памяти");
- получает значения параметров только через свои аргументы (но не через глобальные
статические переменные);
- возвращает значения только через аргументы, либо как значение функции (через
return);
называется реентерабельной (повторно входимой) или чистой (pure). Такая функция
может параллельно (или псевдопараллельно) использоваться несколькими "потоками" обра-
ботки информации в нашей программе, без какого-либо непредвиденного влияния этих
"потоков обработки" друг на друга. Первый пункт требований позволяет функции не
зависеть ни от какого конкретного процесса обработки данных, т.к. она не "помнит"
обработанных ею ранее данных и не строит свое поведение в зависимости от них. Вторые
два пункта - это требование, чтобы все без исключения пути передачи данных в функцию
и из нее (интерфейс функции) были перечислены в ее заголовке. Это лишает функцию
"побочных эффектов", не предусмотренных программистом при ее вызове (программист
обычно смотрит только на заголовок функции, и не выискивает "тайные" связи функции с
программой через глобальные переменные, если только это специально не оговорено).
Вот пример не реентерабельной функции:
FILE *fp; ... /* глобальный аргумент */
char delayedInput ()
{
static char prevchar; /* память */
char c;
c = prevchar;
prevchar = getc (fp);
return c;
}
А вот ее реентерабельный эквивалент:
char delayedInput (char *prevchar, FILE *fp)
{
char c;
c = *prevchar;
*prevchar = getc (fp);
return c;
}
/* вызов: */
FILE *fp1, *fp2; char prev1, prev2, c1, c2;
... x1 = delayedInput (&prev1, fp1);
x2 = delayedInput (&prev2, fp2); ...
Как видим, все "запоминающие" переменные (т.е. prevchar) вынесены из самой функции и
подаются в нее в виде аргумента.
Реентерабельные функции независимы от остальной части программы (их можно скопи-
ровать в другой программный проект без изменений), более понятны (поскольку все зат-
рагиваемые ими внешние переменные перечислены как аргументы, не надо выискивать в
теле функции глобальных переменных, передающих значение в/из функции, т.е. эта функ-
ция не имеет побочных влияний), более надежны (хотя бы потому, что компилятор в сос-
тоянии проверить прототип такой функции и предупредить вас, если вы забыли задать
какой-то аргумент; если же аргументы передаются через глобальные переменные - вы
можете забыть проинициализировать какую-то из них). Старайтесь делать функции реен-
терабельными!
А. Богатырев, 1992-95 - 75 - Си в UNIX
Вот еще один пример на эту тему. Не-реентерабельный вариант:
int x, y, result;
int f (){
static int z = 4;
y = x + z; z = y - 1;
return x/2;
}
Вызов: x=13; result = f(); printf("%d\n", y);
А вот реентерабельный эквивалент:
int y, result, zmem = 4;
int f (/*IN*/ int x, /*OUT*/ int *ay, /*INOUT*/ int *az){
*az = (*ay = x + *az) - 1;
return x/2;
}
Вызов: result = f(13, &y, &zmem); printf("%d\n", y);
1.145. То, что формат заголовка функции должен быть известен компилятору до момента
ее использования, побуждает нас помещать определение функции до точки ее вызова. Так,
если main вызывает f, а f вызывает g, то в файле функции расположатся в порядке
g() { }
f() { ... g(); ... }
main(){ ... f(); ... }
Программа обычно разрабатывается "сверху-вниз" - от main к деталям. Си же вынуждает
нас размещать функции в программе в обратном порядке, и в итоге программа читается
снизу-вверх - от деталей к main, и читать ее следует от конца файла к началу!
Так мы вынуждены писать, чтобы удовлетворить Си-компилятор:
#include
unsigned long g(unsigned char *s){
const int BITS = (sizeof(long) * 8);
unsigned long sum = 0;
for(;*s; s++){
sum ^= *s;
/* cyclic rotate left */
sum = (sum<<1)|(sum>>(BITS-1));
}
return sum;
}
void f(char *s){
printf("%s %lu\n", s, g((unsigned char *)s));
}
int main(int ac, char *av[]){
int i;
for(i=1; i < ac; i++)
f(av[i]);
return 0;
}
А вот как мы разрабатываем программу:
А. Богатырев, 1992-95 - 76 - Си в UNIX
#include
int main(int ac, char *av[]){
int i;
for(i=1; i < ac; i++)
f(av[i]);
return 0;
}
void f(char *s){
printf("%s %lu\n", s, g((unsigned char *)s));
}
unsigned long g(unsigned char *s){
const int BITS = (sizeof(long) * 8);
unsigned long sum = 0;
for(;*s; s++){
sum ^= *s;
/* cyclic rotate left */
sum = (sum<<1)|(sum>>(BITS-1));
}
return sum;
}
и вот какую ругань производит Си-компилятор в ответ на эту программу:
"0000.c", line 10: identifier redeclared: f
current : function(pointer to char) returning void
previous: function() returning int : "0000.c", line 7
"0000.c", line 13: identifier redeclared: g
current : function(pointer to uchar) returning ulong
previous: function() returning int : "0000.c", line 11
Решением проблемы является - задать прототипы (объявления заголовков) всех функций в
начале файла (или даже вынести их в header-файл).
#include
int main(int ac, char *av[]);
void f(char *s);
unsigned long g(unsigned char *s);
...
Тогда функции будет можно располагать в тексте в любом порядке.
1.146. Рассмотрим процесс сборки программы из нескольких файлов на языке Си. Пусть
мы имеем файлы file1.c, file2.c, file3.c (один из них должен содержать среди других
функций функцию main). Ключ компилятора -o заставляет создавать выполняемую прог-
рамму с именем, указанным после этого ключа. Если этот ключ не задан - будет создан
выполняемый файл a.out
cc file1.c file2.c file3.c -o file
Мы получили выполняемую программу file. Это эквивалентно 4-м командам:
cc -c file1.c получится file1.o
cc -c file2.c file2.o
cc -c file3.c file3.o
cc file1.o file2.o file3.o -o file
Ключ -c заставляет компилятор превратить файл на языке Си в "объектный" файл
А. Богатырев, 1992-95 - 77 - Си в UNIX
(содержащий машинные команды; не будем вдаваться в подробности). Четвертая команда
"склеивает" объектные файлы в единое целое - выполняемую программу[*]. При этом, если
какие-то функции, используемые в нашей программе, не были определены (т.е. спрограм-
мированы нами) ни в одном из наших файлов - будет просмотрена библиотека стандартных
функций. Если же каких-то функций не окажется и там - будет выдано сообщение об
ошибке.
Если у нас уже есть какие-то готовые объектные файлы, мы можем транслировать
только новые Си-файлы:
cc -c file4.c
cc file1.o file2.o file3.o file4.o -o file
или (что то же самое,
но cc сам разберется, что надо делать)
cc file1.o file2.o file3.o file4.c -o file
Существующие у нас объектные файлы с отлаженными функциями удобно собрать в библио-
теку - файл специальной структуры, содержащий все указанные файлы (все файлы склеены
в один длинный файл, разделяясь специальными заголовками, см. include-файл ):
ar r file.a file1.o file2.o file3.o
Будет создана библиотека file.a, содержащая перечисленные .o файлы (имена библиотек в
UNIX имеют суффикс .a - от слова archive, архив). После этого можно использовать
библиотеку:
cc file4.o file5.o file.a -o file
Механизм таков: если в файлах file4.o и file5.o не определена какая-то функция (функ-
ции), то просматривается библиотека, и в список файлов для "склейки" добавляется файл
из библиотеки, содержащий определение этой функции (из библиотеки он не удаляется!).
Тонкость: из библиотеки берутся не ВСЕ файлы, а лишь те, которые содержат определения
недостающих функций[**]. Если, в свою очередь, файлы, извлекаемые из библиотеки, будут
содержать неопределенные функции - библиотека (библиотеки) будут просмотрены еще раз
и.т.д. (на самом деле достаточно максимум двух проходов, так как при первом просмотре
библиотеки можно составить ее каталог: где какие функции в ней содержатся и кого
вызывают). Можно указывать и несколько библиотек:
cc file6.c file7.o \
file.a mylib.a /lib/libLIBR1.a -o file
Таким образом, в команде cc можно смешивать имена файлов: исходных текстов на Си .c,
объектных файлов .o и файлов-библиотек .a.
Просмотр библиотек, находящихся в стандартных местах (каталогах /lib и
/usr/lib), можно включить и еще одним способом: указав ключ -l. Если библиотека
называется
/lib/libLIBR1.a или /usr/lib/libLIBR2.a
то подключение делается ключами
-lLIBR1 и -lLIBR2
____________________
[*] На самом деле, для "склейки" объектных файлов в выполняемую программу, команда
/bin/cc вызывает программу /bin/ld - link editor, linker, редактор связей, компонов-
щик.
[**] Поэтому библиотека может быть очень большой, а к нашей программе "приклеится"
лишь небольшое число файлов из нее. В связи с этим стремятся делать файлы, помещаемые
в библиотеку, как можно меньше: 1 функция; либо "пачка" функций, вызывающих друг
друга.
А. Богатырев, 1992-95 - 78 - Си в UNIX
соответственно.
cc file1.c file2.c file3.o mylib.a -lLIBR1 -o file
Список библиотек и ключей -l должен идти после имен всех исходных .c и объектных .o
файлов.
Библиотека стандартных функций языка Си /lib/libc.a (ключ -lc) подключается
автоматически ("подключить" библиотеку - значит вынудить компилятор просматривать ее
при сборке, если какие-то функции, использованные вами, не были вами определены), то
есть просматривается всегда (именно эта библиотека содержит коды, например, для
printf, strcat, read).
Многие прикладные пакеты функций поставляются именно в виде библиотек. Такие
библиотеки состоят из ряда .o файлов, содержащих объектные коды для различных функций
(т.е. функции в скомпилированном виде). Исходные тексты от большинства библиотек не
поставляются (так как являются коммерческой тайной). Тем не менее, вы можете исполь-
зовать эти функции, так как вам предоставляются разработчиком:
- описание (документация).
- include-файлы, содержащие форматы данных используемые функциями библиотеки
(именно эти файлы включались #include в исходные тексты библ. функций. Теперь
уже вы должны включать их в свою программу).
Таким образом вы знаете, как надо вызывать библиотечные функции и какие структуры
данных вы должны использовать в своей программе для обращения к ним (хотя и не имеете
текстов самих библиотечных функций, т.е. не знаете, как они устроены. Например, вы
часто используете printf(), но задумываетесь ли вы о ее внутреннем устройстве?).
Некоторые библиотечные функции могут быть вообще написаны не на Си, а на ассемблере
или другом языке программирования[*][*]. Еще раз обращаю ваше внимание, что библиотека
содержит не исходные тексты функций, а скомпилированные коды (и include-файлы содер-
жат (как правило) не тексты функций, а только описание форматов данных)! Библиотека
может также содержать статические данные, вроде массивов строк-сообщений об ошибках.
Посмотреть список файлов, содержащихся в библиотеке, можно командой
ar tv имяФайлаБиблиотеки
а список имен функций - командой
nm имяФайлаБиблиотеки
Извлечь файл (файлы) из архива (скопировать его в текущий каталог), либо удалить его
из библиотеки можно командами
ar x имяФайлаБиблиотеки имяФайла1 ...
ar d имяФайлаБиблиотеки имяФайла1 ...
где ... означает список имен файлов.
"Лицом" библиотек служат прилагаемые к ним include-файлы. Системные include-
файлы, содержащие общие форматы данных для стандартных библиотечных функций, хранятся
в каталоге /usr/include и подключаются так:
для /usr/include/файл.h надо #include <файл.h>
для /usr/include/sys/файл.h #include
____________________
[*][*] Обратите внимание, что библиотечные функции не являются частью ЯЗЫКА Си как та-
кового. То, что в других языках (PL/1, Algol-68, Pascal) является частью языка
(встроено в язык)- в Си вынесено на уровень библиотек. Например, в Си нет оператора
вывода; функция вывода printf - это библиотечная функция (хотя и общепринятая). Та-
ким образом мощь языка Си состоит именно в том, что он позволяет использовать функ-
ции, написанные другими программистами и даже на других языках, т.е. является функци-
онально расширяемым.
А. Богатырев, 1992-95 - 79 - Си в UNIX
(sys - это каталог, где описаны форматы данных, используемых ядром ОС и системными
вызовами). Ваши собственные include-файлы (посмотрите в предыдущий раздел!) ищутся в
текущем каталоге и включаются при помощи
#include "файл.h" /* ./файл.h */
#include "../h/файл.h" /* ../h/файл.h */
#include "/usr/my/файл.h" /* /usr/my/файл.h */
Непременно изучите содержимое стандартных include-файлов в своей системе!
В качестве резюме - схема, поясняющая "превращения" Си-программы из текста на
языке программирования в выполняемый код: все файлы .c могут использовать общие
include-файлы; их подстановку в текст, а также обработку #define произведет препро-
цессор cpp
file1.c file2.c file3.c
| | | "препроцессор"
| cpp | cpp | cpp
| | | "компиляция"
| cc -c | cc -c | cc -c
| | |
file1.o file2.o file3.o
| | |
-----------*-----------
| Неявно добавятся:
ld |<----- /lib/libc.a (библ. станд. функций)
| /lib/crt0.o (стартер)
"связывание" |
"компоновка" |<----- Явно указанные библиотеки:
| -lm /lib/libm.a
V
a.out
1.147. Напоследок - простой, но жизненно важный совет. Если вы пишете программу,
которую вставите в систему для частого использования, поместите в исходный текст этой
программы идентификационную строку наподобие
static char id[] = "This is /usr/abs/mybin/xprogram";
Тогда в случае аварии в файловой системе, если вдруг ваш файл "потеряется" (то есть у
него пропадет имя - например из-за порчи каталога), то он будет найден программой
проверки файловой системы - fsck - и помещен в каталог /lost+found под специальным
кодовым именем, ничего общего не имеющим со старым. Чтобы понять, что это был за
файл и во что его следует переименовать (чтобы восстановить правильное имя), мы при-
меним команду
strings имя_файла
Эта команда покажет все длинные строки из печатных символов, содержащиеся в данном
файле, в частности и нашу строку id[]. Увидев ее, мы сразу поймем, что файл надо
переименовать так:
mv имя_файла /usr/abs/mybin/xprogram
1.148. Где размещать include-файлы и как программа узнает, где же они лежат? Стан-
дартные системные include-файлы размещены в /usr/include и подкаталогах. Если мы
пишем некую свою программу (проект) и используем директивы
#include "имяФайла.h"
А. Богатырев, 1992-95 - 80 - Си в UNIX
то обычно include-файлы имяФайла.h лежат в текущем каталоге (там же, где и файлы с
программой на Си). Однако мы можем помещать ВСЕ наши include-файлы в одно место
(скажем, известное группе программистов, работающих над одним и тем же проектом).
Хорошее место для всех ваших личных include-файлов - каталог (вами созданный)
$HOME/include
где $HOME - ваш домашний каталог. Хорошее место для общих include-файлов - каталог
/usr/local/include
Как сказать компилятору, что #include "" файлы надо брать из определенного места, а
не из текущего каталога? Это делает ключ компилятора
cc -Iимя_каталога ...
Например:
/* Файл x.c */
#include "x.h"
int main(int ac, char *av[]){
....
return 0;
}
И файл x.h находится в каталоге /home/abs/include/x.h (/home/abs - мой домашний ката-
лог). Запуск программы на компиляцию выглядит так:
cc -I/home/abs/include -O x.c -o x
или
cc -I$HOME/include -O x.c -o x
Или, если моя программа x.c находится в /home/abs/progs
cc -I../include -O x.c -o x
Ключ -O задает вызов компилятора с оптимизацией.
Ключ -I оказывает влияние и на #include <<>> директивы тоже. Для ОС Solaris на
машинах Sun программы для оконной системы X Window System содержат строки вроде
#include <<X11/Xlib.h>>
#include <<X11/Xutil.h>>
На Sun эти файлы находятся не в /usr/include/X11, а в /usr/openwin/include/X11. Поэ-
тому запуск на компиляцию оконных программ на Sun выглядит так:
cc -O -I/usr/openwin/include xprogram.c \
-o xprogram -L/usr/openwin/lib -lX11
где -lX11 задает подключение графической оконной библиотеки Xlib.
Если include-файлы находятся во многих каталогах, то можно задать поиск в нес-
кольких каталогах, к примеру:
cc -I/usr/openwin/include -I/usr/local/include -I$HOME/include ...
А. Богатырев, 1992-95 - 81 - Си в UNIX
2. Массивы, строки, указатели.
Массив представляет собой агрегат из нескольких переменных одного и того же
типа. Массив с именем a из LENGTH элементов типа TYPE объявляется так:
TYPE a[LENGTH];
Это соответствует тому, что объявляются переменные типа TYPE со специальными именами
a[0], a[1], ..., a[LENGTH-1]. Каждый элемент массива имеет свой номер - индекс.
Доступ к x-ому элементу массива осуществляется при помощи операции индексации:
int x = ... ; /* целочисленный индекс */
TYPE value = a[x]; /* чтение x-ого элемента */
a[x] = value; /* запись в x-тый элемент */
В качестве индекса может использоваться любое выражение, выдающее значение целого
типа: char, short, int, long. Индексы элементов массива в Си начинаются с 0 (а не с
1), и индекс последнего элемента массива из LENGTH элементов - это LENGTH-1 (а не
LENGTH). Поэтому цикл по всем элементам массива - это
TYPE a[LENGTH]; int indx;
for(indx=0; indx << LENGTH; indx++)
...a[indx]...;
indx < LENGTH равнозначно indx <= LENGTH-1. Выход за границы массива (попытка
чтения/записи несуществующего элемента) может привести к непредсказуемым результатам
и поведению программы. Отметим, что это одна из самых распространенных ошибок.
Статические массивы можно объявлять с инициализацией, перечисляя значения их
элементов в {} через запятую. Если задано меньше элементов, чем длина массива -
остальные элементы считаются нулями:
int a10[10] = { 1, 2, 3, 4 }; /* и 6 нулей */
Если при описании массива с инициализацией не указать его размер, он будет подсчитан
компилятором:
int a3[] = { 1, 2, 3 }; /* как бы a3[3] */
В большинстве современных компьютеров (с фон-Неймановской архитектурой) память
представляет собой массив байт. Когда мы описываем некоторую переменную или массив,
в памяти выделяется непрерывная область для хранения этой переменной. Все байты
памяти компьютера пронумерованы. Номер байта, с которого начинается в памяти наша
переменная, называется адресом этой переменной (адрес может иметь и более сложную
структуру, чем просто целое число - например состоять из номера сегмента памяти и
номера байта в этом сегменте). В Си адрес переменной можно получить с помощью опера-
ции взятия адреса &. Пусть у нас есть переменная var, тогда &var - ее адрес. Адрес
нельзя присваивать целой переменной; для хранения адресов используются указатели
(смотри ниже).
Данное может занимать несколько подряд идущих байт. Размер в байтах участка
памяти, требуемого для хранения значения типа TYPE, можно узнать при помощи операции
sizeof(TYPE), а размер переменной - при помощи sizeof(var). Всегда выполняется
sizeof(char)==1. В некоторых машинах адреса переменных (а также агрегатов данных -
массивов и структур) кратны sizeof(int) или sizeof(double) - это так называемое
"выравнивание (alignment) данных на границу типа int". Это позволяет делать доступ к
данным более быстрым (аппаратура работает эффективнее).
Язык Си предоставляет нам средство для работы с адресами данных - указатели
(pointer)[*]. Указатель физически - это адрес некоторой переменной ("указуемой" пере-
менной). Отличие указателей от машинных адресов состоит в том, что указатель может
содержать адреса данных только определенного типа. Указатель ptr, который может ука-
зывать на данные типа TYPE, описывается так:
TYPE var; /* переменная */
TYPE *ptr; /* объявление ук-ля */
ptr = & var;
А. Богатырев, 1992-95 - 82 - Си в UNIX
В данном случае мы занесли в указательную переменную ptr адрес переменной var. Будем
говорить, что указатель ptr указывает на переменную var (или, что ptr установлен на
var). Пусть TYPE равно int, и у нас есть массив и указатели:
int array[LENGTH], value;
int *ptr, *ptr1;
Установим указатель на x-ый элемент массива
ptr = & array[x];
Указателю можно присвоить значение другого указателя на такой же тип. В результате
оба указателя будут указывать на одно и то же место в памяти: ptr1 = ptr;
Мы можем изменять указуемую переменную при помощи операции *
*ptr = 128; /* занести 128 в указуемую перем. */
value = *ptr; /* прочесть указуемую переменную */
В данном случае мы заносим и затем читаем значение переменной array[x], на которую
поставлен указатель, то есть
*ptr означает сейчас array[x]
Таким образом, операция * (значение по адресу) оказывается обратной к операции &
(взятие адреса):
& (*ptr) == ptr и * (&value) == value
Операция * объясняет смысл описания TYPE *ptr; оно означает, что значение выражения
*ptr будет иметь тип TYPE. Название же типа самого указателя - это (TYPE *). В част-
ности, TYPE может сам быть указательным типом - можно объявить указатель на указа-
тель, вроде char **ptrptr;
Имя массива - это константа, представляющая собой указатель на 0-ой элемент мас-
сива. Этот указатель отличается от обычных тем, что его нельзя изменить (установить
на другую переменную), поскольку он сам хранится не в переменной, а является просто
некоторым постоянным адресом.
массив указатель
____________ _____
array: | array[0] | ptr:| * |
| array[1] | |
| array[2] |<--------- сейчас равен &array[2]
| ... |
Следствием такой интерпретации имен массивов является то, что для того чтобы поста-
вить указатель на начало массива, надо писать
ptr = array; или ptr = &array[0];
но не
ptr = &array;
Операция & перед одиноким именем массива не нужна и недопустима!
Такое родство указателей и массивов позволяет нам применять операцию * к имени
массива: value = *array; означает то же самое, что и value = array[0];
Указатели - не целые числа! Хотя физически это и номера байтов, адресная ариф-
метика отличается от обычной. Так, если дан указатель TYPE *ptr; и номер байта
(адрес), на который указывает ptr, равен byteaddr, то
ptr = ptr + n; /* n - целое, может быть и < 0 */
заставит ptr указывать не на байт номер byteaddr + n, а на байт номер
А. Богатырев, 1992-95 - 83 - Си в UNIX
byteaddr + (n * sizeof(TYPE))
то есть прибавление единицы к указателю продвигает адрес не на 1 байт, а на размер
указываемого указателем типа данных! Пусть указатель ptr указывает на x-ый элемент
массива array. Тогда после
TYPE *ptr2 = array + L; /* L - целое */
TYPE *ptr1 = ptr + N; /* N - целое */
ptr += M; /* M - целое */
указатели указывают на
ptr1 == &array[x+N] и ptr == &array[x+M]
ptr2 == &array[L]
Если мы теперь рассмотрим цепочку равенств
*ptr2 = *(array + L) = *(&array[L]) =
array[L]
то получим
ОСНОВНОЕ ПРАВИЛО: пусть ptr - указатель или имя массива. Тогда операции индексации,
взятия значения по адресу, взятия адреса и прибавления целого к указателю связаны
соотношениями:
ptr[x] тождественно *(ptr+x)
&ptr[x] тождественно ptr+x
(тождества верны в обе стороны), в том числе при x==0 и x < 0. Так что, например,
ptr[-1] означает *(ptr-1)
ptr[0] означает *ptr
Указатели можно индексировать подобно массивам. Рассмотрим пример:
/* индекс: 0 1 2 3 4 */
double numbers[5] = { 0.0, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0 };
double *dptr = &numbers[2];
double number = dptr[2]; /* равно 4.0 */
numbers: [0] [1] [2] [3] [4]
|
[-2] [-1] [0] [1] [2]
dptr
поскольку
если dptr = &numbers[x] = numbers + x
то dptr[i] = *(dptr + i) =
= *(numbers + x + i) = numbers[x + i]
Указатель на один тип можно преобразовать в указатель на другой тип: такое пре-
образование не вызывает генерации каких-либо машинных команд, но заставляет компиля-
тор изменить параметры адресной арифметики, а также операции выборки данного по ука-
зателю (собственно, разница в указателях на данные разных типов состоит только в раз-
мерах указуемых типов; а также в генерации команд `->>' для выборки полей структур,
если указатель - на структурный тип).
Целые (int или long) числа иногда можно преобразовывать в указатели. Этим поль-
зуются при написании драйверов устройств для доступа к регистрам по физическим адре-
сам, например:
А. Богатырев, 1992-95 - 84 - Си в UNIX
unsigned short *KISA5 = (unsigned short *) 0172352;
Здесь возникают два тонких момента:
1. Как уже было сказано, адреса данных часто выравниваются на границу некоторого
типа. Мы же можем задать невыровненное целое значение. Такой адрес будет
некорректен.
2. Структура адреса, поддерживаемая процессором, может не соответствовать формату
целых (или длинных целых) чисел. Так обстоит дело с IBM PC 8086/80286, где адрес
состоит из пары short int чисел, хранящихся в памяти подряд. Однако весь адрес
(если рассматривать эти два числа как одно длинное целое) не является обычным
long-числом, а вычисляется более сложным способом: адресная пара SEGMENT:OFFSET
преобразуется так
unsigned short SEGMENT, OFFSET; /*16 бит: [0..65535]*/
unsigned long ADDRESS = (SEGMENT << 4) + OFFSET;
получается 20-и битный физический адрес ADDRESS
Более того, на машинах с диспетчером памяти, адрес, хранимый в указателе, явля-
ется "виртуальным" (т.е. воображаемым, ненастоящим) и может не совпадать с физи-
ческим адресом, по которому данные хранятся в памяти компьютера. В памяти может
одновременно находиться несколько программ, в каждой из них будет своя система
адресации ("адресное пространство"), отсчитывающая виртуальные адреса с нуля от
начала области памяти, выделенной данной программе. Преобразование виртуальных
адресов в физические выполняется аппаратно.
В Си принято соглашение, что указатель (TYPE *)0 означает "указатель ни на что". Он
является просто признаком, используемым для обозначения несуществующего адреса или
конца цепочки указателей, и имеет специальное обозначение NULL. Обращение (выборка
или запись данных) по этому указателю считается некорректным (кроме случая, когда вы
пишете машинно-зависимую программу и работаете с физическими адресами).
Отметим, что указатель можно направить в неправильное место - на участок памяти,
содержащий данные не того типа, который задан в описании указателя; либо вообще
содержащий неизвестно что:
int i = 2, *iptr = &i;
double x = 12.76;
iptr += 7; /* куда же он указал ?! */
iptr = (int *) &x; i = *iptr;
Само присваивание указателю некорректного значения еще не является ошибкой. Ошибка
возникнет лишь при обращении к данным по этому указателю (такие ошибки довольно
тяжело искать!).
При передаче имени массива в качестве параметра функции, как аргумент передается
не копия САМОГО МАССИВА (это заняло бы слишком много места), а копия АДРЕСА 0-ого
элемента этого массива (т.е. указатель на начало массива).
f(int x ){ x++; }
g(int xa[]){ xa[0]++; }
int a[2] = { 1, 1 }; /* объявление с инициализацией */
main(){
f(a[0]); printf("%d\n",a[0]); /* a[0] осталось равно 1*/
g(a ); printf("%d\n",a[0]); /* a[0] стало равно 2 */
}
В f() в качестве аргумента передается копия элемента a[0] (и изменение этой копии не
приводит к изменению самого массива - аргумент x является локальной переменной в
f()), а в g() таким локалом является АДРЕС массива a - но не сам массив, поэтому
xa[0]++ изменяет сам массив a (зато, например, xa++ внутри g() изменило бы лишь
локальную указательную переменную xa, но не адрес массива a).
Заметьте, что поскольку массив передается как указатель на его начало, то размер
массива в объявлении аргумента можно не указывать. Это позволяет одной функцией
А. Богатырев, 1992-95 - 85 - Си в UNIX
обрабатывать массивы разной длины:
вместо Fun(int xa[5]) { ... }
можно Fun(int xa[] ) { ... }
или даже Fun(int *xa ) { ... }
Если функция должна знать длину массива - передавайте ее как дополнительный аргумент:
int sum( int a[], int len ){
int s=0, i;
for(i=0; i < len; i++) s += a[i];
return( s );
}
... int arr[10] = { ... };
... int sum10 = sum(arr, 10); ...
Количество элементов в массиве TYPE arr[N]; можно вычислить специальным образом, как
#define LENGTH (sizeof(arr) / sizeof(arr[0]))
или
#define LENGTH (sizeof(arr) / sizeof(TYPE))
Оба способа выдадут число, равное N. Эти конструкции обычно употребляются для вычис-
ления длины массивов, задаваемых в виде
TYPE arr[] = { ....... };
без явного указания размера. sizeof(arr) выдает размер всего массива в байтах.
sizeof(arr[0]) выдает размер одного элемента. И все это не зависит от типа элемента
(просто потому, что все элементы массивов имеют одинаковый размер).
Строка в Си - это последовательность байт (букв, символов, литер, character),
завершающаяся в конце специальным признаком - байтом '\0'. Этот признак добавляется
компилятором автоматически, когда мы задаем строку в виде "строка". Длина строки
(т.е. число литер, предшествующих '\0') нигде явно не хранится. Длина строки ограни-
чена лишь размером массива, в котором сохранена строка, и может изменяться в процессе
работы программы в пределах от 0 до длины массива-1. При передаче строки в качестве
аргумента в функцию, функции не требуется знать длину строки, т.к. передается указа-
тель на начало массива, а наличие ограничителя '\0' позволяет обнаружить конец строки
при ее просмотре.
С массивами байт можно использовать следующую конструкцию, задающую массивы
(строки) одинакового размера:
char stringA [ITSSIZE];
char stringB [sizeof stringA];
В данном разделе мы в основном будем рассматривать строки и указатели на символы.
2.1. Операции взятия адреса объекта и разыменования указателя - взаимно обратны.
TYPE objx;
TYPE *ptrx = &objx; /* инициализируем адресом objx */
*(&objx) = objx;
&(*ptrx) = ptrx;
Вот пример того, как можно заменить условный оператор условным выражением (это
удастся не всегда):
if(c) a = 1;
else b = 1;
А. Богатырев, 1992-95 - 86 - Си в UNIX
Предупреждение: такой стиль не способствует понятности программы и даже компактности
ее кода.
#include
int main(int ac, char *av[]){
int a, b, c;
a = b = c = 0;
if(av[1]) c = atoi(av[1]);
*(c ? &a : &b) = 1; /* !!! */
printf("cond=%d a=%d b=%d\n", c, a, b);
return 0;
}
2.2. Каким образом инициализируются по умолчанию внешние и статические массивы? Ини-
циализируются ли по умолчанию автоматические массивы? Каким образом можно присваи-
вать значения элементам массива, относящегося к любому классу памяти?
2.3. Пусть задан массив int arr[10]; что тогда означают выражения:
arr[0] *arr *arr + 2
arr[2] *(arr + 2) arr
&arr[2] arr+2
2.4. Правильно ли написано увеличение величины, на которую указывает указатель a, на
единицу?
*a++;
Ответ: нет, надо:
(*a)++; или *a += 1;
2.5. Дан фрагмент текста:
char a[] = "xyz";
char *b = a + 1;
Чему равны
b[-1] b[2] "abcd"[3]
(Ответ: 'x', '\0', 'd' )
Можно ли написать a++ ? То же про b++ ? Можно ли написать b=a ? a=b ? (нет,
да, да, нет)
2.6. Ниже приведена программа, вычисляющая среднее значение элементов массива
int arr [] = {1, 7, 4, 45, 31, 20, 57, 11};
main () {
int i; long sum;
for ( i = 0, sum = 0L;
i < (sizeof(arr)/sizeof(int)); i++ )
sum += arr[i];
printf ("Среднее значение = %ld\n", sum/8)
А. Богатырев, 1992-95 - 87 - Си в UNIX
}
Перепишите указанную программу с применением указателей.
2.7. Что напечатается в результате работы программы?
char arr[] = {'С', 'Л', 'А', 'В', 'А'};
main () {
char *pt; int i;
pt = arr + sizeof(arr) - 1;
for( i = 0; i < 5; i++, pt-- )
printf("%c %c\n", arr[i], *pt);
}
Почему массив arr[] описан вне функции main()? Как внести его в функцию main() ?
Ответ: написать внутри main
static char arr[]=...
2.8. Можно ли писать на Си так:
f( n, m ){
int x[n]; int y[n*2];
int z[n * m];
...
}
Ответ: к сожалению нельзя (Си - это не Algol). При отведении памяти для массива в
качестве размера должна быть указана константа или выражение, которое может быть еще
во время компиляции вычислено до целочисленной константы, т.е. массивы имеют фиксиро-
ванную длину.
2.9. Предположим, что у нас есть описание массива
static int mas[30][100];
a) выразите адрес mas[22][56] иначе
b) выразите адрес mas[22][0] двумя способами
c) выразите адрес mas[0][0] тремя способами
2.10. Составьте программу инициализации двумерного массива a[10][10], выборки эле-
ментов с a[5][5] до a[9][9] и их распечатки. Используйте доступ к элементам по ука-
зателю.
2.11. Составьте функцию вычисления скалярного произведения двух векторов. Длина
векторов задается в качестве одного из аргументов.
2.12. Составьте функцию умножения двумерных матриц a[][] * b[][].
2.13. Составьте функцию умножения трехмерных матриц a[][][] * b[][][].
2.14. Для тех, кто программировал на языке Pascal: какая допущена ошибка?
char a[10][20];
char c;
int x,y;
...
c = a[x,y];
Ответ: многомерные массивы в Си надо индексировать так:
А. Богатырев, 1992-95 - 88 - Си в UNIX
c = a[x][y];
В написанном же примере мы имеем в качестве индекса выражение x,y (оператор "запя-
тая") со значением y, т.е.
c = a[y];
Синтаксической ошибки нет, но смысл совершенно изменился!
2.15. Двумерные массивы в памяти представляются как одномерные. Например, если
int a[N][M];
то конструкция a[y][x] превращается при компиляции в одномерную конструкцию, подобную
такой:
int a[N * M]; /* массив развернут построчно */
#define a_yx(y, x) a[(x) + (y) * M]
то есть
a[y][x] есть *(&a[0][0] + y * M + x)
Следствием этого является то, что компилятор для генерации индексации двумерных (и
более) массовов должен знать M - размер массива по 2-ому измерению (а также 3-ему,
4-ому, и.т.д.). В частности, при передаче многомерного массива в функцию
f(arr) int arr[N][M]; { ... } /* годится */
f(arr) int arr[] [M]; { ... } /* годится */
f(arr) int arr[] []; { ... } /* не годится */
f(arr) int (*arr)[M]; { ... } /* годится */
f(arr) int *arr [M]; { ... } /* не годится:
это уже не двумерный массив,
а одномерный массив указателей */
А также при описании внешних массивов:
extern int a[N][M]; /* годится */
extern int a[ ][M]; /* годится */
extern int a[ ][ ]; /* не годится: компилятор
не сможет сгенерить операцию индексации */
Вот как, к примеру, должна выглядеть работа с двумерным массивом arr[ROWS][COLS],
отведенным при помощи malloc();
void f(int array[][COLS]){
int x, y;
for(y=0; y < ROWS; y++)
for(x=0; x < COLS; x++)
array[y][x] = 1;
}
void main(){
int *ptr = (int *) malloc(sizeof(int) * ROWS * COLS);
f( (int (*) [COLS]) ptr);
}
2.16. Как описывать ссылки (указатели) на двумерные массивы? Рассмотрим такую прог-
рамму:
А. Богатырев, 1992-95 - 89 - Си в UNIX
#include
#define First 3
#define Second 5
char arr[First][Second] = {
"ABC.",
{ 'D', 'E', 'F', '?', '\0' },
{ 'G', 'H', 'Z', '!', '\0' }
};
char (*ptr)[Second];
main(){
int i;
ptr = arr; /* arr и ptr теперь взаимозаменимы */
for(i=0; i < First; i++)
printf("%s\t%s\t%c\n", arr[i], ptr[i], ptr[i][2]);
}
Указателем здесь является ptr. Отметим, что у него задана размерность по второму
измерению: Second, именно для того, чтобы компилятор мог правильно вычислить двумер-
ные индексы.
Попробуйте сами объявить
char (*ptr)[4];
char (*ptr)[6];
char **ptr;
и увидеть, к каким невеселым эффектам это приведет (компилятор, кстати, будет
ругаться; но есть вероятность, что он все же странслирует это для вас. Но работать
оно будет плачевно). Попробуйте также использовать ptr[x][y].
Обратите также внимание на инициализацию строк в нашем примере. Строка "ABC."
равносильна объявлению
{ 'A', 'B', 'C', '.', '\0' },
2.17. Массив s моделирует двумерный массив char s[H][W]; Перепишите пример при
помощи указателей, избавьтесь от операции умножения. Прямоугольник
(x0,y0,width,height) лежит целиком внутри (0,0,W,H).
char s[W*H]; int x,y; int x0,y0,width,height;
for(x=0; x < W*H; x++) s[x] = '.';
...
for(y=y0; y < y0+height; y++)
for(x=x0; x < x0+width; x++)
s[x + W*y] = '*';
Ответ:
char s[W*H]; int i,j; int x0,y0,width,height;
char *curs;
...
for(curs = s + x0 + W*y0, i=0;
i < height; i++, curs += W-width)
for(j=0; j < width; j++)
*curs++ = '*';
Такая оптимизация возможна в некоторых функциях из главы "Работа с видеопамятью".
А. Богатырев, 1992-95 - 90 - Си в UNIX
2.18. Что означают описания?
int i; // целое.
int *pi; // указатель на целое.
int *api[3]; // массив из 3х ук-лей на целые.
int (*pai)[3]; // указатель на массив из 3х целых.
// можно описать как int **pai;
int fi(); // функция, возвращающая целое.
int *fpi(); // ф-ция, возвр. ук-ль на целое.
int (*pfi)(); // ук-ль на ф-цию, возвращающую целое.
int *(*pfpi)(); // ук-ль на ф-цию, возвр. ук-ль на int.
int (*pfpfi())(); // ф-ция, возвращающая указатель на
// "функцию, возвращающую целое".
int (*fai())[3]; // ф-ция, возвр. ук-ль на массив
// из 3х целых. иначе ее
// можно описать как int **fai();
int (*apfi[3])(); // массив из 3х ук-лей на функции,
// возвращающие целые.
Переменные в Си описываются в формате их использования. Так описание
int (*f)();
означает, что f можно использовать в виде
int value;
value = (*f)(1, 2, 3 /* список аргументов */);
Однако из такого способа описания тип самой описываемой переменной и его смысл
довольно неочевидны. Приведем прием (позаимствованный из журнала "Communications of
the ACM"), позволяющий прояснить смысл описания. Описание на Си переводится в описа-
ние в стиле языка Algol-68. Далее
ref ТИП означает "указатель на ТИП"
proc() ТИП "функция, возвращающая ТИП"
array of ТИП "массив из элементов ТИПа"
x: ТИП "x имеет тип ТИП"
Приведем несколько примеров, из которых ясен и способ преобразования:
int (*f())(); означает
(*f())() : int
*f() : proc() int
f() : ref proc() int
f : proc() ref proc() int
то есть f - функция, возвращающая указатель на функцию, возвращающую целое.
int (*f[3])(); означает
(*f[])() : int
*f[] : proc() int
f[] : ref proc() int
f : array of ref proc() int
f - массив указателей на функции, возвращающие целые. Обратно: опишем g как указа-
тель на функцию, возвращающую указатель на массив из 5и указателей на функции, возв-
ращающие указатели на целые.
А. Богатырев, 1992-95 - 91 - Си в UNIX
g : ref p() ref array of ref p() ref int
*g : p() ref array of ref p() ref int
(*g)() : ref array of ref p() ref int
*(*g)() : array of ref p() ref int
(*(*g)())[5] : ref p() ref int
*(*(*g)())[5] : p() ref int
(*(*(*g)())[5])(): ref int
*(*(*(*g)())[5])(): int
int *(*(*(*g)())[5])();
В Си невозможны функции, возвращающие массив:
proc() array of ...
а только
proc() ref array of ...
Само название типа (например, для использования в операции приведения типа) получа-
ется вычеркиванием имени переменной (а также можно опустить размер массива):
g = ( int *(*(*(*)())[])() ) 0;
2.19. Напишите функцию strcat(d,s), приписывающую строку s к концу строки d.
Ответ:
char *strcat(d,s) register char *d, *s;
{ while( *d ) d++; /* ищем конец строки d */
while( *d++ = *s++ ); /* strcpy(d, s) */
return (d-1); /* конец строки */
}
Цикл, помеченный "strcpy" - это наиболее краткая запись операторов
do{ char c;
c = (*d = *s); s++; d++;
} while(c != '\0');
На самом деле strcat должен по стандарту возвращать свой первый аргумент, как и функ-
ция strcpy:
char *strcat(d,s) register char *d, *s;
{ char *p = d;
while( *d ) d++;
strcpy(d, s); return p;
}
Эти два варианта демонстрируют, что функция может быть реализована разными способами.
Кроме того видно, что вместо стандартной библиотечной функции мы можем определить
свою одноименную функцию, несколько отличающуюся поведением от стандартной (как возв-
ращаемое значение в 1-ом варианте).
2.20. Напишите программу, которая объединяет и распечатывает две строки, введенные с
терминала. Для ввода строк используйте функцию gets(), а для их объединения -
strcat(). В другом варианте используйте
sprintf(result,"%s%s",s1,s2);
2.21. Модифицируйте предыдущую программу таким образом, чтобы она выдавала длину
(число символов) объединенной строки. Используйте функцию strlen(). Приведем нес-
колько версий реализации strlen:
/* При помощи индексации массива */
А. Богатырев, 1992-95 - 92 - Си в UNIX
int strlen(s) char s[];
{ int length = 0;
for(; s[length] != '\0'; length++);
return (length);
}
/* При помощи продвижения указателя */
int strlen(s) char *s;
{ int length;
for(length=0; *s; length++, s++);
return length;
}
/* При помощи разности указателей */
int strlen(register char *s)
{ register char *p = s;
while(*p) p++; /* ищет конец строки */
return (p - s);
}
Разность двух указателей на один и тот же тип - целое число:
если TYPE *p1, *p2;
то p2 - p1 = целое число штук TYPE
лежащих между p2 и p1
если p2 = p1 + n
то p2 - p1 = n
Эта разность может быть и отрицательной если p2 < p1, то есть p2 указывает на более
левый элемент массива.
2.22. Напишите оператор Си, который обрубает строку s до длины n букв. Ответ:
if( strlen(s) > n )
s[n] = '\0';
Первое сравнение вообще говоря излишне. Оно написано лишь на тот случай, если строка
s короче, чем n букв и хранится в массиве, который также короче n, т.е. не имеет n-
ого элемента (поэтому в него нельзя производить запись признака конца).
2.23. Напишите функции преобразования строки, содержащей изображение целого числа, в
само это число. В двух разных вариантах аргумент-адрес должен указывать на первый
байт строки; на последний байт. Ответ:
#define isdigit(c) ('0' <= (c) && (c) <= '9')
int atoi(s) register char *s;
{ register int res=0, neg=0;
for(;;s++){
switch(*s){
case ' ': case '\t': continue;
case '-': neg++;
case '+': s++;
} break;
}
while(isdigit(*s))
res = res * 10 + *s++ - '0';
return( neg ? -res : res );
}
int backatoi(s) register char *s;
{ int res=0, pow=1;
while(isdigit(*s)){
А. Богатырев, 1992-95 - 93 - Си в UNIX
res += (*s-- - '0') * pow;
pow *= 10;
}
if(*s == '-') res = -res;
return res;
}
2.24. Можно ли для занесения в массив s строки "hello" написать
char s[6]; s = "hello";
или
char s[6], d[] = "hello"; s = d;
Ответ: нет. Массивы в Си нельзя присваивать целиком. Для пересылки массива байт надо
использовать функцию strcpy(s,d). Здесь же мы пытаемся изменить адрес s (имя массива
- это адрес начала памяти, выделенной для хранения массива), сделав его равным адресу
безымянной строки "hello" (или массива d во втором случае). Этот адрес является
константой и не может быть изменен!
Заметим однако, что описание массива с инициализацией вполне допустимо:
char s[6] = "hello";
или
char s[6] = { 'h', 'e', 'l', 'l', 'o', '\0' };
или
char s[] = "hello";
или
char s[] = { "hello" };
В этом случае компилятор резервирует память для хранения массива и расписывает ее
байтами начального значения. Обратите внимание, что строка в двойных кавычках (если
ее рассматривать как массив букв) имеет длину на единицу больше, чем написано букв в
строке, поскольку в конце массива находится символ '\0' - признак конца, добавленный
компилятором. Если бы мы написали
char s[5] = "hello";
то компилятор сообщил бы об ошибке, поскольку длины массива (5) недостаточно, чтобы
разместить 6 байт. В третьей строке примера написано s[], чтобы компилятор сам пос-
читал необходимую длину массива.
Наконец, возможна ситуация, когда массив больше, чем хранящаяся в нем строка.
Тогда "лишнее" место содержит какой-то мусор (в static-памяти изначально - байты \0).
char s[12] = "hello";
содержит: h e l l o \0 ? ? ? ? ? ?
В программах текстовой обработки под "длиной строки" обычно понимают количество букв
в строке НЕ считая закрывающий байт '\0'. Именно такую длину считает стандартная
функция strlen(s). Поэтому следует различать такие понятия как "(текущая) длина
строки" и "длина массива, в котором хранится строка": sizeof(s). Для написанного
выше примера эти значения равны соответственно 5 и 12.
Следует также отличать массивы от указателей:
char *sp = "bye bye";
sp = "hello";
printf("%d\n", ch);
равная адресу начала массива), а указатель (переменная, хранящая адрес некоторой
области памяти). Поскольку указатель - это переменная, то ее значение изменять
можно: в данном случае sp сначала содержала адрес безымянного массива, в котором
находится "bye bye"; затем мы занесли в sp адрес безымянного массива, хранящего
А. Богатырев, 1992-95 - 94 - Си в UNIX
строку "hello". Здесь не происходит копирования массива, а происходит просто присва-
ивание переменной sp нового значения адреса.
Предостережем от возможной неприятности:
char d[5]; char s[] = "abcdefgh";
strcpy(d, s);
Длины массива d просто не хватит для хранения такой длинной строки. Поскольку это
ничем не контролируется (ни компилятором, ни самой strcpy, ни вами явным образом), то
при копировании строки "избыточные" байты запишутся после массива d поверх других
данных, которые будут испорчены. Это приведет к непредсказуемым эффектам.
Некоторые возможности для контроля за длиной строк-аргументов вам дают функции
strncpy(d,s,len); strncat(d,s,len); strncmp(s1,s2,len). Они пересылают (сравнивают)
не более, чем len первых символов строки s (строк s1, s2). Посмотрите в документа-
цию! Напишите функцию strncmp (сравнение строк по первым len символам), посмотрев на
функцию strncpy:
char *strncpy(dst, src, n)
register char *dst, *src;
register int n;
{ char *save;
for(save=dst; --n >= 0; )
if( !(*dst++ = *src++)){
while(--n >= 0)
*dst++ = '\0';
return save;
}
return save;
}
Отметьте, что strncpy обладает одним неприятным свойством: если n <= strlen(src), то
строка dst не будет иметь на конце символа '\0', то есть будет находиться в некор-
ректном (не каноническом) состоянии.
Ответ:
int strncmp(register char *s1, register char *s2, register int n)
{
if(s1 == s2)
return(0);
while(--n >= 0 && *s1 == *s2++)
if(*s1++ == '\0')
return(0);
return((n < 0)? 0: (*s1 - *--s2));
}
2.25. В чем ошибка?
#include /* для putchar */
char s[] = "We don't need no education";
main(){ while(*s) putchar(*s++); }
Ответ: здесь s - константа, к ней неприменима операция ++. Надо написать
char *s = "We don't need no education";
сделав s указателем на безымянный маccив. Указатель уже можно изменять.
2.26. Какие из приведенных конструкций обозначают одно и то же?
А. Богатырев, 1992-95 - 95 - Си в UNIX
char a[] = ""; /* пустая строка */
char b[] = "\0";
char c = '\0';
char z[] = "ab";
char aa[] = { '\0' };
char bb[] = { '\0', '\0' };
char xx[] = { 'a', 'b' };
char zz[] = { 'a', 'b', '\0' };
char *ptr = "ab";
2.27. Найдите ошибки в описании символьной строки:
main() {
char mas[] = {'s', 'o', 'r', 't'}; /* "sort" ? */
printf("%s\n", mas);
}
Ответ: строка должна кончаться '\0' (в нашем случае printf не обнаружив символа конца
строки будет выдавать и байты, находящиеся в памяти после массива mas, т.е. мусор);
инициализированный массив не может быть автоматическим - требуется static:
main() {
static char mas[] = {'s', 'o', 'r', 't', '\0'};
}
Заметим, что
main(){ char *mas = "sort"; }
законно, т.к. сама строка здесь хранится в статической памяти, а инициализируется
лишь указатель на этот массив байт.
2.28. В чем ошибка? Программа собирается из двух файлов: a.c и b.c командой
cc a.c b.c -o ab
a.c b.c
---------------------------------------------------
int n = 2; extern int n;
char s[] = "012345678"; extern char *s;
main(){ f(){
f(); s[n] = '+';
printf("%s\n", s ); }
}
Ответ: дело в том, что типы (char *) - указатель, и char[] - массив, означают одно и
то же только при объявлении формального параметра функции:
f(char *arg){...} f(char arg[]){...}
это будет локальная переменная, содержащая указатель на char (т.е. адрес некоторого
байта в памяти). Внутри функции мы можем изменять эту переменную, например arg++.
Далее, и (char *) и char[] одинаково используются, например, оба эти типа можно
индексировать: arg[i]. Но вне функций они объявляют разные объекты! Так char *p; это
скалярная переменная, хранящая адрес (указатель):
-------- -------
p:| *--|----->| '0' | char
-------- | '1' | char
...
А. Богатырев, 1992-95 - 96 - Си в UNIX
тогда как char a[20]; это адрес начала массива (а вовсе не переменная):
-------
a:| '0' | char
| '1' | char
...
В нашем примере в файле b.c мы объявили внешний массив s как переменную. В резуль-
тате компилятор будет интерпретировать начало массива s как переменную, содержащую
указатель на char.
-------
s:| '0' | \ это будет воспринято как
| '1' | / адрес других данных.
| '2' |
...
И индексироваться будет уже ЭТОТ адрес! Результат - обращение по несуществующему
адресу. То, что написано у нас, эквивалентно
char s[] = "012345678";
char **ss = s; /* s - как бы "массив указателей" */
/* первые байты s интерпретируются как указатель: */
char *p = ss[0];
p[2] = '+';
Мы же должны были объявить в b.c
extern char s[]; /* размер указывать не требуется */
Вот еще один аналогичный пример, который пояснит вам, что происходит (а заодно пока-
жет порядок байтов в long). Пример выполнялся на IBM PC 80386, на которой
sizeof(char *) = sizeof(long) = 4
a.c b.c
---------------------------------------------------
char s[20] = {1,2,3,4}; extern char *s;
main(){ f(){
/*печать указателя как long */
f(); printf( "%08lX\n", s );
} }
печатается 04030201.
2.29. Что напечатает программа?
static char str1[ ] = "abc";
static char str2[4];
strcpy( str2, str1 );
/* можно ли написать str2 = str1; ? */
printf( str1 == str2 ? "равно":"не равно" );
Как надо правильно сравнивать строки? Что на самом деле сравнивается в данном при-
мере?
Ответ: сравниваются адреса массивов, хранящих строки. Так
А. Богатырев, 1992-95 - 97 - Си в UNIX
char str1[2];
char str2[2];
main(){
printf( str1 < str2 ? "<":">");
}
печатает <<, а если написать
char str2[2];
char str1[2];
то напечатается >>.
2.30. Напишите программу, спрашивающую ваше имя до тех пор, пока вы его правильно не
введете. Для сравнения строк используйте функцию strcmp() (ее реализация есть в главе
"Мобильность").
2.31. Какие значения возвращает функция strcmp() в следующей программе?
#include
main() {
printf("%d\n", strcmp("abc", "abc")); /* 0 */
printf("%d\n", strcmp("ab" , "abc")); /* -99 */
printf("%d\n", strcmp("abd", "abc")); /* 1 */
printf("%d\n", strcmp("abc", "abd")); /* -1 */
printf("%d\n", strcmp("abc", "abe")); /* -2 */
}
2.32. В качестве итога предыдущих задач: помните, что в Си строки (а не адреса) надо
сравнивать как
if( strcmp("abc", "bcd") < 0) ... ;
if( strcmp("abc", "bcd") == 0) ... ;
вместо
if( "abc" < "bcd" ) ... ;
if( "abc" == "bcd" ) ... ;
и присваивать как
char d[80], s[80];
strcpy( d, s ); вместо d = s;
2.33. Напишите программу, которая сортирует по алфавиту и печатает следующие ключе-
вые слова языка Си:
int char double long
for while if
2.34. Вопрос не совсем про строки, скорее про цикл: чем плоха конструкция?
char s[] = "You're a smart boy, now shut up.";
int i, len;
for(i=0; i < strlen(s); i++)
putchar(s[i]);
Ответ: в соответствии с семантикой Си цикл развернется примерно в
А. Богатырев, 1992-95 - 98 - Си в UNIX
i=0;
LOOP: if( !(i < strlen(s))) goto ENDLOOP;
putchar(s[i]);
i++;
goto LOOP;
ENDLOOP: ;
Заметьте, что хотя длина строки s не меняется, strlen(s) вычисляется на КАЖДОЙ итера-
ции цикла, совершая лишнюю работу! Борьба с этим такова:
for(i=0, len=strlen(s); i < len; i++ )
putchar(s[i]);
или
for(i=0, len=strlen(s); len > 0; i++, --len )
putchar(s[i]);
Аналогично, в цикле
while( i < strlen(s))...;
функция тоже будет вычисляться при каждой проверке условия! Это, конечно, относится к
любой функции, используемой в условии, а не только к strlen. (Но, разумеется, случай
когда функция возвращает признак "надо ли продолжать цикл" - совсем другое дело:
такая функция обязана вычисляться каждый раз).
2.35. Что напечатает следующая программа?
#include
main(){
static char str[] = "До встречи в буфете";
char *pt;
pt = str; puts(pt); puts(++pt);
str[7] = '\0'; puts(str); puts(pt);
puts(++pt);
}
2.36. Что напечатает следующая программа?
main() {
static char name[] = "Константин";
char *pt;
pt = name + strlen(name);
while(--pt >= name)
puts(pt);
}
2.37. Что напечатает следующая программа?
char str1[] = "abcdef";
char str2[] = "xyz";
main(){
register char *a, *b;
a = str1; b = str2;
while( *b )
*a++ = *b++;
printf( "str=%s a=%s\n", str1, a );
a = str1; b = str2;
А. Богатырев, 1992-95 - 99 - Си в UNIX
while( *b )
*++a = *b++;
printf( "str=%s a=%s\n", str1, a );
}
Ответ:
str=xyzdef a=def
str=xxyzef a=zef
2.38. Что печатает программа?
char *s;
for(s = "Ситроен"; *s; s+= 2){
putchar(s[0]); if(!s[1]) break;
}
putchar('\n');
2.39. Что напечатает программа? Рассмотрите продвижение указателя s, указателей -
элементов массива strs[]. Разберитесь с порядком выполнения операций. В каких случаях
++ изменяет указатель, а в каких - букву в строке? Нарисуйте себе картинку, изобража-
ющую состояние указателей - она поможет вам распутать эти спагетти. Уделите разбору
этого примера достаточное время!
#include /* определение NULL */
/* Латинский алфавит: abcdefghijklmnopqrstuvwxyz */
char *strs[] = {
"abcd","ABCD","0fpx","159",
"hello","-gop","A1479",NULL
};
main(){
char c, **s = strs, *p;
c = *++*s; printf("#1 %d %c %s\n", s-strs, c, *s);
c = **++s; printf("#2 %d %c %s\n", s-strs, c, *s);
c = **s++; printf("#3 %d %c %s\n", s-strs, c, *s);
c = ++**s; printf("#4 %d %c %s\n", s-strs, c, *s);
c = (**s)++; printf("#5 %d %c %s\n", s-strs, c, *s);
c = ++*++*s; printf("#6 %d %c %s\n", s-strs, c, *s);
c = *++*s++; printf("#7 %d %c %s %s\n",
s-strs, c, *s, strs[2]);
c = ++*++*s++; printf("#8 %d %c %s %s\n",
s-strs, c, *s, strs[3]);
c = ++*++*++s; printf("#9 %d %c %s\n", s-strs,c,*s);
c = ++**s++; printf("#10 %d %c %s\n",s-strs,c,*s);
p = *s; c = ++*(*s)++;
printf("#11 %d %c %s %s %s\n",s-strs,c,*s,strs[6],p);
c = ++*((*s)++); printf("#12 %d %c %s %s\n",
s-strs, c, *s, strs[6]);
c = (*++(*s))++; printf("#13 %d %c %s %s\n",
s-strs, c, *s, strs[6]);
for(s=strs; *s; s++)
printf("strs[%d]=\"%s\"\n", s-strs, *s);
putchar('\n');
}
Печатается:
А. Богатырев, 1992-95 - 100 - Си в UNIX
#1 0 b bcd strs[0]="bcd"
#2 1 A ABCD strs[1]="ABCD"
#3 2 A 0fpx strs[2]="px"
#4 2 1 1fpx strs[3]="69"
#5 2 1 2fpx strs[4]="hello"
#6 2 g gpx strs[5]="iop"
#7 3 p 159 px strs[6]="89"
#8 4 6 hello 69
#9 5 h hop
#10 6 i A1479
#11 6 B 1479 1479 B1479
#12 6 2 479 479
#13 6 7 89 89
Учтите, что конструкция
char *strs[1] = { "hello" };
означает, что в strs[0] содержится указатель на начальный байт безымянного массива,
содержащего строку "hello". Этот указатель можно изменять! Попробуйте составить еще
подобные примеры из *, ++, ().
2.40. Что печатает программа?
char str[25] = "Hi, ";
char *f(char **s){ int cnt;
for(cnt=0; **s != '\0'; (*s)++, ++cnt);
return("ny" + (cnt && (*s)[-1] == ' ') + (!cnt));
}
void main(void){ char *s = str;
if( *f(&s) == 'y') strcat(s, "dude");
else strcat(s, " dude");
printf("%s\n", str);
}
Что она напечатает, если задать
char str[25]="Hi,"; или char str[25]="";
2.41. В чем состоит ошибка? (Любимая ошибка начинающих)
main(){
char *buf; /* или char buf[]; */
gets( buf );
printf( "%s\n", buf );
}
Ответ: память под строку buf не выделена, указатель buf не проинициализирован и смот-
рит неизвестно куда. Надо было писать например так:
char buf[80];
или
char mem[80], *buf = mem;
Обратите на этот пример особое внимание, поскольку, описав указатель (но никуда его
не направив), новички успокаиваются, не заботясь о выделении памяти для хранения дан-
ных. Указатель должен указывать на ЧТО-ТО, в чем можно хранить данные, а не "висеть",
указывая "пальцем в небо"! Запись информации по "висячему" указателю разрушает память
программы и приводит к скорому (но часто не немедленному и потому таинственному)
краху.
А. Богатырев, 1992-95 - 101 - Си в UNIX
Вот программа, которая также использует неинициализированный указатель. На
машине SPARCstation 20 эта программа убивается операционной системой с диагностикой
"Segmentation fault" (SIGSEGV). Это как раз и значит обращение по указателю, указы-
вающему "пальцем в небо".
main(){
int *iptr;
int ival = *iptr;
printf("%d\n", ival);
}
2.42. Для получения строки "Life is life" написана программа:
main(){
char buf[ 60 ];
strcat( buf, "Life " );
strcat( buf, "is " );
strcat( buf, "life" );
printf( "%s\n", buf );
}
Что окажется в массиве buf?
Ответ: в начале массива окажется мусор, поскольку автоматический массив не инициали-
зируется байтами '\0', а функция strcat() приписывает строки к концу строки. Для исп-
равления можно написать
*buf = '\0';
перед первым strcat()-ом, либо вместо первого strcat()-а написать
strcpy( buf, "Life " );
2.43. Составьте макроопределение copystr(s1, s2) для копирования строки s2 в строку
s1.
2.44. Составьте макроопределение lenstr(s) для вычисления длины строки.
Многие современные компиляторы сами обращаются с подобными короткими (1-3 опера-
тора) стандартными функциями как с макросами, то есть при обращении к ним генерят не
вызов функции, а подставляют текст ее тела в место обращения. Это делает объектный
код несколько "толще", но зато быстрее. В расширенных диалектах Си и в Си++ компиля-
тору можно предложить обращаться так и с вашей функцией - для этого функцию следует
объявить как inline (такие функции называются еще "intrinsic").
2.45. Составьте рекурсивную и нерекурсивную версии программы инвертирования (зер-
кального отображения) строки:
abcdef --> fedcba.
2.46. Составьте функцию index(s, t), возвращающую номер первого вхождения символа t
в строку s; если символ t в строку не входит, функция возвращает -1.
Перепишите эту функцию с указателями, чтобы она возвращала указатель на первое
вхождение символа. Если символ в строке отсутствует - выдавать NULL. В UNIX System-V
такая функция называется strchr. Вот возможный ответ:
char *strchr(s, c) register char *s, c;
{ while(*s && *s != c) s++;
return *s == c ? s : NULL;
}
А. Богатырев, 1992-95 - 102 - Си в UNIX
Заметьте, что p=strchr(s,'\0'); выдает указатель на конец строки. Вот пример исполь-
зования:
extern char *strchr();
char *s = "abcd/efgh/ijklm";
char *p = strchr(s, '/');
printf("%s\n", p==NULL ? "буквы / нет" : p);
if(p) printf("Индекс вхождения = s[%d]\n", p - s );
2.47. Напишите функцию strrchr(), указывающую на последнее вхождение символа.
Ответ:
char *strrchr(s, c) register char *s, c;
{ char *last = NULL;
do if(*s == c) last = s; while(*s++);
return last;
}
Вот пример ее использования:
extern char *strrchr();
char p[] = "wsh"; /* эталон */
main(argc, argv) char *argv[];{
char *s = argv[1]; /* проверяемое имя */
/* попробуйте вызывать
* a.out csh
* a.out /bin/csh
* a.out wsh
* a.out /usr/local/bin/wsh
*/
char *base =
(base = strrchr(s, '/')) ? base+1 : s;
if( !strcmp(p, base))
printf("Да, это %s\n" , p);
else printf("Нет, это %s\n", base);
/* еще более изощренный вариант: */
if( !strcmp(p,(base=strrchr(s,'/')) ? ++base :
(base=s))
) printf("Yes %s\n", p);
else printf("No %s\n", base);
}
2.48. Напишите макрос substr(to,from,n,len) который записывает в to кусок строки
from начиная с n-ой позиции и длиной len. Используйте стандартную функцию strncpy.
Ответ:
#define substr(to, from, n, len) strncpy(to, from+n, len)
или более корректная функция:
А. Богатырев, 1992-95 - 103 - Си в UNIX
char *substr(to, from, n, len) char *to, *from;
{
int lfrom = strlen(from);
if(n < 0 ){ len += n; n = 0; }
if(n >= lfrom || len <= 0)
*to = '\0'; /* пустая строка */
else{
/* длина остатка строки: */
if(len > lfrom-n) len = lfrom - n;
strncpy(to, from+n, len);
to[len] = '\0';
}
return to;
}
2.49. Напишите функцию, проверяющую, оканчивается ли строка на ".abc", и если нет -
приписывающую ".abc" к концу. Если же строка уже имеет такое окончание - ничего не
делать. Эта функция полезна для генерации имен файлов с заданным расширением. Сде-
лайте расширение аргументом функции.
Для сравнения конца строки s со строкой p следует использовать:
int ls = strlen(s), lp = strlen(p);
if(ls >= lp && !strcmp(s+ls-lp, p)) ...совпали...;
2.50. Напишите функции вставки символа c в указанную позицию строки (с раздвижкой
строки) и удаления символа в заданной позиции (со сдвижкой строки). Строка должна
изменяться "на месте", т.е. никуда не копируясь. Ответ:
/* удаление */
char delete(s, at) register char *s;
{
char c;
s += at; if((c = *s) == '\0') return c;
while( s[0] = s[1] ) s++;
return c;
}
/* либо просто strcpy(s+at, s+at+1); */
/* вставка */
insert(s, at, c) char s[], c;
{
register char *p;
s += at; p = s;
while(*p) p++; /* на конец строки */
p[1] = '\0'; /* закрыть строку */
for( ; p != s; p-- )
p[0] = p[-1];
*s = c;
}
2.51. Составьте программу удаления символа c из строки s в каждом случае, когда он
встречается.
Ответ:
А. Богатырев, 1992-95 - 104 - Си в UNIX
delc(s, c) register char *s; char c;
{
register char *p = s;
while( *s )
if( *s != c ) *p++ = *s++;
else s++;
*p = '\0'; /* не забывайте закрывать строку ! */
}
2.52. Составьте программу удаления из строки S1 каждого символа, совпадающего с
каким-либо символом строки S2.
2.53. Составьте функцию scopy(s,t), которая копирует строку s в t, при этом символы
табуляции и перевода строки должны заменяться на специальные двухсимвольные последо-
вательности "\n" и "\t". Используйте switch.
2.54. Составьте функцию, которая "укорачивает" строку, заменяя изображения спецсим-
волов (вроде "\n") на сами эти символы ('\n'). Ответ:
extern char *strchr();
void unquote(s) char *s;
{ static char from[] = "nrtfbae",
to [] = "\n\r\t\f\b\7\33";
char c, *p, *d;
for(d=s; c = *s; s++)
if( c == '\\'){
if( !(c = *++s)) break;
p = strchr(from, c);
*d++ = p ? to[p - from] : c;
}else *d++ = c;
*d = '\0';
}
2.55. Напишите программу, заменяющую в строке S все вхождения подстроки P на строку
Q, например:
P = "ура"; Q = "ой";
S = "ура-ура-ура!";
Результат: "ой-ой-ой!"
2.56. Кроме функций работы со строками (где предполагается, что массив байт заверша-
ется признаком конца '\0'), в Си предусмотрены также функции для работы с массивами
байт без ограничителя. Для таких функций необходимо явно указывать длину обрабатывае-
мого массива. Напишите функции: пересылки массива длиной n байт memcpy(dst,src,n);
заполнения массива символом c memset(s,c,n); поиска вхождения символа в массив
memchr(s,c,n); сравнения двух массивов memcmp(s1,s2,n); Ответ:
#define REG register
char *memset(s, c, n) REG char *s, c;
{ REG char *p = s;
while( --n >= 0 ) *p++ = c;
return s;
}
char *memcpy(dst, src, n)
REG char *dst, *src;
REG int n;
{ REG char *d = dst;
А. Богатырев, 1992-95 - 105 - Си в UNIX
while( n-- > 0 ) *d++ = *src++;
return dst;
}
char *memchr(s, c, n) REG char *s, c;
{
while(n-- && *s++ != c);
return( n < 0 ? NULL : s-1 );
}
int memcmp(s1, s2, n)
REG char *s1, *s2; REG n;
{
while(n-- > 0 && *s1 == *s2)
s1++, s2++;
return( n < 0 ? 0 : *s1 - *s2 );
}
Есть такие стандартные функции.
2.57. Почему лучше пользоваться стандартными функциями работы со строками и памятью
(strcpy, strlen, strchr, memcpy, ...)?
Ответ: потому, что они обычно реализованы поставщиками системы ЭФФЕКТИВНО, то
есть написаны не на Си, а на ассемблере с использованием специализированных машинных
команд и регистров. Это делает их более быстрыми. Написанный Вами эквивалент на Си
может использоваться для повышения мобильности программы, либо для внесения поправок
в стандартные функции.
2.58. Рассмотрим программу, копирующую строку саму в себя:
#include
#include
char string[] = "abcdefghijklmn";
void main(void){
memcpy(string+2, string, 5);
printf("%s\n", string);
exit(0);
Она печатает abababahijklmn. Мы могли бы ожидать, что кусок длины 5 символов "abcde"
будет скопирован как есть: ab[abcde]hijklmn, а получили ab[ababa]hijklmn - цикличес-
кое повторение первых двух символов строки... В чем дело? Дело в том, что когда
области источника (src) и получателя (dst) перекрываются, то в некий момент *src
берется из УЖЕ перезаписанной ранее области, то есть испорченной! Вот программа,
иллюстрирующая эту проблему:
А. Богатырев, 1992-95 - 106 - Си в UNIX
#include
#include
#include
char string[] = "abcdefghijklmn";
char *src = &string[0];
char *dst = &string[2];
int n = 5;
void show(int niter, char *msg){
register length, i;
printf("#%02d %s\n", niter, msg);
length = src-string;
putchar('\t');
for(i=0; i < length+3; i++) putchar(' ');
putchar('S'); putchar('\n');
printf("\t...%s...\n", string);
length = dst-string;
putchar('\t');
for(i=0; i < length+3; i++) putchar(' ');
putchar('D'); putchar('\n');
}
void main(void){
int iter = 0;
while(n-- > 0){
show(iter, "перед");
*dst++ = toupper(*src++);
show(iter++, "после");
}
exit(0);
}
Она печатает:
А. Богатырев, 1992-95 - 107 - Си в UNIX
#00 перед
S
...abcdefghijklmn...
D
#00 после
S
...abAdefghijklmn...
D
#01 перед
S
...abAdefghijklmn...
D
#01 после
S
...abABefghijklmn...
D
#02 перед
S
...abABefghijklmn...
D
#02 после
S
...abABAfghijklmn...
D
#03 перед
S
...abABAfghijklmn...
D
#03 после
S
...abABABghijklmn...
D
#04 перед
S
...abABABghijklmn...
D
#04 после
S
...abABABAhijklmn...
D
Отрезки НЕ перекрываются, если один из них лежит либо целиком левее, либо целиком
правее другого (n - длина обоих отрезков).
dst src src dst
######## @@@@@@@@ @@@@@@@@ ########
dst+n <= src или src+n <= dst
dst <= src-n или dst >= src+n
Отрезки перекрываются в случае
! (dst <= src - n || dst >= src + n) =
(dst > src - n && dst < src + n)
При этом опасен только случай dst > src. Таким образом опасная ситуация описывается
условием
src < dst && dst < src + n
(если dst==src, то вообще ничего не надо делать). Решением является копирование "от
А. Богатырев, 1992-95 - 108 - Си в UNIX
хвоста к голове":
void bcopy(register char *src, register char *dst,
register int n){
if(dst >= src){
dst += n-1;
src += n-1;
while(--n >= 0)
*dst-- = *src--;
}else{
while(n-- > 0)
*dst++ = *src++;
}
}
Или, ограничиваясь только опасным случаем:
void bcopy(register char *src, register char *dst,
register int n){
if(dst==src || n <= 0) return;
if(src < dst && dst < src + n) {
dst += n-1;
src += n-1;
while(--n >= 0)
*dst-- = *src--;
}else memcpy(dst, src, n);
}
Программа
#include
#include
#include
char string[] = "abcdefghijklmn";
char *src = &string[0];
char *dst = &string[2];
int n = 5;
void show(int niter, char *msg){
register length, i;
printf("#%02d %s\n", niter, msg);
length = src-string;
putchar('\t');
for(i=0; i < length+3; i++) putchar(' ');
putchar('S'); putchar('\n');
printf("\t...%s...\n", string);
length = dst-string;
putchar('\t');
for(i=0; i < length+3; i++) putchar(' ');
putchar('D'); putchar('\n');
}
А. Богатырев, 1992-95 - 109 - Си в UNIX
void main(void){
int iter = 0;
if(dst==src || n <= 0){
printf("Ничего не надо делать\n");
return;
}
if(src < dst && dst < src + n) {
dst += n-1;
src += n-1;
while(--n >= 0){
show(iter, "перед");
*dst-- = toupper(*src--);
show(iter++, "после");
}
}else
while(n-- > 0){
show(iter, "перед");
*dst++ = toupper(*src++);
show(iter++, "после");
}
exit(0);
}
Печатает
А. Богатырев, 1992-95 - 110 - Си в UNIX
#00 перед
S
...abcdefghijklmn...
D
#00 после
S
...abcdefEhijklmn...
D
#01 перед
S
...abcdefEhijklmn...
D
#01 после
S
...abcdeDEhijklmn...
D
#02 перед
S
...abcdeDEhijklmn...
D
#02 после
S
...abcdCDEhijklmn...
D
#03 перед
S
...abcdCDEhijklmn...
D
#03 после
S
...abcBCDEhijklmn...
D
#04 перед
S
...abcBCDEhijklmn...
D
#04 после
S
...abABCDEhijklmn...
D
Теперь bcopy() - удобная функция для копирования и сдвига массивов, в частности мас-
сивов указателей. Пусть у нас есть массив строк (выделенных malloc-ом):
char *lines[NLINES];
Тогда циклическая перестановка строк выглядит так:
А. Богатырев, 1992-95 - 111 - Си в UNIX
void scrollUp(){
char *save = lines[0];
bcopy((char *) lines+1, /* from */
(char *) lines, /* to */
sizeof(char *) * (NLINES-1));
lines[NLINES-1] = save;
}
void scrollDown(){
char *save = lines[NLINES-1];
bcopy((char *) &lines[0], /* from */
(char *) &lines[1], /* to */
sizeof(char *) * (NLINES-1));
lines[0] = save;
}
Возможно, что написание по аналогии функции для копирования массивов элементов типа
(void *) - обобщенных указателей - может оказаться еще понятнее и эффективнее. Такая
функция - memmove - стандартно существует в UNIX SVR4. Заметьте, что порядок аргу-
ментов в ней обратный по отношению к bcopy. Следует отметить, что в SVR4 все функции
mem... имеют указатели типа (void *) и счетчик типа size_t - тип для количества байт
(вместо unsigned long); в частности длина файла имеет именно этот тип (смотри систем-
ные вызовы lseek и stat).
#include
void memmove(void *Dst, const void *Src,
register size_t n){
register caddr_t src = (caddr_t) Src,
dst = (caddr_t) Dst;
if(dst==src || n <= 0) return;
if(src < dst && dst < src + n) {
dst += n-1;
src += n-1;
while(--n >= 0)
*dst-- = *src--;
}else memcpy(dst, src, n);
}
caddr_t - это тип для указателей на БАЙТ, фактически это (unsigned char *). Зачем
вообще понадобилось использовать caddr_t? Затем, что для
void *pointer;
int n;
значение
pointer + n
не определено и невычислимо, ибо sizeof(void) не имеет смысла - это не 0, а просто
ошибка, диагностируемая компилятором!
2.59. Еще об опечатках: вот что бывает, когда вместо знака `=' печатается `-' (на
клавиатуре они находятся рядом...).
А. Богатырев, 1992-95 - 112 - Си в UNIX
#include
#include
char *strdup(const char *s){
extern void *malloc();
return strcpy((char *)malloc(strlen(s)+1), s);
}
char *ptr;
void main(int ac, char *av[]){
ptr - strdup("hello"); /* подразумевалось ptr = ... */
*ptr = 'H';
printf("%s\n", ptr);
free(ptr);
exit(0);
}
Дело в том, что запись (а часто и чтение) по *pointer, где pointer==NULL, приводит к
аварийному прекращению программы. В нашей программе ptr осталось равным NULL - указа-
телем в никуда. В операционной системе UNIX на машинах с аппаратной защитой памяти,
страница памяти, содержащая адрес NULL (0) бывает закрыта на запись, поэтому любое
обращение по записи в эту страницу вызывает прерывание от диспетчера памяти и аварий-
ное прекращение процесса. Система сама помогает ловить ваши ошибки (но уже во время
выполнения программы). Это ОЧЕНЬ частая ошибка - запись по адресу NULL. MS DOS в
таких случаях предпочитает просто зависнуть, и вы бываете вынуждены играть аккорд из
трех клавиш - Ctrl/Alt/Del, так и не поняв в чем дело.
2.60. Раз уж речь зашла о функции strdup (кстати, это стандартная функция), приведем
еще одну функцию для сохранения строк.
char *savefromto(register char *from, char *upto)
{
char *ptr, *s;
if((ptr = (char *) malloc(upto - from + 1)) == NULL)
return NULL;
for(s = ptr; from < upto; from++)
*s++ = *from;
*s = '\0';
return ptr;
}
Сам символ (*upto) не сохраняется, а заменяется на '\0'.
2.61. Упрощенный аналог функции printf.
А. Богатырев, 1992-95 - 113 - Си в UNIX
/*
* Машинно - независимый printf() (упрощенный вариант).
* printf - Форматный Вывод.
*/
#include
#include
#include
#include
#include
extern int errno; /* код системной ошибки, формат %m */
/* чтение значения числа */
#define GETN(n,fmt) \
n = 0; \
while(isdigit(*fmt)){ \
n = n*10 + (*fmt - '0'); \
fmt++; \
}
void myprintf(fmt, va_alist)
register char *fmt; va_dcl
{
va_list ap;
char c, *s; int i;
int width, /* минимальная ширина поля */
prec, /* макс. длина данного */
sign, /* выравнивание: 1 - вправо, -1 - влево */
zero, /* ширина поля начинается с 0 */
glong; /* требуется длинное целое */
va_start(ap);
for(;;){
while((c = *fmt++) != '%'){
if( c == '\0' ) goto out;
putchar(c);
}
sign = 1; zero = 0; glong = 0;
if(*fmt == '-'){ sign = (-1); fmt++; }
if(*fmt == '0'){ zero = 1; fmt++; }
if(*fmt == '*'){
width = va_arg(ap, int);
if(width < 0){ width = -width; sign = -sign; }
fmt++;
}else{
GETN(width, fmt);
}
width *= sign;
if(*fmt == '.'){
if(*++fmt == '*'){
prec = va_arg(ap, int); fmt++;
}else{
GETN(prec, fmt);
}
}else prec = (-1); /* произвольно */
if( *fmt == 'l' ){
glong = 1; fmt++;
}
А. Богатырев, 1992-95 - 114 - Си в UNIX
switch(c = *fmt++){
case 'c':
putchar(va_arg(ap, int)); break;
case 's':
prStr(width, prec, va_arg(ap, char *)); break;
case 'm':
prStr(width, prec, strerror(errno)); break;
/* strerror преобразует код ошибки в строку-расшифровку */
case 'u':
prUnsigned(width,
glong ? va_arg(ap, unsigned long) :
(unsigned long) va_arg(ap, unsigned int),
10 /* base */, zero); break;
case 'd':
prInteger(width,
glong ? va_arg(ap, long) : (long) va_arg(ap, int),
10 /* base */, zero); break;
case 'o':
prUnsigned(width,
glong ? va_arg(ap, unsigned long) :
(unsigned long) va_arg(ap, unsigned int),
8 /* base */, zero); break;
case 'x':
prUnsigned(width,
glong ? va_arg(ap, unsigned long) :
(unsigned long) va_arg(ap, unsigned int),
16 /* base */, zero); break;
case 'X':
prUnsigned(width,
glong ? va_arg(ap, unsigned long) :
(unsigned long) va_arg(ap, unsigned int),
-16 /* base */, zero); break;
case 'b':
prUnsigned(width,
glong ? va_arg(ap, unsigned long) :
(unsigned long) va_arg(ap, unsigned int),
2 /* base */, zero); break;
case 'a': /* address */
prUnsigned(width,
(long) (char *) va_arg(ap, char *),
16 /* base */, zero); break;
case 'A': /* address */
prUnsigned(width,
(long) (char *) va_arg(ap, char *),
-16 /* base */, zero); break;
case 'r':
prRoman(width, prec, va_arg(ap, int)); break;
case '%':
putchar('%'); break;
default:
putchar(c); break;
}
}
out:
va_end(ap);
}
А. Богатырев, 1992-95 - 115 - Си в UNIX
/* --------------------------------------------------------- */
int strnlen(s, maxlen) char *s;
{
register n;
for( n=0; *s && n < maxlen; n++, s++ );
return n;
}
/* Печать строки */
static prStr(width, prec, s) char *s;
{
int ln; /* сколько символов выводить */
int toLeft = 0; /* к какому краю прижимать */
if(s == NULL){ pr( "(NULL)", 6); return; }
/* Измерить длину и обрубить длинную строку.
* Дело в том, что строка может не иметь \0 на конце, тогда
* strlen(s) может привести к обращению в запрещенные адреса */
ln = (prec > 0 ? strnlen(s, prec) : strlen(s));
/* ширина поля */
if( ! width ) width = (prec > 0 ? prec : ln);
if( width < 0){ width = -width; toLeft = 1; }
if( width > ln){
/* дополнить поле пробелами */
if(toLeft){ pr(s, ln); prSpace(width - ln, ' '); }
else { prSpace(width - ln, ' '); pr(s, ln); }
} else { pr(s, ln); }
}
/* Печать строки длиной l */
static pr(s, ln) register char *s; register ln;
{
for( ; ln > 0 ; ln-- )
putchar( *s++ );
}
/* Печать n символов c */
static prSpace(n, c) register n; char c;{
for( ; n > 0 ; n-- )
putchar( c );
}
/* --------------------------------------------------------- */
static char *ds;
/* Римские цифры */
static prRoman(w,p,n){
char bd[60];
ds = bd;
if( n < 0 ){ n = -n; *ds++ = '-'; }
prRdig(n,6);
*ds = '\0';
prStr(w, p, bd);
}
А. Богатырев, 1992-95 - 116 - Си в UNIX
static prRdig(n, d){
if( !n ) return;
if( d ) prRdig( n/10, d - 2);
tack(n%10, d);
}
static tack(n, d){
static char im[] = " MDCLXVI";
/* ..1000 500 100 50 10 5 1 */
if( !n ) return;
if( 1 <= n && n <= 3 ){
repeat(n, im[d+2]); return;
}
if( n == 4 )
*ds++ = im[d+2];
if( n == 4 || n == 5 ){
*ds++ = im[d+1]; return;
}
if( 6 <= n && n <= 8 ){
*ds++ = im[d+1];
repeat(n - 5, im[d+2] );
return;
}
/* n == 9 */
*ds++ = im[d+2]; *ds++ = im[d];
}
static repeat(n, c) char c;
{ while( n-- > 0 ) *ds++ = c; }
/* --------------------------------------------------------- */
static char aChar = 'A';
static prInteger(w, n, base, zero) long n;
{
/* преобразуем число в строку */
char bd[128];
int neg = 0; /* < 0 */
if( n < 0 ){ neg = 1; n = -n; }
if( base < 0 ){ base = -base; aChar = 'A'; }
else { aChar = 'a'; }
ds = bd; prUDig( n, base ); *ds = '\0';
/* Теперь печатаем строку */
prIntStr( bd, w, zero, neg );
}
А. Богатырев, 1992-95 - 117 - Си в UNIX
static prUnsigned(w, n, base, zero) unsigned long n;
{
char bd[128];
if( base < 0 ){ base = -base; aChar = 'A'; }
else { aChar = 'a'; }
ds = bd; prUDig( n, base ); *ds = '\0';
/* Теперь печатаем строку */
prIntStr( bd, w, zero, 0 );
}
static prUDig( n, base ) unsigned long n;
{
unsigned long aSign;
if((aSign = n/base ) > 0 )
prUDig( aSign, base );
aSign = n % base;
*ds++ = (aSign < 10 ? '0' + aSign : aChar + (aSign - 10));
}
static prIntStr( s, width, zero, neg ) char *s;
{
int ln; /* сколько символов выводить */
int toLeft = 0; /* к какому краю прижимать */
ln = strlen(s); /* длина строки s */
/* Ширина поля: вычислить, если не указано явно */
if( ! width ){
width = ln; /* ширина поля */
if( neg ) width++; /* 1 символ для минуса */
}
if( width < 0 ){ width = -width; toLeft = 1; }
if( ! neg ){ /* Положительное число */
if(width > ln){
if(toLeft){ pr(s, ln); prSpace(width - ln, ' '); }
else { prSpace(width - ln, zero ? '0' : ' '); pr(s, ln); }
} else { pr(s, ln); }
}else{ /* Отрицательное число */
if(width > ln){
/* Надо заполнять оставшуюся часть поля */
width -- ; /* width содержит одну позицию для минуса */
if(toLeft){ putchar('-'); pr(s, ln); prSpace(width - ln, ' '); }
else{
if( ! zero ){
prSpace(width - ln, ' '); putchar('-'); pr(s,ln);
} else {
putchar('-'); prSpace(width - ln, '0'); pr(s, ln);
}
}
} else { putchar('-'); pr(s, ln); }
}
}
А. Богатырев, 1992-95 - 118 - Си в UNIX
/* --------------------------------------------------------- */
main(){
int i, n;
static char s[] = "Hello, world!\n";
static char p[] = "Hello, world";
long t = 7654321L;
myprintf( "%%abc%Y\n");
myprintf( "%s\n", "abs" );
myprintf( "%5s|\n", "abs" );
myprintf( "%-5s|\n", "abs" );
myprintf( "%5s|\n", "xyzXYZ" );
myprintf( "%-5s|\n", "xyzXYZ" );
myprintf( "%5.5s|\n", "xyzXYZ" );
myprintf( "%-5.5s|\n", "xyzXYZ" );
myprintf( "%r\n", 444 );
myprintf( "%r\n", 999 );
myprintf( "%r\n", 16 );
myprintf( "%r\n", 18 );
myprintf( "%r\n", 479 );
myprintf( "%d\n", 1234 );
myprintf( "%d\n", -1234 );
myprintf( "%ld\n", 97487483 );
myprintf( "%2d|%2d|\n", 1, -3 );
myprintf( "%-2d|%-2d|\n", 1, -3 );
myprintf( "%02d|%2d|\n", 1, -3 );
myprintf( "%-02d|%-2d|\n", 1, -3 );
myprintf( "%5d|\n", -12 );
myprintf( "%05d|\n", -12 );
myprintf( "%-5d|\n", -12 );
myprintf( "%-05d|\n", -12 );
for( i = -6; i < 6; i++ )
myprintf( "width=%2d|%0*d|%0*d|%*d|%*d|\n", i,
i, 123, i, -123, i, 123, i, -123);
myprintf( "%s at location %a\n", s, s );
myprintf( "%ld\n", t );
n = 1; t = 1L;
for( i=0; i < 34; i++ ){
myprintf( "for %2d |%016b|%d|%u|\n\t |%032lb|%ld|%lu|\n",
i, n, n, n, t, t, t );
n *= 2;
t *= 2;
}
myprintf( "%8x %8X\n", 7777, 7777 );
myprintf( "|%s|\n", p );
myprintf( "|%10s|\n", p );
myprintf( "|%-10s|\n", p );
myprintf( "|%20s|\n", p );
myprintf( "|%-20s|\n", p );
myprintf( "|%20.10s|\n", p );
myprintf( "|%-20.10s|\n", p );
myprintf( "|%.10s|\n", p );
}
А. Богатырев, 1992-95 - 119 - Си в UNIX
Выдача этой программы:
%abcY
abs
abs|
abs |
xyzXYZ|
xyzXYZ|
xyzXY|
xyzXY|
CDXLIV
CMXCIX
XVI
XVIII
CDLXXIX
1234
-1234
97487483
1|-3|
1 |-3|
01|-3|
1 |-3|
-12|
-0012|
-12 |
-12 |
width=-6|123 |-123 |123 |-123 |
width=-5|123 |-123 |123 |-123 |
width=-4|123 |-123|123 |-123|
width=-3|123|-123|123|-123|
width=-2|123|-123|123|-123|
width=-1|123|-123|123|-123|
width= 0|123|-123|123|-123|
width= 1|123|-123|123|-123|
width= 2|123|-123|123|-123|
width= 3|123|-123|123|-123|
width= 4|0123|-123| 123|-123|
width= 5|00123|-0123| 123| -123|
Hello, world!
at location 400980
7654321
for 0 |0000000000000001|1|1|
|00000000000000000000000000000001|1|1|
for 1 |0000000000000010|2|2|
|00000000000000000000000000000010|2|2|
for 2 |0000000000000100|4|4|
|00000000000000000000000000000100|4|4|
for 3 |0000000000001000|8|8|
|00000000000000000000000000001000|8|8|
for 4 |0000000000010000|16|16|
|00000000000000000000000000010000|16|16|
for 5 |0000000000100000|32|32|
|00000000000000000000000000100000|32|32|
for 6 |0000000001000000|64|64|
|00000000000000000000000001000000|64|64|
for 7 |0000000010000000|128|128|
|00000000000000000000000010000000|128|128|
for 8 |0000000100000000|256|256|
|00000000000000000000000100000000|256|256|
for 9 |0000001000000000|512|512|
|00000000000000000000001000000000|512|512|
for 10 |0000010000000000|1024|1024|
А. Богатырев, 1992-95 - 120 - Си в UNIX
|00000000000000000000010000000000|1024|1024|
for 11 |0000100000000000|2048|2048|
|00000000000000000000100000000000|2048|2048|
for 12 |0001000000000000|4096|4096|
|00000000000000000001000000000000|4096|4096|
for 13 |0010000000000000|8192|8192|
|00000000000000000010000000000000|8192|8192|
for 14 |0100000000000000|16384|16384|
|00000000000000000100000000000000|16384|16384|
for 15 |1000000000000000|32768|32768|
|00000000000000001000000000000000|32768|32768|
for 16 |10000000000000000|65536|65536|
|00000000000000010000000000000000|65536|65536|
for 17 |100000000000000000|131072|131072|
|00000000000000100000000000000000|131072|131072|
for 18 |1000000000000000000|262144|262144|
|00000000000001000000000000000000|262144|262144|
for 19 |10000000000000000000|524288|524288|
|00000000000010000000000000000000|524288|524288|
for 20 |100000000000000000000|1048576|1048576|
|00000000000100000000000000000000|1048576|1048576|
for 21 |1000000000000000000000|2097152|2097152|
|00000000001000000000000000000000|2097152|2097152|
for 22 |10000000000000000000000|4194304|4194304|
|00000000010000000000000000000000|4194304|4194304|
for 23 |100000000000000000000000|8388608|8388608|
|00000000100000000000000000000000|8388608|8388608|
for 24 |1000000000000000000000000|16777216|16777216|
|00000001000000000000000000000000|16777216|16777216|
for 25 |10000000000000000000000000|33554432|33554432|
|00000010000000000000000000000000|33554432|33554432|
for 26 |100000000000000000000000000|67108864|67108864|
|00000100000000000000000000000000|67108864|67108864|
for 27 |1000000000000000000000000000|134217728|134217728|
|00001000000000000000000000000000|134217728|134217728|
for 28 |10000000000000000000000000000|268435456|268435456|
|00010000000000000000000000000000|268435456|268435456|
for 29 |100000000000000000000000000000|536870912|536870912|
|00100000000000000000000000000000|536870912|536870912|
for 30 |1000000000000000000000000000000|1073741824|1073741824|
|01000000000000000000000000000000|1073741824|1073741824|
for 31 |10000000000000000000000000000000|-2147483648|2147483648|
|10000000000000000000000000000000|-2147483648|2147483648|
for 32 |0000000000000000|0|0|
|00000000000000000000000000000000|0|0|
for 33 |0000000000000000|0|0|
|00000000000000000000000000000000|0|0|
1e61 1E61
|Hello, world|
|Hello, world|
|Hello, world|
| Hello, world|
|Hello, world |
| Hello, wor|
|Hello, wor |
|Hello, wor|
2.62. Рассмотрим программу суммирования векторов:
А. Богатырев, 1992-95 - 121 - Си в UNIX
int A[1024], B[1024], C[1024];
...
for(i=0; i < 1024; i++) C[i] = A[i] + B[i];
А почему бы не
for(i=1024-1; i >=0 ; --i) ...;
А почему бы не в произвольном порядке?
foreach i in (0..1023) ...;
Данный пример показывает, что некоторые операции обладают врожденным паралеллизмом,
ведь все 1024 сложений можно было бы выполнять параллельно! Однако тупой компилятор
будет складывать их именно в том порядке, в котором вы ему велели. Только самые сов-
ременные компиляторы на многопроцессорных системах умеют автоматически распараллели-
вать такие циклы. Сам язык Си не содержит средств указания параллельности (разве что
снова - библиотеки и системные вызовы для этого).
А. Богатырев, 1992-95 - 122 - Си в UNIX
3. Мобильность и машинная зависимость программ. Проблемы с русскими буквами.
Программа считается мобильной, если она без каких-либо изменений ее исходного
текста (либо после настройки некоторых констант при помощи #define и #ifdef) трансли-
руется и работает на разных типах машин (с разной разрядностью, системой команд,
архитектурой, периферией) под управлением операционных систем одного семейства. Заме-
тим, что мобильными могут быть только исходные тексты программ, объектные модули для
разных процессоров, естественно, несовместимы!
3.1. Напишите программу, печатающую размер типов данных char, short, int, long,
float, double, (char *) в байтах. Используйте для этого встроенную операцию sizeof.
3.2. Составьте мобильную программу, выясняющую значения следующих величин для любой
машины, на которой работает программа:
1) Наибольшее допустимое знаковое целое.
2) Наибольшее беззнаковое целое.
3) Наибольшее по абсолютной величине отрицательное целое.
4) Точность значения |x|, отличающегося от 0, где x - вещественное число.
5) Наименьшее значение e, такое что машина различает числа 1 и 1+e (для веществен-
ных чисел).
3.3. Составьте мобильную программу, выясняющую длину машинного слова ЭВМ (число
битов в переменной типа int). Указание: для этого можно использовать битовые сдвиги.
3.4. Надо ли писать в своих программах определения
#define EOF (-1)
#define NULL ((char *) 0) /* или ((void *)0) */
Ответ: НЕТ. Во-первых, эти константы уже определены в include-файле, подключаемом по
директиве
#include
поэтому правильнее написать именно эту директиву. Во-вторых, это было бы просто неп-
равильно: конкретные значения этих констант на данной машине (в данной реализации
системы) могут быть другими! Чтобы придерживаться тех соглашений, которых придержива-
ются все стандартные функции данной реализации, вы ДОЛЖНЫ брать эти константы из
.
По той же причине следует писать
#include
int fd = open( имяФайла, O_RDONLY); /* O_WRONLY, O_RDWR */
вместо
int fd = open( имяФайла, 0); /* 1, 2 */
3.5. Почему может завершаться по защите памяти следующая программа?
#include
#include
time_t t;
extern time_t time();
...
t = time(0);
/* узнать текущее время в секундах с 1 Янв. 1970 г.*/
Ответ: дело в том, что прототип системного вызова time() это:
time_t time( time_t *t );
то есть аргумент должен быть указателем. Мы же вместо указателя написали в качестве
А. Богатырев, 1992-95 - 123 - Си в UNIX
аргумента 0 (типа int). На машине IBM PC AT 286 указатель - это 2 слова, а целое -
одно. Недостающее слово будет взято из стека произвольно. В результате time() полу-
чает в качестве аргумента не нулевой указатель, а мусор. Правильно будет написать:
t = time(NULL);
либо (по определению time())
time( &t );
а еще более корректно так:
t = time((time_t *)NULL);
Мораль: везде, где требуется нулевой указатель, следует писать NULL (или явное приве-
дение нуля к типу указателя), а не просто 0.
3.6. Найдите ошибку:
void f(x, s) long x; char *s;
{
printf( "%ld %s\n", x, s );
}
void main(){
f( 12, "hello" );
}
Эта программа работает на IBM PC 386, но не работает на IBM PC 286.
Ответ. Здесь возникает та же проблема, что и в примере про sin(12). Дело в том,
что f требует первый аргумент типа long (4 байта на IBM PC 286), мы же передаем ей
int (2 байта). В итоге в x попадает неверное значение; но более того, недостающие
байты отбираются у следующего аргумента - s. В итоге и адрес строки становится непра-
вильным, программа обращается по несуществующему адресу и падает. На IBM PC 386 и
int и long имеют длину 4 байта, поэтому там эта ошибка не проявляется!
Опять-таки, это повод для использования прототипов функций (когда вы прочитаете
про них - вернитесь к этому примеру!). Напишите прототип
void f(long x, char *s);
и ошибки не будет.
В данном примере мы использовали тип void, которого не сушествовало в ранних
версиях языка Си. Этот тип означает, что функция не возвращает значения (то есть
является "процедурой" в смысле языков Pascal или Algol). Если мы не напишем слово
void перед f, то компилятор будет считать функцию f возвращающей целое (int), хотя
эта функция ничего не возвращает (в ней нет оператора return). В большинстве случаев
это не принесет вреда и программа будет работать. Но зато если мы напишем
int x = f((long) 666, "good bye" );
то x получит непредсказуемое значение. Если же f описана как void, то написанный опе-
ратор заставит компилятор сообщить об ошибке.
Тип (void *) означает указатель на что угодно (понятно, что к такому указателю
операции [], *, -> неприменимы: сначала следует явно привести указатель к содержа-
тельному типу "указатель на тип"). В частности, сейчас стало принято считать, что
функция динамического выделения памяти (memory allocation) malloc() (которая отводит
в куче[**] область памяти заказанного размера и выдает указатель на нее) имеет прототип:
____________________
[*] В данной книге слова "указатель" и "ссылка" употребляются в одном и том же
смысле. Если вы обратитесь к языку Си++, то обнаружите, что там эти два термина
(pointer и reference) означают разные понятия (хотя и сходные).
____________________
А. Богатырев, 1992-95 - 124 - Си в UNIX
void *malloc(unsigned size); /* size байт */
char *s = (char *) malloc( strlen(buf)+1 );
struct ST *p = (struct ST *) malloc( sizeof(struct ST));
/* или sizeof(*p) */
хотя раньше принято было char *malloc();
3.7. Поговорим про оператор sizeof. Отметим распространенную ошибку, когда sizeof
принимают за функцию. Это не так! sizeof вычисляется компилятором при трансляции
программы, а не программой во время выполнения. Пусть
char a[] = "abcdefg";
char *b = "hijklmn";
Тогда
sizeof(a) есть 8 (байт \0 на конце - считается)
sizeof(b) есть 2 на PDP-11 (размер указателя)
strlen(a) есть 7
strlen(b) есть 7
Если мы сделаем
b = "This ia a new line";
strcpy(a, "abc");
то все равно
sizeof(b) останется равно 2
sizeof(a) 8
Таким образом sizeof выдает количество зарезервированной для переменной памяти (в
байтах), независимо от текущего ее содержимого.
Операция sizeof применима даже к выражениям. В этом случае она сообщает нам,
каков будет размер у результата этого выражения. Само выражение при этом не вычисля-
ется, так в
double f(){ printf( "Hi!\n"); return 12.34; }
main(){
int x = 2; long y = 4;
printf( "%u\n", sizeof(x + y + f()));
}
будет напечатано значение, совпадающее с sizeof(double), а фраза "Hi!" не будет напе-
чатана.
Когда оператор sizeof применяется к переменной (а не к имени типа), можно не
писать круглые скобки:
sizeof(char *); но sizeof x;
3.8. Напишите объединение, в котором может храниться либо указатель, либо целое,
либо действительное число. Ответ:
union all{
char *s; int i; double f;
____________________
[**] "Куча" (heap, pool) - область статической памяти, увеличивающаяся по мере надоб-
ности, и предназначенная как раз для хранения динамически отведенных данных.
А. Богатырев, 1992-95 - 125 - Си в UNIX
} x;
x.i = 12 ; printf("%d\n", x.i);
x.f = 3.14; printf("%f\n", x.f);
x.s = "Hi, there"; printf("%s\n", x.s);
printf("int=%d double=%d (char *)=%d all=%d\n",
sizeof(int), sizeof(double), sizeof(char *),
sizeof x);
В данном примере вы обнаружите, что размер переменной x равен максимальному из разме-
ров типов int, double, char *.
Если вы хотите использовать одну и ту же переменную для хранения данных разных
типов, то для получения мобильной программы вы должны пользоваться только объединени-
ями и никогда не привязываться к длине слова и представлению этих типов данных на
конкретной ЗВМ! Раньше, когда программисты не думали о мобильности, они писали прог-
раммы, где в одной переменой типа int хранили в зависимости от нужды то целые значе-
ния, то указатели (это было на машинах PDP и VAX). Увы, такие программы оказались
непереносимы на машины, на которых sizeof(int) != sizeof(char *), более того, они
оказались весьма туманны для понимания их другими людьми. Не следуйте этому стилю
(такой стиль американцы называют "poor style"), более того, всеми силами избегайте
его!
Сравните два примера, использующие два стиля программирования. Первый стиль не
так плох, как только что описанный, но все же мы рекомендуем использовать только вто-
рой:
/* СТИЛЬ ПЕРВЫЙ: ЯВНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ТИПОВ */
typedef void *PTR; /* универсальный указатель */
struct a { int x, y; PTR pa; } A;
struct b { double u, v; PTR pb; } B;
#define Aptr(p) ((struct a *)(p))
#define Bptr(p) ((struct b *)(p))
PTR ptr1, ptr2;
main(){
ptr1 = &A; ptr2 = &B;
Bptr(ptr2)->u = Aptr(ptr1)->x = 77;
printf("%f %d\n", B.u, A.x);
}
/* СТИЛЬ ВТОРОЙ: ОБ'ЕДИНЕНИЕ */
/* предварительное объявление: */
extern struct a; extern struct b;
/* универсальный тип данных: */
typedef union everything {
int i; double d; char *s;
struct a *ap; struct b *bp;
} ALL;
struct a { int x, y; ALL pa; } A;
struct b { double u, v; ALL pb; } B;
ALL ptr1, ptr2, zz;
main(){
ptr1.ap = &A; ptr2.bp = &B; zz.i = 77;
ptr2.bp->u = ptr1.ap->x = zz.i;
printf("%f %d\n", B.u, A.x);
}
3.9. Для выделения классов символов (например цифр), следует пользоваться макросами
из include-файла Так вместо
if( '0' <= c && c <= '9' ) ...
А. Богатырев, 1992-95 - 126 - Си в UNIX
следует использовать
#include
.....
if(isdigit(c)) ...
и вместо
if((c >='a' && c <= 'z') || (c >= 'A' && c <= 'Z')) ...
надо
if(isalpha(c)) ...
Дело в том, что сравнения < и > зависят от расположения букв в используемой коди-
ровке. Но например, в кодировке КОИ-8 русские буквы расположены НЕ в алфавитном
порядке. Вследствие этого, если для
char c1, c2;
c1 < c2
то это еще не значит, что буква c1 предшествует букве c2 в алфавите! Лексикографичес-
кое сравнение требует специальной перекодировки букв к "упорядоченной" кодировке.
Аналогично, сравнение
if( c >= 'а' && c <= 'я' )
скорее всего не даст ожидаемого результата. Макроопределения же в исполь-
зуют массив флагов для каждой буквы кодировки, и потому не зависят от порядка букв (и
работают быстрее). Идея реализации такова:
extern unsigned char _ctype[]; /*массив флагов*/
#define US(c) (sizeof(c)==sizeof(char)?((c)&0xFF):(c))
/* подавление расширения знакового бита */
/* Ф Л А Г И */
#define _U 01 /* uppercase: большая буква */
#define _L 02 /* lowercase: малая буква */
#define _N 04 /* number: цифра */
#define _S 010 /* space: пробел */
/* ... есть и другие флаги ... */
#define isalpha(c) ((_ctype+1)[US(c)] & (_U|_L) )
#define isupper(c) ((_ctype+1)[US(c)] & _U )
#define islower(c) ((_ctype+1)[US(c)] & _L )
#define isdigit(c) ((_ctype+1)[US(c)] & _N )
#define isalnum(c) ((_ctype+1)[US(c)] & (_U|_L|_N))
#define tolower(c) ((c) + 'a' - 'A' )
#define toupper(c) ((c) + 'A' - 'a' )
где массив _ctype[] заполнен заранее (это проинициализированные статические данные) и
хранится в стандартной библиотеке Си. Вот его фрагмент:
unsigned char _ctype[256 /* размер алфавита */ + 1] = {
/* EOF код (-1) */ 0,
...
/* '1' код 061 0x31 */ _N,
...
/* 'A' код 0101 0x41 */ _U,
...
/* 'a' код 0141 0x61 */ _L,
...
};
А. Богатырев, 1992-95 - 127 - Си в UNIX
Выигрыш в скорости получается вот почему: если мы определим[*]
#define isalpha(c) (((c) >= 'a' && (c) <= 'z') || \
((c) >= 'A' && (c) <= 'Z'))
то этот оператор состоит из 7 операций. Если же мы используем isalpha из
(как определено выше) - мы используем только две операции: индексацию и проверку
битовой маски &. Операции _ctype+1 и _U|_L вычисляются до констант еще при компиля-
ции, и поэтому не вызывают генерации машинных команд.
Определенные выше toupper и tolower работают верно лишь в кодировке ASCII[**], в
которой все латинские буквы расположены подряд и по алфавиту. Обратите внимание, что
tolower имеет смысл применять только к большим буквам, а toupper - только к малень-
ким:
if( isupper(c) ) c = tolower(c);
Существует еще черезвычайно полезный макрос isspace(c), который можно было бы опреде-
лить как
#define isspace(c) (c==' ' ||c=='\t'||c=='\f'|| \
c=='\n'||c=='\r')
или
#define isspace(c) (strchr(" \t\f\n\r",(c)) != NULL)
На самом деле он, конечно, реализован через флаги в _ctype[]. Он используется для
определения символов-пробелов, служащих заполнителями промежутков между словами
текста.
Есть еще два нередко используемых макроса: isprint(c), проверяющий, является ли
c ПЕЧАТНЫМ символом, т.е. имеющим изображение на экране; и iscntrl(c), означающий,
что символ c является управляющим, т.е. при его выводе на терминал ничего не изобра-
зится, но терминал произведет некоторое действие, вроде очистки экрана или перемеще-
ния курсора в каком-то направлении. Они нужны, как правило, для отображения управля-
ющих ("контроловских") символов в специальном печатном виде, вроде ^A для кода '\01'.
Задание: исследуйте кодировку и на вашей машине. Напишите функцию
лексикографического сравнения букв и строк.
Указание: пусть буквы имеют такие коды (это не соответствует реальности!):
буква: а б в г д е
код: 1 4 2 5 3 0
нужно: 0 1 2 3 4 5
Тогда идея функции Ctou перекодировки к упорядоченному алфавиту такова:
unsigned char UU[] = { 5, 0, 2, 4, 1, 3 };
/* в действительности - 256 элементов: UU[256] */
Ctou(c) unsigned char c; { return UU[c]; }
int strcmp(s1, s2) char *s1, *s2; {
/* Проигнорировать совпадающие начала строк */
while(*s1 && *s1 == *s2) s1++, s2++;
/* Вернуть разность [не]совпавших символов */
return Ctou(*s1) - Ctou(*s2);
____________________
[*] Обратите внимание, что символ \ в конце строки макроопределения позволяет про-
должить макрос на следующей строке, поэтому макрос может состоять из многих строк.
[**] ASCII - American Standard Code for Information Interchange - наиболее распрост-
раненная в мире кодировка (Американский стандарт).
А. Богатырев, 1992-95 - 128 - Си в UNIX
}
Разберитесь с принципом формирования массива UU.
3.10. В современных UNIX-ах с поддержкой различных языков таблица ctype загружается
из некоторых системных файлов - для каждого языка своя. Для какого языка - выбира-
ется по содержимому переменной окружения LANG. Если переменная не задана - использу-
ется значение "C", английский язык. Загрузка таблиц должна происходить явно, вызовом
...
#include
...
main(){
setlocale(LC_ALL, "");
...
все остальное
...
}
3.11. Вернемся к нашей любимой проблеме со знаковым битом у типа char.
#include
#include
#include
int main(int ac, char *av[]){
char c;
char *string = "абвгдежзиклмноп";
setlocale(LC_ALL, "");
for(;c = *string;string++){
#ifdef DEBUG
printf("%c %d %d\n", *string, *string, c);
#endif
if(isprint(c)) printf("%c - печатный символ\n", c);
}
return 0;
}
Эта программа неожиданно печатает
% a.out
в - печатный символ
з - печатный символ
И все. В чем дело???
Рассмотрим к примеру символ 'г'. Его код '\307'. В операторе
c = *string;
Символ c получает значение -57 (десятичное), которое ОТРИЦАТЕЛЬНО. В системном файле
/usr/include/ctype.h макрос isprint определен так:
#define isprint(c) ((_ctype + 1)[c] & (_P|_U|_L|_N|_B))
И значение c используется в нашем случае как отрицательный индекс в массиве, ибо
индекс приводится к типу int (signed). Откуда теперь извлекается значение флагов -
нам неизвестно; можно только с уверенностью сказать, что НЕ из массива _ctype.
А. Богатырев, 1992-95 - 129 - Си в UNIX
Проблему решает либо использование
isprint(c & 0xFF)
либо
isprint((unsigned char) c)
либо объявление в нашем примере
unsigned char c;
В первом случае мы явно приводим signed к unsigned битовой операцией, обнуляя лишние
биты. Во втором и третьем - unsigned char расширяется в unsigned int, который оста-
нется положительным. Вероятно, второй путь предпочтительнее.
3.12. Итак, снова напомним, что русские буквы char, а не unsigned char дают отрица-
тельные индексы в массиве.
char c = 'г';
int x[256];
...x[c]... /* индекс < 0 */
...x['г']...
Поэтому байтовые индексы должны быть либо unsigned char, либо & 0xFF. Как в следую-
щем примере:
/* Программа преобразования символов в файле: транслитерация
tr abcd prst заменяет строки
xxxxdbcaxxxx -> xxxxtrspxxxx
По мотивам книги М.Дансмура и Г.Дейвиса.
*/
#include
#define ASCII 256 /* число букв в алфавите ASCII */
/* BUFSIZ определено в stdio.h */
char mt[ ASCII ]; /* таблица перекодировки */
/* начальная разметка таблицы */
void mtinit(){
register int i;
for( i=0; i < ASCII; i++ )
mt[i] = (char) i;
}
А. Богатырев, 1992-95 - 130 - Си в UNIX
int main(int argc, char *argv[])
{
register char *tin, *tout; /* unsigned char */
char buffer[ BUFSIZ ];
if( argc != 3 ){
fprintf( stderr, "Вызов: %s что наЧто\n", argv[0] );
return(1);
}
tin = argv[1]; tout = argv[2];
if( strlen(tin) != strlen(tout)){
fprintf( stderr, "строки разной длины\n" );
return(2);
}
mtinit();
do{
mt[ (*tin++) & 0xFF ] = *tout++;
/* *tin - имеет тип char.
* & 0xFF подавляет расширение знака
*/
} while( *tin );
tout = mt;
while( fgets( buffer, BUFSIZ, stdin ) != NULL ){
for( tin = buffer; *tin; tin++ )
*tin = tout[ *tin & 0xFF ];
fputs( buffer, stdout );
}
return(0);
}
3.13.
int main(int ac, char *av[]){
char c = 'г';
if('a' <= c && c < 256)
printf("Это одна буква.\n");
return 0;
}
Увы, эта программа не печатает НИЧЕГО. Просто потому, что signed char в сравнении (в
операторе if) приводится к типу int. А как целое число - русская буква отрицательна.
Снова решением является либо использование везде (c & 0xFF), либо объявление
unsigned char c. В частности, этот пример показывает, что НЕЛЬЗЯ просто так сравни-
вать две переменные типа char. Нужно принимать предохранительные меры по подавлению
расширения знака:
if((ch1 & 0xFF) < (ch2 & 0xFF))...;
Для unsigned char такой проблемы не будет.
3.14. Почему неверно:
А. Богатырев, 1992-95 - 131 - Си в UNIX
#include
main(){
char c;
while((c = getchar()) != EOF)
putchar(c);
}
Потому что c описано как char, в то время как EOF - значение типа int равное (-1).
Русская буква "Большой твердый знак" в кодировке КОИ-8 имеет код '\377' (0xFF).
Если мы подадим на вход этой программе эту букву, то в сравнении signed char со зна-
чением знакового целого EOF, c будет приведено тоже к знаковому целому - расширением
знака. 0xFF превратится в (-1), что означает, что поступил символ EOF. Сюрприз!!!
Посему данная программа будет делать вид, что в любом файле с большим русским твердым
знаком после этого знака (и включая его) дальше ничего нет. Что есть досадное заблуж-
дение.
Решением служит ПРАВИЛЬНОЕ объявление int c.
3.15. Изучите поведение программы
#define TYPE char
void f(TYPE c){
if(c == 'й') printf("Это буква й\n");
printf("c=%c c=\\%03o c=%03d c=0x%0X\n", c, c, c, c);
}
int main(){
f('г'); f('й');
f('z'); f('Z');
return 0;
}
когда TYPE определено как char, unsigned char, int. Объясните поведение. Выдачи в
этих трех случаях таковы (int == 32 бита):
c=г c=\37777777707 c=-57 c=0xFFFFFFC7
Это буква й
c=й c=\37777777712 c=-54 c=0xFFFFFFCA
c=z c=\172 c=122 c=0x7A
c=Z c=\132 c=090 c=0x5A
c=г c=\307 c=199 c=0xC7
c=й c=\312 c=202 c=0xCA
c=z c=\172 c=122 c=0x7A
c=Z c=\132 c=090 c=0x5A
и снова как 1 случай.
Рассмотрите альтернативу
if(c == (unsigned char) 'й') printf("Это буква й\n");
где предполагается, что знак у русских букв и у c НЕ расширяется. В данном случае
фраза 'Это буква й' не печатается ни с типом char, ни с типом int, поскольку в срав-
нении c приводится к типу signed int расширением знакового бита (который равен 1).
Слева получается отрицательное число!
В таких случаях вновь следует писать
if((unsigned char)c == (unsigned char)'й') printf("Это буква й\n");
А. Богатырев, 1992-95 - 132 - Си в UNIX
3.16. Обычно возникают проблемы при написании функций с переменным числом аргумен-
тов. В языке Си эта проблема решается использованием макросов va_args, не зависящих
от соглашений о вызовах функций на данной машине, и использующих эти макросы специ-
альных функций. Есть два стиля оформления таких программ: с использованием
и . Первый был продемонстрирован в первой главе на примере
функции poly(). Для иллюстрации второго приведем пример функции трассировки, записы-
вающей собщение в файл:
#include
#include
void trace(char *fmt, ...) {
va_list args;
static FILE *fp = NULL;
if(fp == NULL){
if((fp = fopen("TRACE", "w")) == NULL) return;
}
va_start(args, fmt);
/* второй аргумент: арг-т после которого
* в заголовке функции идет ... */
vfprintf(fp, fmt, args); /* библиотечная ф-ция */
fflush(fp); /* вытолкнуть сообщение в файл */
va_end(args);
}
main(){ trace( "%s\n", "Go home.");
trace( "%d %d\n", 12, 34);
}
Символ `...' (троеточие) в заголовке функции обозначает переменный (возможно пустой)
список аргументов. Он должен быть самым последним, следуя за всеми обязательными
аргументами функции.
Макрос va_arg(args,type), извлекающий из переменного списка аргументов `...'
очередное значение типа type, одинаков в обоех моделях. Функция vfprintf может быть
написана через функцию vsprintf (в действительности обе функции - стандартные):
int vfprintf(FILE *fp, const char *fmt, va_list args){
/*static*/ char buffer[1024]; int res;
res = vsprintf(buffer, fmt, args);
fputs(buffer, fp); return res;
}
Функция vsprintf(str,fmt,args); аналогична функции sprintf(str,fmt,...) - записывает
преобразованную по формату строку в байтовый массив str, но используется в контексте,
подобном приведенному. В конец сформированной строки sprintf записывает '\0'.
3.17. Напишите функцию printf, понимающую форматы %c (буква), %d (целое), %o (вось-
меричное), %x (шестнадцатеричное), %b (двоичное), %r (римское), %s (строка), %ld
(длинное целое). Ответ смотри в приложении.
3.18. Для того, чтобы один и тот же исходный текст программы транслировался на раз-
ных машинах (в разных системах), приходится выделять в программе системно-зависимые
части. Такие части должны по-разному выглядеть на разных машинах, поэтому их оформ-
ляют в виде так называемых "условно компилируемых" частей:
#ifdef XX
... вариант1
#else
... вариант2
#endif
А. Богатырев, 1992-95 - 133 - Си в UNIX
Эта директива препроцессора ведет себя следующим образом: если макрос с именем XX был
определен
#define XX
то в программу подставляется вариант1, если же нет - вариант2. Оператор #else не обя-
зателен - при его отсутствии вариант2 пуст. Существует также оператор #ifndef, кото-
рый подставляет вариант1 если макрос XX не определен. Есть еще и оператор #elif -
else if:
#ifdef макро1
...
#elif макро2
...
#else
...
#endif
Определить макрос можно не только при помощи #define, но и при помощи ключа компиля-
тора, так
cc -DXX file.c ...
соответствует включению в начало файла file.c директивы
#define XX
А для программы
main(){
#ifdef XX
printf( "XX = %d\n", XX);
#else
printf( "XX undefined\n");
#endif
}
ключ
cc -D"XX=2" file.c ...
эквивалентен заданию директивы
#define XX 2
Что будет, если совсем не задать ключ -D в данном примере?
Этот прием используется в частности в тех случаях, когда какие-то стандартные
типы или функции в данной системе носят другие названия:
cc -Dvoid=int ...
cc -Dstrchr=index ...
В некоторых системах компилятор автоматически определяет специальные макросы: так
компиляторы в UNIX неявно подставляют один из ключей (или несколько сразу):
-DM_UNIX
-DM_XENIX
-Dunix
-DM_SYSV
-D__SVR4
-DUSG
... бывают и другие
А. Богатырев, 1992-95 - 134 - Си в UNIX
Это позволяет программе "узнать", что ее компилируют для системы UNIX. Более под-
робно про это написано в документации по команде cc.
3.19. Оператор #ifdef применяется в include-файлах, чтобы исключить повторное вклю-
чение одного и того же файла. Пусть файлы aa.h и bb.h содержат
aa.h bb.h
#include "cc.h" #include "cc.h"
typedef unsigned long ulong; typedef int cnt_t;
А файлы cc.h и 00.c содержат
cc.h 00.c
... #include "aa.h"
struct II { int x, y; }; #include "bb.h"
... main(){ ... }
В этом случае текст файла cc.h будет вставлен в 00.c дважды: из aa.h и из bb.h. При
компиляции 00.c компилятор сообщит "Переопределение структуры II". Чтобы include-
файл не подставлялся еще раз, если он уже однажды был включен, придуман следующий
прием - следует оформлять файлы включений так:
/* файл cc.h */
#ifndef _CC_H
# define _CC_H /* определяется при первом включении */
...
struct II { int x, y; };
...
#endif /* _CC_H */
Второе и последующие включения такого файла будут подставлять пустое место, что и
требуется. Для файла было бы использовано макроопределение
_SYS_TYPES_H.
3.20. Любой макрос можно отменить, написав директиву
#undef имяМакро
Пример:
#include
#undef M_UNIX
#undef M_SYSV
main() {
putchar('!');
#undef putchar
#define putchar(c) printf( "Буква '%c'\n", c);
putchar('?');
#if defined(M_UNIX) || defined(M_SYSV)
/* или просто #if M_UNIX */
printf("Это UNIX\n");
#else
printf("Это не UNIX\n");
#endif /* UNIX */
}
Обычно #undef используется именно для переопределения макроса, как putchar в этом
примере (дело в том, что putchar - это макрос из ).
Директива #if, использованная нами, является расширением оператора #ifdef и
подставляет текст если выполнено указанное условие:
А. Богатырев, 1992-95 - 135 - Си в UNIX
#if defined(MACRO) /* равно #ifdef(MACRO) */
#if !defined(MACRO) /* равно #ifndef(MACRO) */
#if VALUE > 15 /* если целая константа
#define VALUE 25
больше 15 (==, !=, <=, ...) */
#if COND1 || COND2 /* если верно любое из условий */
#if COND1 && COND2 /* если верны оба условия */
Директива #if допускает использование в качестве аргумента довольно сложных выраже-
ний, вроде
#if !defined(M1) && (defined(M2) || defined(M3))
3.21. Условная компиляция может использоваться для трассировки программ:
#ifdef DEBUG
# define DEBUGF(body) \
{ \
body; \
}
#else
# define DEBUGF(body)
#endif
int f(int x){ return x*x; }
int main(int ac, char *av[]){
int x = 21;
DEBUGF(x = f(x); printf("%s equals to %d\n", "x", x));
printf("x=%d\n", x);
}
При компиляции
cc -DDEBUG file.c
в выходном потоке программы будет присутствовать отладочная выдача. При компиляции
без -DDEBUG этой выдачи не будет.
3.22. В языке C++ (развитие языка Си) слова class, delete, friend, new, operator,
overload, template, public, private, protected, this, virtual являются зарезервиро-
ванными (ключевыми). Это может вызвать небольшую проблему при переносе текста прог-
раммы на Си в систему программирования C++, например:
#include
...
int fd_tty = 2; /* stderr */
struct termio old, new;
ioctl (fd_tty, TCGETA, &old);
new = old;
new.c_lflag |= ECHO | ICANON;
ioctl (fd_tty, TCSETAW, &new);
...
Строки, содержащие имя переменной (или функции) new, окажутся неправильными в C++.
Проще всего эта проблема решается переименованием переменной (или функции). Чтобы не
производить правки во всем тексте, достаточно переопределить имя при помощи директивы
define:
А. Богатырев, 1992-95 - 136 - Си в UNIX
#define new new_modes
... старый текст ...
#undef new
При переносе программы на Си в C++ следует также учесть, что в C++ для каждой функции
должен быть задан прототип, прежде чем эта функция будет использована (Си позволяет
опускать прототипы для многих функций, особенно возвращающих значения типов int или
void).
А. Богатырев, 1992-95 - 137 - Си в UNIX
4. Работа с файлами.
Файлы представляют собой области памяти на внешнем носителе (как правило магнит-
ном 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 индекса-
ции [], 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 прос-
матривается 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.
4.1. Для работы с каким-либо файлом наша программа должна открыть этот файл - уста-
новить 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
____________________
[*] I-узел (I-node, индексный узел) - своеобразный "паспорт", который есть у каждого
файла (в том числе и каталога). В нем содержатся:
- длина файла long di_size;
- номер владельца файла int di_uid;
- коды доступа и тип файла ushort di_mode;
- время создания и последней модификации
time_t di_ctime, di_mtime;
- начало таблицы блоков файла char di_addr[...];
- количество имен файла short di_nlink;
и.т.п.
Содержимое некоторых полей этого паспорта можно узнать вызовом stat(). Все I-узлы
собраны в единую область в начале файловой системы - так называемый I-файл. Все I-
узлы пронумерованы, начиная с номера 1. Корневой каталог (файл с именем "/") как
правило имеет I-узел номер 2.
[**] У каждого процесса в UNIX также есть свой "паспорт". Часть этого паспорта нахо-
дится в таблице процессов в ядре ОС, а часть - "приклеена" к самому процессу, однако
не доступна из программы непосредственно. Эта вторая часть паспорта носит название
"u-area" или структура user. В нее, в частности, входят таблица открытых процессом
файлов
А. Богатырев, 1992-95 - 138 - Си в UNIX
свободная ячейка, в нее заносится ссылка на структуру "открытый файл" в ядре, и
ИНДЕКС этой ячейки выдается в вашу программу в виде целого числа - так называемого
"дескриптора файла".
При закрытии файла связная структура в ядре уничтожается, ячейка в таблице счи-
тается свободной, т.е. связь программы и файла разрывается.
Дескрипторы являются локальными для каждой программы. Т.е. если две программы
открыли один и тот же файл - дескрипторы этого файла в каждой из них не обязательно
совпадут (хотя и могут). Обратно: одинаковые дескрипторы (номера) в разных програм-
мах не обязательно обозначают один и тот же файл. Следует учесть и еще одну вещь:
несколько или один процессов могут открыть один и тот же файл одновременно несколько
раз. При этом будет создано несколько "связующих" структур (по одной для каждого
открытия); каждая из них будет иметь СВОЙ указатель чтения/записи. Возможна и ситуа-
ция, когда несколько дескрипторов ссылаются к одной структуре - смотри ниже описание
вызова dup2.
fd u_ofile[] struct file
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
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;
А. Богатырев, 1992-95 - 139 - Си в UNIX
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 /* 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 откры-
тии. 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 дан-
ного 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.
А. Богатырев, 1992-95 - 140 - Си в UNIX
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 отк-
рыт) - 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 стра-
нице). Теперь можно читать записи, дописывать, вычеркивать и править записи в сере-
дине, листать книжку! Страницы можно сопоставить блокам файла (см. ниже), а "полку"
с книжками - каталогу.
4.2. Напишите программу, которая копирует содержимое одного файла в другой (новый)
файл. При этом используйте системные вызовы чтения и записи read и write. Эти сис-
вызовы 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
А. Богатырев, 1992-95 - 141 - Си в UNIX
если надо автоматически увеличивает свой размер. При чтении - если мы достигнем
конца файла, то read будет возвращать "прочитано 0 байт" (т.е. при чтении указа-
тель 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 диско-
вым файлом (в UNIX устройства тоже выглядят для программ как файлы, но иногда с осо-
быми свойствами):
4.2.1. 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;
4.2.2. 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;
4.3. 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 использо-
вании прототипа функции scanf(char *fmt, ...), так как scanf - функция с переменным
А. Богатырев, 1992-95 - 142 - Си в UNIX
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
#include
#include /* там определено NOFILE */
#include
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). Изу-
чите описание системного вызова fcntl (file control).
4.5. Напишите функцию rename() для переименования файла. Указание: используйте сис-
темные вызовы link() и unlink(). Ответ:
А. Богатырев, 1992-95 - 143 - Си в UNIX
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 ката-
логе, 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 проб-
лемы, которые могут возникнуть при использовании чужой программы, от которой нет
исходного текста (которую нельзя поправить). Пусть программа выдает некоторую инфор-
мацию в файл zz.out (и это имя жестко зафиксировано в ней, и не задается через аргу-
менты 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 коман-
дой ln:
$ rm zz.out ; ln /dev/tty zz.out
$ a.out
$ rm zz.out
или программно:
А. Богатырев, 1992-95 - 144 - Си в UNIX
/* Эта программа компилируется в start */
/* и вызывается вместо a.out */
#include
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 информа-
цию 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 указуе-
мого 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.
____________________
[*] BSD - семейство UNIX-ов из University of California, Berkley. Berkley Software
Distribution.
А. Богатырев, 1992-95 - 145 - Си в UNIX
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.
4.7. Напишите программу, которая находит в файле символ @ и выдает файл с этого
места дважды. Указание: для запоминания позиции в файле используйте вызов lseek() -
позиционирование указателя чтения/записи:
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;
2 от конца файла RWptr = длина_файла + offset;
Эти значения whence можно обозначать именами:
#include
0 это SEEK_SET
1 это SEEK_CUR
2 это 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 зна-
чение, то вы должны предварительно описать lseek как функцию, возвращающую длин-
ное 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 "прочи-
тано 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).
А. Богатырев, 1992-95 - 146 - Си в UNIX
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.
В нашем примере получится файл длиной 1024003 байта. Будет ли он занимать на
диске 1001 блок (по 1 Кб)?
В системе UNIX - нет! Вот кое-что про механику выделения блоков:
- Блоки располагаются на диске не обязательно подряд - у каждого файла есть специ-
альным 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). Опера-
ционная 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.
В нашем 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 систем-
ным вызовом stat) - это в UNIX не то же самое, что "место, занимаемое файлом на
диске".
4.9. Найдите ошибки:
FILE *fp;
...
fp = open( "файл", "r" ); /* открыть */
close(fp); /* закрыть */
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 обра-
щение 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 смеши-
вать.
А. Богатырев, 1992-95 - 147 - Си в UNIX
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 операци-
онной 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 обраща-
ются к системе, но гораздо реже, чем если использовать сисвызовы непосредственно).
Небезызвестная директива #include включает в нашу программу файл с объявле-
нием форматов данных и констант, используемых этой библиотекой.
Библиотеку stdio можно назвать библиотекой буферизованного обмена, а также биб-
лиотекой 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 пре-
доставляет 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
pointer)[*]. Структура FILE содержит в себе:
- дескриптор fd файла для обращения к системным вызовам;
- указатель на буфер, размещенный в памяти программы;
- указатель на текущее место в буфере, откуда надо выдать или куда записать оче-
редной 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 отк-
рытии 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);
____________________
[*] 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.
А. Богатырев, 1992-95 - 148 - Си в UNIX
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 "выталки-
вается" 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.
Открыть файл, создать буфер:
#include
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-).
____________________
[*][*] При выполнении вызова завершения программы exit(); все открытые файлы автомати-
чески закрываются.
[**][**] Обозначения fd для дескрипторов и fp для указателей на файл прижились и их сле-
дует придерживаться. Если переменная должна иметь более мнемоничное имя - следует
писать так: fp_output, fd_input (а не просто fin, fout).
А. Богатырев, 1992-95 - 149 - Си в UNIX
Соответствие аргументов fopen и open:
rwmode irwmode
-------------------------
"r" O_RDONLY
"w" O_WRONLY|O_CREAT |O_TRUNC
"r+" O_RDWR
"w+" O_RDWR |O_CREAT |O_TRUNC
"a" O_WRONLY|O_CREAT |O_APPEND
"a+" O_RDWR |O_CREAT |O_APPEND
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:
if((fp = fopen(name, rwmode)) == NULL){ ...неудача... }
Итак, схема:
printf(fmt,...)--->--,----fprintf(fp,fmt,...)->--*
fp=stdout |
fputs(s,fp)--------->--|
puts(s)----------->-------putchar(c)-----,---->--|
fp=stdout |
fwrite(array,size,count,fp)->--|
|
Ядро ОС putc(c,fp)
------------------* |
|файловая---<--write(fd,s,len)------------<----БУФЕР
|система---->---read(fd,s,len)-* _flsbuf(c,fp)
| | ! |
|системные буфера ! |
| | ! V ungetc(c,fp)
|драйвер устр-ва ! | |
|(диск, терминал) ! | _filbuf(fp) |
| | ! *--------->-----БУФЕР<-*
|устройство ! |
------------------* c=getc(fp)
|
rdcount=fread(array,size,count,fp)--<--|
gets(s)-------<---------c=getchar()------,----<--|
fp=stdout |
|
fgets(sbuf,buflen,fp)-<--|
scanf(fmt,.../*ук-ли*/)--<-,--fscanf(fp,fmt,...)-*
fp=stdin
Закрыть файл, освободить память выделенную под буфер:
fclose(fp) ---> close(fd);
И чуть в стороне - функция позиционирования:
fseek(fp,long_off,whence) ---> lseek(fd,long_off,whence);
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
А. Богатырев, 1992-95 - 150 - Си в UNIX
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 сле-
дующим 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:
FILE *fp = ......;
fputc( fp, '\n' );
Запомните навсегда!
int fputc( int c, FILE *fp );
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
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 быст-
рее. Аналогично, есть функция fgetc(fp) и макрос getc(fp).
Отметим еще, что putchar и getchar это тоже всего лишь макросы
#define putchar(c) putc((c), stdout)
#define getchar() getc(stdin)
А. Богатырев, 1992-95 - 151 - Си в UNIX
4.13. Известная вам функция printf также является частью библиотеки stdio. Она вхо-
дит в семейство функций:
FILE *fp; char bf[256];
fprintf(fp, fmt, ... );
printf( fmt, ... );
sprintf(bf, fmt, ... );
Первая из функций форматирует свои аргументы в соответствии с форматом, заданным
строкой fmt (она содержит форматы в виде %-ов) и записывает строку-результат посим-
вольно (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 фай-
лами (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 последова-
тельность \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 );
____________________
[*] Управляющие символы имеют следующие значения:
'\n' - '\012' (10) line feed
'\r' - '\015' (13) carriage return
'\t' - '\011' (9) tab
'\b' - '\010' (8) backspace
'\f' - '\014' (12) form feed
'\a' - '\007' (7) audio bell (alert)
'\0' - 0. null byte
А. Богатырев, 1992-95 - 152 - Си в UNIX
Все нетекстовые файлы в MS DOS надо открывать именно так, иначе могут произойти раз-
ные 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 описы-
ваться 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:
...
while((ch = getchar()) != EOF ){
putchar(ch);
...
}
- Пусть ch имеет тип unsigned char. Тогда ch всегда лежит в интервале 0...255 и
НИКОГДА не будет равно (-1). Даже если getchar() вернет такое значение, оно
будет приведено к типу unsigned char обрубанием и станет равным 255. При срав-
нении с целым (-1) оно расширится в int добавлением нулей слева и станет равно
255. Таким образом, наша программа никогда не завершится, т.к. вместо признака
конца файла она будет читать символ с кодом 255 (255 != -1).
- Пусть ch имеет тип signed char. Тогда перед сравнением с целым числом EOF байт
ch будет приведен к типу signed int при помощи расширения знакового бита (7-
ого). Если getchar вернет значение (-1), то оно будет сначала в присваивании
значения байту ch обрублено до типа char: 255; но в сравнении с EOF значение 255
будет приведено к типу int и получится (-1). Таким образом, истинный конец файла
будет обнаружен. Но теперь, если из файла будет прочитан настоящий символ с
кодом 255, он будет приведен в сравнении к целому значению (-1) и будет также
воспринят как конец файла. Таким образом, если в нашем файле окажется символ с
кодом 255, то программа воспримет его как фальшивый конец файла и оставит весь
остаток файла необработанным (а в нетекстовых файлах такие символы - не ред-
кость).
- Пусть ch имеет тип int или unsigned int (больше 8 бит). Тогда все корректно.
Отметим, что в UNIX признак конца файла в самом файле физически НЕ ХРАНИТСЯ. Система
в любой момент времени знает длину файла с точностью до одного байта; признак EOF
вырабатывается стандартными функциями тогда, когда обнаруживается, что указатель чте-
ния достиг конца файла (то есть позиция чтения стала равной длине файла - последний
байт уже прочитан).
В MS DOS же в текстовых файлах признак конца (EOF) хранится явно и обозначается
символом CTRL/Z. Поэтому, если программным путем записать куда-нибудь в середину
файла символ CTRL/Z, то некоторые программы перестанут "видеть" остаток файла после
этого символа!
Наконец отметим, что разные функции при достижении конца файла выдают разные
значения: scanf, fscanf, fgetc, getc, getchar выдают EOF, read - выдает 0, а gets,
fgets - NULL.
А. Богатырев, 1992-95 - 153 - Си в UNIX
4.17. Напишите программу, которая запрашивает ваше имя и приветствует вас. Для ввода
имени используйте стандартные библиотечные функции
gets(s);
fgets(s,slen,fp);
В чем разница?
Ответ: функция gets() читает строку (завершающуюся '\n') из канала fp==stdin.
Она не контролирует длину буфера, в которую считывается строка, поэтому если строка
окажется слишком длинной - ваша программа повредит свою память (и аварийно завер-
шится). Единственный возможный совет - делайте буфер достаточно большим (очень туман-
ное понятие!), чтобы вместить максимально возможную (длинную) строку.
Функция fgets() контролирует длину строки: если строка на входе окажется длин-
нее, чем slen символов, то остаток строки не будет прочитан в буфер s, а будет остав-
лен "на потом". Следующий вызов fgets прочитает этот сохраненный остаток. Кроме того
fgets, в отличие от gets, не обрубает символ '\n' на конце строки, что доставляет нам
дополнительные хлопоты по его уничтожению, поскольку в Си "нормальные" строки завер-
шаются просто '\0', а не "\n\0".
char buffer[512]; FILE *fp = ... ; int len;
...
while(fgets(buffer, sizeof buffer, fp)){
if((len = strlen(buffer)) && buffer[len-1] == '\n')
/* @ */ buffer[--len] = '\0';
printf("%s\n", buffer);
}
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 дочи-
тан, эти функции возвращают свой первый аргумент - адрес буфера, в который была запи-
сана очередная строка файла.
Фрагмент для обрубания символа перевода строки может выглядеть еще так:
#include
#include
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);
}
4.18. 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'); }
А. Богатырев, 1992-95 - 154 - Си в UNIX
4.19. Найдите ошибки в программе:
#include
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.
4.20. Напишите программу, которая распечатывает самую длинную строку из файла ввода
и ее длину.
4.21. Напишите программу, которая выдает n-ую строку файла. Номер строки и имя
файла задаются как аргументы main().
4.22. Напишите программу
slice -сКакой +сколько файл
которая выдает сколько строк файла файл, начиная со строки номер сКакой (нумерация
строк с единицы).
#include
#include
long line, count, nline, ncount; /* нули */
char buf[512];
void main(int argc, char **argv){
char c; FILE *fp;
argc--; argv++;
/* Разбор ключей */
while((c = **argv) == '-' || c == '+'){
long atol(), val; char *s = &(*argv)[1];
if( isdigit(*s)){
val = atol(s);
if(c == '-') nline = val;
else ncount = val;
} else fprintf(stderr,"Неизвестный ключ %s\n", s-1);
argc--; ++argv;
}
if( !*argv ) fp = stdin;
else if((fp = fopen(*argv, "r")) == NULL){
fprintf(stderr, "Не могу читать %s\n", *argv);
exit(1);
}
for(line=1, count=0; fgets(buf, sizeof buf, fp); line++){
if(line >= nline){
fputs(buf, stdout); count++;
}
if(ncount && count == ncount)
break;
}
А. Богатырев, 1992-95 - 155 - Си в UNIX
fclose(fp); /* это не обязательно писать явно */
}
/* End_Of_File */
4.23. Составьте программу, которая распечатывает последние n строк файла ввода.
4.24. Напишите программу, которая делит входной файл на файлы по n строк в каждом.
4.25. Напишите программу, которая читает 2 файла и печатает их вперемежку: одна
строка из первого файла, другая - из второго. Придумайте, как поступить, если файлы
содержат разное число строк.
4.26. Напишите программу сравнения двух файлов, которая будет печатать первую из
различающихся строк и позицию символа, в котором они различаются.
4.27. Напишите программу для интерактивной работы с файлом. Сначала у вас запраши-
вается имя файла, а затем вам выдается меню:
1. Записать текст в файл.
2. Дописать текст к концу файла.
3. Просмотреть файл.
4. Удалить файл.
5. Закончить работу.
Текст вводится в файл построчно с клавиатуры. Конец ввода - EOF (т.е. CTRL/D), либо
одиночный символ '.' в начале строки. Выдавайте число введенных строк.
Просмотр файла должен вестись постранично: после выдачи очередной порции строк
выдавайте подсказку
--more-- _
(курсор остается в той же строке и обозначен подчерком) и ожидайте нажатия клавиши.
Ответ 'q' завершает просмотр. Если файл, который вы хотите просмотреть, не сущест-
вует - выдавайте сообщение об ошибке.
После выполнения действия программа вновь запрашивает имя файла. Если вы отве-
тите вводом пустой строки (сразу нажмете , то должно использоваться имя файла,
введенное на предыдущем шаге. Имя файла, предлагаемое по умолчанию, принято писать в
запросе в [] скобках.
Введите имя файла [oldfile.txt]: _
Когда вы научитесь работать с экраном дисплея (см. главу "Экранные библиотеки"),
перепишите меню и выдачу сообщений с использованием позиционирования курсора в задан-
ное место экрана и с выделением текста инверсией. Для выбора имени файла предложите
меню: отсортированный список имен всех файлов текущего каталога (по поводу получения
списка файлов см. главу про взаимодействие с UNIX). Просто для распечатки текущего
каталога на экране можно также использовать вызов
system("ls -x");
а для считывания каталога в программу[*]
FILE *fp = popen("ls *.c", "r");
... fgets(...,fp); ... // в цикле, пока не EOF
pclose(fp);
(в этом примере читаются только имена .c файлов).
4.28. Напишите программу удаления n-ой строки из файла; вставки строки после m-ой.
К сожалению, это возможно только путем переписывания всего файла в другое место (без
будет вполне законно, поскольку в данном случае
sp
- не имя массива (т.е. константа,
А. Богатырев, 1992-95 - 156 - Си в UNIX
4.29. Составьте программу перекодировки текста, набитого в кодировке КОИ-8, в аль-
тернативную кодировку и наоборот. Для этого следует составить таблицу перекодировки
из 256 символов: c_new=TABLE[c_old]; Для решения обратной задачи используйте стан-
дартную функцию strchr(). Программа читает один файл и создает новый.
4.30. Напишите программу, делящую большой файл на куски заданного размера (не в
строках, а в килобайтах). Эта программа может применяться для записи слишком боль-
шого файла на дискеты (файл режется на части и записывается на несколько дискет).
#include
#include
#define min(a,b) (((a) < (b)) ? (a) : (b))
#define KB 1024 /* килобайт */
#define PORTION (20L* KB) /* < 32768 */
long ONEFILESIZE = (300L* KB);
extern char *strrchr(char *, char);
extern long atol (char *);
extern errno; /* системный код ошибки */
char buf[PORTION]; /* буфер для копирования */
void main (int ac, char *av[]) {
char name[128], *s, *prog = av[0];
int cnt=0, done=0, fdin, fdout;
/* M_UNIX автоматически определяется
* компилятором в UNIX */
#ifndef M_UNIX /* т.е. MS DOS */
extern int _fmode; _fmode = O_BINARY;
/* Задает режим открытия и создания ВСЕХ файлов */
#endif
if(av[1] && *av[1] == '-'){ /* размер одного куска */
ONEFILESIZE = atol(av[1]+1) * KB; av++; ac--;
}
if (ac < 2){
fprintf(stderr, "Usage: %s [-size] file\n", prog);
exit(1);
}
if ((fdin = open (av[1], O_RDONLY)) < 0) {
fprintf (stderr, "Cannot read %s\n", av[1]); exit (2);
}
if ((s = strrchr (av[1], '.'))!= NULL) *s = '\0';
do { unsigned long sent;
sprintf (name, "%s.%d", av[1], ++cnt);
if ((fdout = creat (name, 0644)) < 0) {
fprintf (stderr, "Cannot create %s\n", name); exit (3);
}
sent = 0L; /* сколько байт переслано */
for(;;){ unsigned isRead, /* прочитано read-ом */
need = min(ONEFILESIZE - sent, PORTION);
if( need == 0 ) break;
sent += (isRead = read (fdin, buf, need));
errno = 0;
if (write (fdout, buf, isRead) != isRead &&
errno){ perror("write"); exit(4);
} else if (isRead < need){ done++; break; }
}
if(close (fdout) < 0){
perror("Мало места на диске"); exit(5);
}
printf("%s\t%lu байт\n", name, sent);
} while( !done ); exit(0);
}
А. Богатырев, 1992-95 - 157 - Си в UNIX
4.31. Напишите обратную программу, которая склеивает несколько файлов в один. Это
аналог команды cat с единственным отличием: результат выдается не в стандартный
вывод, а в файл, указанный в строке аргументов последним. Для выдачи в стандартный
вывод следует указать имя "-".
#include
#include
void main (int ac, char **av){
int i, err = 0; FILE *fpin, *fpout;
if (ac < 3) {
fprintf(stderr,"Usage: %s from... to\n", av[0]);
exit(1);
}
fpout = strcmp(av[ac-1], "-") ? /* отлично от "-" */
fopen (av[ac-1], "wb") : stdout;
for (i = 1; i < ac-1; i++) {
register int c;
fprintf (stderr, "%s\n", av[i]);
if ((fpin = fopen (av[i], "rb")) == NULL) {
fprintf (stderr, "Cannot read %s\n", av[i]);
err++; continue;
}
while ((c = getc (fpin)) != EOF)
putc (c, fpout);
fclose (fpin);
}
fclose (fpout); exit (err);
}
Обе эти программы могут без изменений транслироваться и в MS DOS и в UNIX. UNIX
просто игнорирует букву b в открытии файла "rb", "wb". При работе с read мы могли бы
открывать файл как
#ifdef M_UNIX
# define O_BINARY 0
#endif
int fdin = open( av[1], O_RDONLY | O_BINARY);
4.32. Каким образом стандартный ввод переключить на ввод из заданного файла, а стан-
дартный вывод - в файл? Как проверить, существует ли файл; пуст ли он? Как надо
открывать файл для дописывания информации в конец существующего файла? Как надо отк-
рывать файл, чтобы попеременно записывать и читать тот же файл? Указание: см. fopen,
freopen, dup2, stat. Ответ про перенаправления ввода:
способ 1 (библиотечные функции)
#include
...
freopen( "имя_файла", "r", stdin );
способ 2 (системные вызовы)
#include
int fd;
...
fd = open( "имя_файла", O_RDONLY );
dup2 ( fd, 0 ); /* 0 - стандартный ввод */
close( fd ); /* fd больше не нужен - закрыть
его, чтоб не занимал место в таблице */
А. Богатырев, 1992-95 - 158 - Си в UNIX
способ 3 (системные вызовы)
#include
int fd;
...
fd = open( "имя_файла", O_RDONLY );
close (0); /* 0 - стандартный ввод */
fcntl (fd, F_DUPFD, 0 ); /* 0 - стандартный ввод */
close (fd);
Это перенаправление ввода соответствует конструкции
$ a.out < имя_файла
написанной на командном языке СиШелл. Для перенаправления вывода замените 0 на 1,
stdin на stdout, open на creat, "r" на "w".
Рассмотрим механику работы вызова dup2 [*]:
new = open("файл1",...); dup2(new, old); close(new);
таблица открытых
файлов процесса
...## ##
new----##---> файл1 new---##---> файл1
## ##
old----##---> файл2 old---## файл2
## ##
0:до вызова 1:разрыв связи old с файл2
dup2() (закрытие канала old, если он был открыт)
## ##
new----##--*--> файл1 new ## *----> файл1
## | ## |
old----##--* old--##--*
## ##
2:установка old на файл1 3:после оператора close(new);
на этом dup2 завершен. дескриптор new закрыт.
Здесь файл1 и файл2 - связующие структуры "открытый файл" в ядре, о которых рассказы-
валось выше (в них содержатся указатели чтения/записи). После вызова dup2 дескрипторы
new и old ссылаются на общую такую структуру и поэтому имеют один и тот же R/W-
указатель. Это означает, что в программе new и old являются синонимами и могут
использоваться даже вперемежку:
dup2(new, old);
write(new, "a", 1);
write(old, "b", 1);
write(new, "c", 1);
запишет в файл1 строку "abc". Программа
____________________
[*] Функция
int system(char *команда);
выполняет команду, записанную в строке команда, вызывая для этого интерпретатор ко-
манд
/bin/sh -c "команда"
А. Богатырев, 1992-95 - 159 - Си в UNIX
int fd;
printf( "Hi there\n");
fd = creat( "newout", 0640 );
dup2(fd, 1); close(fd);
printf( "Hey, You!\n");
выдаст первое сообщение на терминал, а второе - в файл newout, поскольку printf
выдает данные в канал stdout, связанный с дескриптором 1.
4.33. Напишите программу, которая будет выдавать подряд в стандартный вывод все
файлы, чьи имена указаны в аргументах командной строки. Используйте argc для органи-
зации цикла. Добавьте сквозную нумерацию строк и печать номера строки.
4.34. Напишите программу, распечатывающую первую директиву препроцессора, встретив-
шуюся в файле ввода.
#include
char buf[512], word[] = "#";
main(){ char *s; int len = strlen(word);
while((s=fgets(buf, sizeof buf, stdin)) &&
strncmp(s, word, len));
fputs(s? s: "Не найдено.\n", stdout);
}
4.35. Напишите программу, которая переключает свой стандартный вывод в новый файл
имяФайла каждый раз, когда во входном потоке встречается строка вида
>>>>>>имяФайла
Ответ:
#include
char line[512];
main(){ FILE *fp = fopen("00", "w");
while(gets(line) != NULL)
if( !strncmp(line, ">>>", 3)){
if( freopen(line+3, "a", fp) == NULL){
fprintf(stderr, "Can't write to '%s'\n", line+3);
fp = fopen("00", "a");
}
} else fprintf(fp, "%s\n", line);
}
4.36. Библиотека буферизованного обмена stdio содержит функции, подобные некоторым
системным вызовам. Вот функции - аналоги read и write:
Стандартная функция fread из библиотеки стандартных функций Си предназначена для
чтения нетекстовой (как правило) информации из файла:
____________________
и возвращает код ответа этой программы. Функция popen (pipe open) также запускает
интерпретатор команд, при этом перенаправив его стандартный вывод в трубу (pipe).
Другой конец этой трубы можно читать через канал fp, т.е. можно прочесть в свою прог-
рамму выдачу запущенной команды.
____________________
[*] dup2 читается как "dup to", в английском жаргоне принято обозначать предлог "to"
цифрой 2, поскольку слова "to" и "two" произносятся одинаково: "ту". "From me 2
You". Также 4 читается как "for".
А. Богатырев, 1992-95 - 160 - Си в UNIX
int fread(addr, size, count, fp)
register char *addr; unsigned size, count; FILE *fp;
{ register c; unsigned ndone=0, sz;
if(size)
for( ; ndone < count ; ndone++){
sz = size;
do{ if((c = getc(fp)) >= 0 )
*addr++ = c;
else return ndone;
}while( --sz );
}
return ndone;
}
Заметьте, что count - это не количество БАЙТ (как в read), а количество ШТУК размером
size байт. Функция выдает число целиком прочитанных ею ШТУК. Существует аналогичная
функция fwrite для записи в файл. Пример:
#include
#define MAXPTS 200
#define N 127
char filename[] = "pts.dat";
struct point { int x,y; } pts[MAXPTS], pp= { -1, -2};
main(){
int n, i;
FILE *fp = fopen(filename, "w");
for(i=0; i < N; i++) /* генерация точек */
pts[i].x = i, pts[i].y = i * i;
/* запись массива из N точек в файл */
fwrite((char *)pts, sizeof(struct point), N, fp);
fwrite((char *)&pp, sizeof pp, 1, fp);
fp = freopen(filename, "r", fp);
/* или fclose(fp); fp=fopen(filename, "r"); */
/* чтение точек из файла в массив */
n = fread(pts, sizeof pts[0], MAXPTS, fp);
for(i=0; i < n; i++)
printf("Точка #%d(%d,%d)\n",i,pts[i].x,pts[i].y);
}
Файлы, созданные fwrite, не переносимы на машины другого типа, поскольку в них хра-
нится не текст, а двоичные данные в формате, используемом данным процессором. Такой
файл не может быть понят человеком - он не содержит изображений данных в виде текста,
а содержит "сырые" байты. Поэтому чаще пользуются функциями работы с текстовыми фай-
лами: fprintf, fscanf, fputs, fgets. Данные, хранимые в виде текста, имеют еще одно
преимущество помимо переносимости: их легко при нужде подправить текстовым редакто-
ром. Зато они занимают больше места!
Аналогом системного вызова lseek служит функция fseek:
fseek(fp, offset, whence);
Она полностью аналогична lseek, за исключением возвращаемого ею значения. Она НЕ
возвращает новую позицию указателя чтения/записи! Чтобы узнать эту позицию применя-
ется специальная функция
long ftell(fp);
Она вносит поправку на положение указателя в буфере канала fp. fseek сбрасывает флаг
"был достигнут конец файла", который проверяется макросом feof(fp);
А. Богатырев, 1992-95 - 161 - Си в UNIX
4.37. Найдите ошибку в программе (программа распечатывает корневой каталог в "ста-
ром" формате каталогов - с фиксированной длиной имен):
#include
#include
#include
main(){
FILE *fp;
struct direct d;
char buf[DIRSIZ+1]; buf[DIRSIZ] = '\0';
fp = fopen( '/', "r" );
while( fread( &d, sizeof d, 1, fp) == 1 ){
if( !d.d_ino ) continue; /* файл стерт */
strncpy( buf, d.d_name, DIRSIZ);
printf( "%s\n", buf );
}
fclose(fp);
}
Указание: смотри в fopen(). Внимательнее к строкам и символам! '/' и "/" - это
совершенно разные вещи (хотя синтаксической ошибки нет!).
Переделайте эту программу, чтобы название каталога поступало из аргументов main
(а если название не задано - используйте текущий каталог ".").
4.38. Функциями
fputs( строка, fp);
printf( формат, ...);
fprintf(fp, формат, ...);
невозможно вывести строку формат, содержащую в середине байт '\0', поскольку он слу-
жит для них признаком конца строки. Однако такой байт может понадобиться в файле,
если мы формируем некоторые нетекстовые данные, например управляющую последователь-
ность переключения шрифтов для принтера. Как быть? Есть много вариантов решения.
Пусть мы хотим выдать в канал fp последовательность из 4х байт "\033e\0\5". Мы можем
сделать это посимвольно:
putc('\033',fp); putc('e', fp);
putc('\000',fp); putc('\005',fp);
(можно просто в цикле), либо использовать один из способов:
fprintf( fp, "\033e%c\5", '\0');
write ( fileno(fp), "\033e\0\5", 4 );
fwrite ( "\033e\0\5", sizeof(char), 4, fp);
где 4 - количество выводимых байтов.
4.39. Напишите функции для "быстрого доступа" к строкам файла. Идея такова: сначала
прочитать весь файл от начала до конца и смещения начал строк (адреса по файлу)
запомнить в массив чисел типа long (точнее, off_t), используя функции fgets() и
ftell(). Для быстрого чтения n-ой строки используйте функции fseek() и fgets().
#include
#define MAXLINES 2000 /* Максим. число строк в файле*/
FILE *fp; /* Указатель на файл */
int nlines; /* Число строк в файле */
long offsets[MAXLINES];/* Адреса начал строк */
extern long ftell();/*Выдает смещение от начала файла*/
А. Богатырев, 1992-95 - 162 - Си в UNIX
char buffer[256]; /* Буфер для чтения строк */
/* Разметка массива адресов начал строк */
void getSeeks(){
int c;
offsets[0] =0L;
while((c = getc(fp)) != EOF)
if(c =='\n') /* Конец строки - начало новой */
offsets[++nlines] = ftell(fp);
/* Если последняя строка файла не имеет \n на конце, */
/* но не пуста, то ее все равно надо посчитать */
if(ftell(fp) != offsets[nlines])
nlines++;
printf( "%d строк в файле\n", nlines);
}
char *getLine(n){ /* Прочесть строку номер n */
fseek(fp, offsets[n], 0);
return fgets(buffer, sizeof buffer, fp);
}
void main(){ /* печать файла задом-наперед */
int i;
fp = fopen("INPUT", "r"); getSeeks();
for( i=nlines-1; i>=0; --i)
printf( "%3d:%s", i, getLine(i));
}
4.40. Что будет выдано на экран в результате выполнения программы?
#include
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 по-
умолчанию 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.
А. Богатырев, 1992-95 - 163 - Си в UNIX
Некоторые каналы буферизуются так, что буфер выталкивается не только при запол-
нении, 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 обра-
щения к каналу!
4.41. Напишите программу, выдающую три звуковых сигнала. Гудок на терминале вызыва-
ется 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:
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);
}
4.42. 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..." );
4.43. Еще один пример про буферизацию. Почему программа печатает EOF?
#include
FILE *fwr, *frd;
char b[40], *s; int n = 1917;
main(){
fwr = fopen( "aFile", "w" );
А. Богатырев, 1992-95 - 164 - Си в UNIX
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);
4.44. 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 уст-
ройства, и в дальнейшем он выполняет наши запросы read, write, lseek аппаратно-
зависимым 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
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 уст-
ройств, не связанных напрямую с аппаратурой, либо связанных лишь косвенно. Примером
такого устройства является псевдотерминал (см. пример в приложении). Наиболее упот-
ребительны 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:
А. Богатырев, 1992-95 - 165 - Си в UNIX
$ 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 сообще-
ние, которое должно появиться именно на экране, мы должны поступать так:
#include
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 при-
меру /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".
4.45. Эмуляция основ библиотеки STDIO, по мотивам 4.2 BSD.
#include
#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 */
____________________
[*] Заметим еще, что если дескриптор fd связан с терминалом, то можно узнать полное
имя этого устройства вызовом стандартной функции
extern char *ttyname();
char *tname = ttyname(fd);
Она выдаст строку, подобную "/dev/tty01". Если fd не связан с терминалом - она вернет
А. Богатырев, 1992-95 - 166 - Си в UNIX
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); }
____________________
NULL.
____________________
[**] 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.
А. Богатырев, 1992-95 - 167 - Си в UNIX
/* 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 */
}
А. Богатырев, 1992-95 - 168 - Си в UNIX
/* 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);
}
А. Богатырев, 1992-95 - 169 - Си в UNIX
/* 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;
}
А. Богатырев, 1992-95 - 170 - Си в UNIX
/* "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*/
А. Богатырев, 1992-95 - 171 - Си в UNIX
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);
}
А. Богатырев, 1992-95 - 172 - Си в UNIX
5. Структуры данных.
Структуры ("записи") представляют собой агрегаты разнородных данных (полей раз-
ного типа); в отличие от массивов, где все элементы имеют один и тот же тип.
struct {
int x, y; /* два целых поля */
char s[10]; /* и одно - для строки */
} s1;
Структурный тип может иметь имя:
struct XYS {
int x, y; /* два целых поля */
char str[10]; /* и одно - для строки */
};
Здесь мы объявили тип, но не отвели ни одной переменной этого типа (хотя могли бы).
Теперь опишем переменную этого типа и указатель на нее:
struct XYS s2, *sptr = &s2;
Доступ к полям структуры производится по имени поля (а не по индексу, как у масси-
вов):
имя_структурной_переменной.имя_поля
указатель_на_структуру ->> имя_поля
то есть
не а
#define ВЕС 0 struct { int вес, рост; } x;
#define РОСТ 1 x.рост = 175;
int x[2]; x[РОСТ] = 175;
Например
s1.x = 13;
strcpy(s2.str, "Finish");
sptr->y = 27;
Структура может содержать структуры другого типа в качестве полей:
struct XYS_Z {
struct XYS xys;
int z;
} a1;
a1.xys.x = 71; a1.z = 12;
Структура того же самого типа не может содержаться в качестве поля - рекурсивные
определения запрещены. Зато нередко используются поля - ссылки на структуры такого
же типа (или другого). Это позволяет организовывать списки структур:
struct node {
int value;
struct node *next;
};
Очень часто используются массивы структур:
А. Богатырев, 1992-95 - 173 - Си в UNIX
struct XYS array[20]; int i = 5, j;
array[i].x = 12;
j = array[i].x;
Статические структуры можно описывать с инициализацией, перечисляя значения их полей
в {} через запятую:
extern struct node n2;
struct node n1 = { 1, &n2 },
n2 = { 2, &n1 },
n3 = { 3, NULL };
В этом примере n2 описано предварительно для того, чтобы &n2 в строке инициализации
n1 было определено.
Структуры одинакового типа можно присваивать целиком (что соответствует присваи-
ванию каждого из полей):
struct XYS s1, s2; ...
s2 = s1;
в отличие от массивов, которые присваивать целиком нельзя:
int a[5], b[5]; a = b; /* ОШИБОЧНО ! */
Пример обращения к полям структуры:
typedef struct _Point {
short x, y; /* координаты точки */
char *s; /* метка точки */
} Point;
Point p; Point *pptr; short *iptr;
struct _Curve {
Point points[25]; /* вершины ломанной */
int color; /* цвет линии */
} aLine[10], *linePtr = & aLine[0];
...
pptr = &p; /* указатель на структуру p */
p.x = 1; p.y = 2; p.s = "Grue";
linePtr->points[2].x = 54; aLine[5].points[0].y = 17;
В ы р а ж е н и е значение
---------+------------+------------+-----------+-----------
p.x | pptr->x | (*pptr).x | (&p)->x | 1
---------+------------+------------+-----------+-----------
&p->x | ошибка
-----------+----------------+------------------+-----------
iptr= &p.x | iptr= &pptr->x | iptr= &(pptr->x) | адрес поля
-----------+----------------+--------+---------+-----------
*pptr->s | *(pptr->s) | *p.s | p.s[0] | 'G'
-----------+----------------+--------+---------+-----------
pptr->s[1] | (&p)->s[1] | p.s[1] | 'r'
-----------+----------------+------------------+-----------
&p->s[1] | ошибка
-----------+----------------+------------------+-----------
(*pptr).s | pptr->s | p.s | "Grue"
-----------+----------------+------------------+-----------
*pptr.s | ошибка
-----------------------------------------------+-----------
А. Богатырев, 1992-95 - 174 - Си в UNIX
Вообще (&p)->field = p.field
pptr->field = (*pptr).field
Объединения - это агрегаты данных, которые могут хранить в себе значения данных
разных типов на одном и том же месте.
struct a{ int x, y; char *s; } A;
union b{ int i; char *s; struct a aa; } B;
Структура:
________________________
A: | A.x int | Три поля
------------------------ расположены подряд.
| A.y int | Получается как бы
------------------------ "карточка" с графами.
| A.s char * |
------------------------
А у объединений поля расположены "параллельно",
на одном месте в памяти.
_______________________________________________________
B: | B.i int | B.s char * | B.aa : B.aa.x int |
-----------| | struct a : B.aa.y int |
---------------| : B.aa.s char * |
|___________________________|
Это как бы "ящик" в который можно поместить значение любого типа из перечисленных, но
не ВСЕ ВМЕСТЕ ("и то и это", как у структур), а ПО ОЧЕРЕДИ ("или/или"). Размер его
достаточно велик, чтоб вместить самый большой из перечисленных типов данных.
Мы можем занести в union значение и интерпретировать его как другой тип данных -
это иногда используется в машинно-зависимых программах. Вот пример, выясняющий поря-
док байтов в short числах:
union lb {
char s[2]; short i;
} x;
unsigned hi, lo;
x.i = (02 << 8) | 01;
hi = x.s[1]; lo = x.s[0];
printf( "%d %d\n", hi, lo);
или так:
#include
union {
int i;
unsigned char s[sizeof(int)];
} u;
void main(){
unsigned char *p;
int n;
u.i = 0x12345678;
for(n=0, p=u.s; n < sizeof(int); n++, p++){
printf("%02X ", *p);
}
putchar('\n');
}
А. Богатырев, 1992-95 - 175 - Си в UNIX
или порядок слов в long числах:
union xx {
long l;
struct ab {
short a; /* low word */
short b; /* high word */
} ab;
} c;
main(){ /* На IBM PC 80386 печатает 00020001 */
c.ab.a = 1; c.ab.b = 2; printf("%08lx\n", c.l );
}
5.1. Найдите ошибки в описании структурного шаблона:
structure { int arr[12],
char string,
int *sum
}
5.2. Разработайте структурный шаблон, который содержал бы название месяца, трехбук-
венную аббревиатуру месяца, количество дней в месяце и номер месяца. Инициализируйте
его для невисокосного года.
struct month {
char name[10]; /* или char *name; */
char abbrev[4]; /* или char *abbrev; */
int days;
int num;
};
struct month months[12] = { /* индекс */
{"Январь" , "Янв", 31, 1 }, /* 0 */
{"Февраль", "Фев", 28, 2 }, /* 1 */
...
{"Декабрь", "Дек", 31, 12}, /* 11 */
}, *mptr = & months[0]; /* или *mptr = months */
main(){
struct month *mptr;
printf( "%s\n", mptr[1].name );
printf( "%s %d\n", mptr->name, mptr->num );
}
Напишите функцию, сохраняющую массив months в файл; функцию, считывающую его из
файла. Используйте fprintf и fscanf.
В чем будет разница в функции чтения, когда поле name описано как char name[10]
и как char *name?
Ответ: во втором случае для сохранения прочитанной строки надо заказывать память
динамически при помощи malloc() и сохранять в ней строку при помощи strcpy(), т.к.
память для хранения самой строки в структуре не зарезервирована (а только для указа-
теля на нее).
Найдите ошибку в операторах функции main(). Почему печатается не "Февраль", а
какой-то мусор? Указание: куда указывает указатель mptr, описанный в main()? Ответ: в
"неизвестно куда" - это локальная переменная (причем не получившая начального значе-
ния - в ней содержится мусор), а не то же самое, что указатель mptr, описанный выше!
Уберите описание mptr из main.
А. Богатырев, 1992-95 - 176 - Си в UNIX
Заметим, что для распечатки всех или нескольких полей структуры следует ЯВНО
перечислить в printf() все нужные поля и указать форматы, соответствующие типам этих
полей. Не существует формата или стандартной функции, позволяющей распечатать все
поля сразу (однако такая функция может быть написана вами для конкретного типа струк-
тур). Также не существует формата для scanf(), который вводил бы структуру целиком.
Вводить можно только по частям - каждое поле отдельно.
5.3. Напишите программу, которая по номеру месяца возвращает общее число дней года
вплоть до этого месяца.
5.4. Переделайте предыдущую программу таким образом, чтобы она по написанному бук-
вами названию месяца возвращала общее число дней года вплоть до этого месяца. В прог-
рамме используйте функцию strcmp().
5.5. Переделайте предыдущую программу таким образом, чтобы она запрашивала у пользо-
вателя день, месяц, год и выдавала общее количество дней в году вплоть до данного
дня. Месяц может обозначаться номером, названием месяца или его аббревиатурой.
5.6. Составьте структуру для учетной картотеки служащего, которая содержала бы сле-
дующие сведения: фамилию, имя, отчество; год рождения; домашний адрес; место работы,
должность; зарплату; дату поступления на работу.
5.7. Что печатает программа?
struct man {
char name[20];
int salary;
} workers[] = {
{ "Иванов", 200 },
{ "Петров", 180 },
{ "Сидоров", 150 }
}, *wptr, chief = { "начальник", 550 };
main(){
struct man *ptr, *cptr, save;
ptr = wptr = workers + 1;
cptr = &chief;
save = workers[2]; workers[2] = *wptr; *wptr = save;
wptr++; ptr--; ptr->salary = save.salary;
printf( "%c %s %s %s %s\n%d %d %d %d\n%d %d %c\n",
*workers[1].name, workers[2].name, cptr->name,
ptr[1].name, save.name,
wptr->salary, chief.salary,
(*ptr).salary, workers->salary,
wptr - ptr, wptr - workers, *ptr->name );
}
Ответ:
С Петров начальник Сидоров Сидоров
180 550 150 150
2 2 И
5.8. Разберите следующий пример:
#include
struct man{
А. Богатырев, 1992-95 - 177 - Си в UNIX
char *name, town[4]; int salary;
int addr[2];
} men[] = {
{ "Вася", "Msc", 100, { 12, 7 } },
{ "Гриша", "Len", 120, { 6, 51 } },
{ "Петя", "Rig", 140, { 23, 84 } },
{ NULL, "" , -1, { -1, -1 } }
};
main(){
struct man *ptr, **ptrptr;
int i;
ptrptr = &ptr;
*ptrptr = &men[1]; /* men+1 */
printf( "%s %d %s %d %c\n",
ptr->name,
ptr->salary,
ptr->town,
ptr->addr[1],
ptr[1].town[2] );
(*ptrptr)++;
/* копируем *ptr в men[0] */
men[0].name = ptr->name; /* (char *) #1 */
strcpy( men[0].town, ptr->town ); /* char [] #2 */
men[0].salary = ptr->salary; /* int #3 */
for( i=0; i < 2; i++ )
men[0].addr[i] = ptr->addr[i]; /* массив #4 */
/* распечатываем массив структур */
for(ptr=men; ptr->name; ptr++ )
printf( "%s %s %d\n",
ptr->name, ptr->town, ptr->addr[0]);
}
Обратите внимание на такие моменты:
1) Как производится работа с указателем на указатель (ptrptr).
2) При копировании структур отдельными полями, поля скалярных типов (int, char,
long, ..., указатели) копируются операцией присваивания (см. строки с пометками
#1 и #3). Поля векторных типов (массивы) копируются при помощи цикла, поэле-
ментно пересылающего массив (строка #4). Строки (массивы букв) пересылаются
стандартной функцией strcpy (строка #2). Все это относится не только к полям
структур, но и к переменным таких типов. Структуры можно также копировать не по
полям, а целиком: men[0]= *ptr;
3) Запись аргументов функции printf() лесенкой позволяет лучше видеть, какому фор-
мату соответствует каждый аргумент.
4) При распечатке массива структур мы печатаем не определенное их количество (рав-
ное размеру массива), а пользуемся указателем NULL в поле name последней струк-
туры как признаком конца массива.
5) В поле town мы храним строки из 3х букв, однако выделяем для хранения массив из
4х байт. Это необходимо потому, что строка "Msc" состоит не из 3х, а из 4х бай-
тов: 'M','s','c','\0'.
При работе со структурами и указателями большую помощь могут оказать рисунки. Вот как
(например) можно нарисовать данные из этого примера (массив men изображен не весь):
А. Богатырев, 1992-95 - 178 - Си в UNIX
--ptr-- --ptrptr--
ptr | * |<------|---* |
---|--- ----------
|
/ =========men[0]==
/ men:|name | *---|-----> "Вася"
| |---------------|
| |town |M|s|c|\0|
| |---------------|
| |salary| 100 |
| |---------------|
| |addr | 12 | 7 |
\ -----------------
\ =========men[1]==
\-->|name | *---|-----> "Гриша"
............
5.9. Составьте программу "справочник по таблице Менделеева", которая по названию
химического элемента выдавала бы его характеристики. Таблицу инициализируйте массивом
структур.
5.10. При записи данных в файл (да и вообще) используйте структуры вместо массивов,
если элементы массива имеют разное смысловое назначение. Не воспринимайте структуру
просто как средство объединения данных разных типов, она может быть и средством объе-
динения данных одного типа, если это добавляет осмысленности нашей программе. Чем
плох фрагмент?
int data[2];
data[0] = my_key;
data[1] = my_value;
write(fd, (char *) data, 2 * sizeof(int));
Во-первых, тогда уж лучше указать размер всего массива сразу (хотя бы на тот случай,
если мы изменим его размер на 3 и забудем поправить множитель с 2 на 3).
write(fd, (char *) data, sizeof data);
Кстати, почему мы пишем data, а не &data? (ответ: потому что имя массива и есть его
адрес). Во-вторых, элементы массива имеют разный смысл, так не использовать ли тут
структуру?
struct _data {
int key;
int value;
} data;
data.key = my_key;
data.value = my_value;
write(fd, &data, sizeof data);
5.11. Что напечатает следующая программа? Нарисуйте расположение указателей по окон-
чании данной программы.
#include
struct lnk{
char c;
А. Богатырев, 1992-95 - 179 - Си в UNIX
struct lnk *prev, *next;
} chain[20], *head = chain;
add(c) char c;
{
head->c = c;
head->next = head+1;
head->next->prev = head;
head++;
}
main(){
char *s = "012345";
while( *s ) add( *s++ );
head->c = '-';
head->next = (struct lnk *)NULL;
chain->prev = chain->next;
while( head->prev ){
putchar( head->prev->c );
head = head->prev;
if( head->next )
head->next->prev = head->next->next;
}
}
5.12. Напишите программу, составлящую двунаправленный список букв, вводимых с клави-
атуры. Конец ввода - буква '\n'. После третьей буквы вставьте букву '+'. Удалите
пятую букву. Распечатайте список в обратном порядке. Оформите операции
вставки/удаления как функции. Элемент списка должен иметь вид:
struct elem{
char letter; /* буква */
char *word; /* слово */
struct elem *prev; /* ссылка назад */
struct elem *next; /* ссылка вперед */
};
struct elem *head, /* первый элемент списка */
*tail, /* последний элемент */
*ptr, /* рабочая переменная */
*prev; /* предыдущий элемент при просмотре */
int c, cmp;
...
while((c = getchar()) != '\n' )
Insert(c, tail);
for(ptr=head; ptr != NULL; ptr=ptr->next)
printf("буква %c\n", ptr->letter);
Память лучше отводить не из массива, а функцией calloc(), которая аналогична функции
malloc(), но дополнительно расписывает выделенную память байтом '\0' (0, NULL). Вот
функции вставки и удаления:
extern char *calloc();
/* создать новое звено списка для буквы c */
struct elem *NewElem(c) char c; {
struct elem *p = (struct elem *)
calloc(1, sizeof(struct elem));
/* calloc автоматически обнуляет все поля,
* в том числе prev и next
*/
p->letter = c; return p;
}
А. Богатырев, 1992-95 - 180 - Си в UNIX
/* вставка после ptr (обычно - после tail) */
Insert(c, ptr) char c; struct elem *ptr;
{ struct elem *newelem = NewElem(c), *right;
if(head == NULL){ /* список был пуст */
head=tail=newelem; return; }
right = ptr->next; ptr->next = newelem;
newelem->prev = ptr; newelem->next = right;
if( right ) right->prev = newelem;
else tail = newelem;
}
/* удалить ptr из списка */
Delete( ptr ) struct elem *ptr; {
struct elem *left=ptr->prev, *right=ptr->next;
if( right ) right->prev = left;
if( left ) left->next = right;
if( tail == ptr ) tail = left;
if( head == ptr ) head = right;
free((char *) ptr);
}
Напишите аналогичную программу для списка слов.
struct elem *NewElem(char *s) {
struct elem *p = (struct elem *)
calloc(1, sizeof(struct elem));
p->word = strdup(s);
return p;
}
void DeleteElem(struct elem *ptr){
free(ptr->word);
free(ptr);
}
Усложнение: вставляйте слова в список в алфавитном порядке. Используйте для этого
функцию strcmp(), просматривайте список так:
struct elem *newelem;
if (head == NULL){ /* список пуст */
head = tail = NewElem(новое_слово);
return;
}
/* поиск места в списке */
for(cmp= -1, ptr=head, prev=NULL;
ptr;
prev=ptr, ptr=ptr->next
)
if((cmp = strcmp(новое_слово, ptr->word)) <= 0 )
break;
Если цикл окончился с cmp==0, то такое слово уже есть в списке. Если cmp < 0, то
такого слова не было и ptr указывает элемент, перед которым надо вставить слово
новое_слово, а prev - после которого (prev==NULL означает, что надо вставить в начало
списка); т.е. слово вставляется между prev и ptr. Если cmp > 0, то слово надо доба-
вить в конец списка (при этом ptr==NULL).
head ==> "a" ==> "b" ==> "d" ==> NULL
| |
prev "c" ptr
А. Богатырев, 1992-95 - 181 - Си в UNIX
if(cmp == 0) return; /* слово уже есть */
newelem = NewElem( новое_слово );
if(prev == NULL){ /* в начало */
newelem->next = head;
newelem->prev = NULL;
head->prev = newelem;
head = newelem;
} else if(ptr == NULL){ /* в конец */
newelem->next = NULL;
newelem->prev = tail;
tail->next = newelem;
tail = newelem;
} else { /* между prev и ptr */
newelem->next = ptr;
newelem->prev = prev;
prev->next = newelem;
ptr ->prev = newelem;
}
5.13. Напишите функции для работы с комплексными числами
struct complex {
double re, im;
};
Например, сложение выглядит так:
struct complex add( c1, c2 )
struct complex c1, c2;
{
struct complex sum;
sum.re = c1.re + c2.re;
sum.im = c1.im + c2.im;
return sum;
}
struct complex a = { 12.0, 14.0 },
b = { 13.0, 2.0 };
main(){
struct complex c;
c = add( a, b );
printf( "(%g,%g)\n", c.re, c.im );
}
5.14. Массивы в Си нельзя присваивать целиком, зато структуры - можно. Иногда
используют такой трюк: структуру из единственного поля-массива
typedef struct {
int ai[5];
} intarray5;
intarray5 a, b = { 1, 2, 3, 4, 5 };
и теперь законно
a = b;
Зато доступ к ячейкам массива выглядит теперь менее изящно:
А. Богатырев, 1992-95 - 182 - Си в UNIX
a.ai[2] = 14;
for(i=0; i < 5; i++) printf( "%d\n", a.ai[i] );
Также невозможно передать копию массива в качестве фактического параметра функции.
Даже если мы напишем:
typedef int ARR16[16];
ARR16 d;
void f(ARR16 a){
printf( "%d %d\n", a[3], a[15]);
a[3] = 2345;
}
void main(void){
d[3] = 9; d[15] = 98;
f(d);
printf("Now it is %d\n", d[3]);
}
то последний printf напечатает "Now it is 2345", поскольку в f передается адрес мас-
сива, но не его копия; поэтому оператор a[3]=2345 изменяет исходный массив. Обойти
это можно, использовав тот же трюк, поскольку при передаче структуры в качестве пара-
метра передается уже не ее адрес, а копия всей структуры (как это и принято в Си во
всех случаях, кроме массивов).
5.15. Напоследок упомянем про битовые поля - элементы структуры, занимающие только
часть машинного слова - только несколько битов в нем. Размер поля в битах задается
конструкцией :число_битов. Битовые поля используются для более компактного хранения
информации в структурах (для экономии места).
struct XYZ {
/* битовые поля должны быть unsigned */
unsigned x:2; /* 0 .. 2**2 - 1 */
unsigned y:5; /* 0 .. 2**5 - 1 */
unsigned z:1; /* YES=1 NO=0 */
} xyz;
main(){
printf("%u\n", sizeof(xyz)); /* == sizeof(int) */
xyz.z = 1; xyz.y = 21; xyz.x = 3;
printf("%u %u %u\n", xyz.x, ++xyz.y, xyz.z);
/* Значение битового поля берется по модулю
* максимально допустимого числа 2**число_битов - 1
*/
xyz.y = 32 /* максимум */ + 7; xyz.x = 16+2; xyz.z = 11;
printf("%u %u %u\n", xyz.x, xyz.y, xyz.z); /* 2 7 1 */
}
Поле ширины 1 часто используется в качестве битового флага: вместо
#define FLAG1 01
#define FLAG2 02
#define FLAG3 04
int x; /* слово для нескольких флагов */
x |= FLAG1; x &= ~FLAG2; if(x & FLAG3) ...;
используется
struct flags {
unsigned flag1:1, flag2:1, flag3:1;
} x;
x.flag1 = 1; x.flag2 = 0; if( x.flag3 ) ...;
А. Богатырев, 1992-95 - 183 - Си в UNIX
Следует однако учесть, что машинный код для работы с битовыми полями более сложен и
занимает больше команд (т.е. медленнее и длиннее).
К битовым полям нельзя применить операцию взятия адреса "&", у них нет адресов и
смещений!
5.16. Пример на использование структур с полем переменного размера. Часть перемен-
ной длины может быть лишь одна и обязана быть последним полем структуры. Внимание:
это программистский трюк, использовать осторожно!
#include
#define SZ 5
extern char *malloc();
#define VARTYPE char
struct obj {
struct header { /* постоянная часть */
int cls;
int size; /* размер переменной части */
} hdr;
VARTYPE body [1]; /* часть переменного размера:
в описании ровно ОДИН элемент массива */
} *items [SZ]; /* указатели на структуры */
#define OFFSET(field, ptr) ((char *) &ptr->field - (char *)ptr)
int body_offset;
/* создание новой структуры */
struct obj *newObj( int cl, char *s )
{
char *ptr; struct obj *op;
int n = strlen(s); /* длина переменной части (штук VARTYPE) */
int newsize = sizeof(struct header) + n * sizeof(VARTYPE);
printf("[n=%d newsize=%d]\n", n, newsize);
/* newsize = (sizeof(struct obj) - sizeof(op->body)) + n * sizeof(op->body);
При использовании этого размера не учитывается, что struct(obj)
выровнена на границу sizeof(int).
Но в частности следует учитывать и то, на границу чего выровнено
начало поля op->body. То есть самым правильным будет
newsize = body_offset + n * sizeof(op->body);
*/
/* отвести массив байт без внутренней структуры */
ptr = (char *) malloc(newsize);
/* наложить поверх него структуру */
op = (struct obj *) ptr;
op->hdr.cls = cl;
op->hdr.size = n;
strncpy(op->body, s, n);
return op;
}
А. Богатырев, 1992-95 - 184 - Си в UNIX
void printobj( struct obj *p )
{
register i;
printf( "OBJECT(cls=%d,size=%d)\n", p->hdr.cls, p->hdr.size);
for(i=0; i < p->hdr.size; i++ )
putchar( p->body[i] );
putchar( '\n' );
}
char *strs[] = { "a tree", "a maple", "an oak", "the birch", "the fir" };
int main(int ac, char *av[]){
int i;
printf("sizeof(struct header)=%d sizeof(struct obj)=%d\n",
sizeof(struct header), sizeof(struct obj));
{
struct obj *sample;
printf("offset(cls)=%d\n", OFFSET(hdr.cls, sample));
printf("offset(size)=%d\n", OFFSET(hdr.size, sample));
printf("offset(body)=%d\n", body_offset = OFFSET(body, sample));
}
for( i=0; i < SZ; i++ )
items[i] = newObj( i, strs[i] );
for( i=0; i < SZ; i++ ){
printobj( items[i] ); free( items[i] ); items[i] = NULL;
}
return 0;
}
5.17. Напишите программу, реализующую список со "старением". Элемент списка, к
которому обращались последним, находится в голове списка. Самый старый элемент
вытесняется к хвосту списка и в конечном счете из списка удаляется. Такой алгоритм
использует ядро UNIX для кэширования блоков файла в оперативной памяти: блоки, к
которым часто бывают обращения оседают в памяти (а не на диске).
/* Список строк, упорядоченных по времени их добавления в список,
* т.е. самая "свежая" строка - в начале, самая "древняя" - в конце.
* Строки при поступлении могут и повторяться! По подобному принципу
* можно организовать буферизацию блоков при обмене с диском.
*/
#include
extern char *malloc(), *gets();
#define MAX 3 /* максимальная длина списка */
int nelems = 0; /* текущая длина списка */
struct elem { /* СТРУКТУРА ЭЛЕМЕНТА СПИСКА */
char *key; /* Для блоков - это целое - номер блока */
struct elem *next; /* следующий элемент списка */
/* ... и может что-то еще ... */
} *head; /* голова списка */
void printList(), addList(char *), forget();
А. Богатырев, 1992-95 - 185 - Си в UNIX
void main(){ /* Введите a b c d b a c */
char buf[128];
while(gets(buf)) addList(buf), printList();
}
/* Распечатка списка */
void printList(){ register struct elem *ptr;
printf( "В списке %d элементов\n", nelems );
for(ptr = head; ptr != NULL; ptr = ptr->next )
printf( "\t\"%s\"\n", ptr->key );
}
/* Добавление в начало списка */
void addList(char *s)
{ register struct elem *p, *new;
/* Анализ - нет ли уже в списке */
for(p = head; p != NULL; p = p->next )
if( !strcmp(s, p->key)){ /* Есть. Перенести в начало списка */
if( head == p ) return; /* Уже в начале */
/* Удаляем из середины списка */
new = p; /* Удаляемый элемент */
for(p = head; p->next != new; p = p->next );
/* p указывает на предшественника new */
p->next = new->next; goto Insert;
}
/* Нет в списке */
if( nelems >= MAX ) forget(); /* Забыть старейший */
if((new = (struct elem *) malloc(sizeof(struct elem)))==NULL) goto bad;
if((new->key = malloc(strlen(s) + 1)) == NULL) goto bad;
strcpy(new->key, s); nelems++;
Insert: new->next = head; head = new; return;
bad: printf( "Нет памяти\n" ); exit(13);
}
/* Забыть хвост списка */
void forget(){ struct elem *prev = head, *tail;
if( head == NULL ) return; /* Список пуст */
/* Единственный элемент ? */
if((tail = head->next) == NULL){ tail=head; head=NULL; goto Del; }
for( ; tail->next != NULL; prev = tail, tail = tail->next );
prev->next = NULL;
Del: free(tail->key); free(tail); nelems--;
}
А. Богатырев, 1992-95 - 186 - Си в UNIX
6. Системные вызовы и взаимодействие с UNIX.
В этой главе речь пойдет о процессах. Скомпилированная программа хранится на
диске как обычный нетекстовый файл. Когда она будет загружена в память компьютера и
начнет выполняться - она станет процессом.
UNIX - многозадачная система (мультипрограммная). Это означает, что одновре-
менно может быть запущено много процессов. Процессор выполняет их в режиме разделения
времени - выделяя по очереди квант времени одному процессу, затем другому,
третьему... В результате создается впечатление параллельного выполнения всех процес-
сов (на многопроцессорных машинах параллельность истинная). Процессам, ожидающим
некоторого события, время процессора не выделяется. Более того, "спящий" процесс
может быть временно откачан (т.е. скопирован из памяти машины) на диск, чтобы освобо-
дить память для других процессов. Когда "спящий" процесс дождется события, он будет
"разбужен" системой, переведен в ранг "готовых к выполнению" и, если был откачан -
будет возвращен с диска в память (но, может быть, на другое место в памяти!). Эта
процедура носит название "своппинг" (swapping).
Можно запустить несколько процессов, выполняющих программу из одного и того же
файла; при этом все они будут (если только специально не было предусмотрено иначе)
независимыми друг от друга. Так, у каждого пользователя, работающего в системе, име-
ется свой собственный процесс-интерпретатор команд (своя копия), выполняющий прог-
рамму из файла /bin/csh (или /bin/sh).
Процесс представляет собой изолированный "мир", общающийся с другими "мирами" во
Вселенной при помощи:
a) Аргументов функции main:
void main(int argc, char *argv[], char *envp[]);
Если мы наберем команду
$ a.out a1 a2 a3
то функция main программы из файла a.out вызовется с
argc = 4 /* количество аргументов */
argv[0] = "a.out" argv[1] = "a1"
argv[2] = "a2" argv[3] = "a3"
argv[4] = NULL
По соглашению argv[0] содержит имя выполняемого файла из которого загружена эта
программа[*].
b) Так называемого "окружения" (или "среды") char *envp[], продублированного также
в предопределенной переменной
extern char **environ;
Окружение состоит из строк вида
"ИМЯПЕРЕМЕННОЙ=значение"
Массив этих строк завершается NULL (как и argv). Для получения значения пере-
менной с именем ИМЯ существует стандартная функция
char *getenv( char *ИМЯ );
Она выдает либо значение, либо NULL если переменной с таким именем нет.
c) Открытых файлов. По умолчанию (неявно) всегда открыты 3 канала:
ВВОД В Ы В О Д
FILE * stdin stdout stderr
соответствует fd 0 1 2
связан с клавиатурой дисплеем
____________________
[*] Именно это имя показывает команда ps -ef
#include
main(ac, av) char **av; {
execl("/bin/sleep", "Take it easy", "1000", NULL);
}
А. Богатырев, 1992-95 - 187 - Си в UNIX
Эти каналы достаются процессу "в наследство" от запускающего процесса и связаны
с дисплеем и клавиатурой, если только не были перенаправлены. Кроме того, прог-
рамма может сама явно открывать файлы (при помощи open, creat, pipe, fopen).
Всего программа может одновременно открыть до 20 файлов (считая стандартные
каналы), а в некоторых системах и больше (например, 64). В MS DOS есть еще 2
предопределенных канала вывода: stdaux - в последовательный коммуникационный
порт, stdprn - на принтер.
d) Процесс имеет уникальный номер, который он может узнать вызовом
int pid = getpid();
а также узнать номер "родителя" вызовом
int ppid = getppid();
Процессы могут по этому номеру посылать друг другу сигналы:
kill(pid /* кому */, sig /* номер сигнала */);
и реагировать на них
signal (sig /*по сигналу*/, f /*вызывать f(sig)*/);
e) Существуют и другие средства коммуникации процессов: семафоры, сообщения, общая
память, сетевые коммуникации.
f) Существуют некоторые другие параметры (контекст) процесса: например, его текущий
каталог, который достается в наследство от процесса-"родителя", и может быть
затем изменен системным вызовом
chdir(char *имя_нового_каталога);
У каждого процесса есть свой собственный текущий рабочий каталог (в отличие от
MS DOS, где текущий каталог одинаков для всех задач). К "прочим" характеристи-
кам отнесем также: управляющий терминал; группу процессов (pgrp); идентификатор
(номер) владельца процесса (uid), идентификатор группы владельца (gid), реакции
и маски, заданные на различные сигналы; и.т.п.
g) Издания других запросов (системных вызовов) к операционной системе ("богу") для
выполнения различных "внешних" операций.
h) Все остальные действия происходят внутри процесса и никак не влияют на другие
процессы и устройства ("миры"). В частности, один процесс НИКАК не может полу-
чить доступ к памяти другого процесса, если тот не позволил ему это явно (меха-
низм shared memory); адресные пространства процессов независимы и изолированы
(равно и пространство ядра изолировано от памяти процессов).
Операционная система выступает в качестве коммуникационной среды, связывающей
"миры"-процессы, "миры"-внешние устройства (включая терминал пользователя); а также в
качестве распорядителя ресурсов "Вселенной", в частности - времени (по очереди выде-
ляемого активным процессам) и пространства (в памяти компьютера и на дисках).
Мы уже неоднократно упоминали "системные вызовы". Что же это такое? С точки
зрения Си-программиста - это обычные функции. В них передают аргументы, они возвра-
щают значения. Внешне они ничем не отличаются от написанных нами или библиотечных
функций и вызываются из программ одинаковым с ними способом.
С точки же зрения реализации - есть глубокое различие. Тело функции-сисвызова
расположено не в нашей программе, а в резидентной (т.е. постоянно находящейся в
памяти компьютера) управляющей программе, называемой ядром операционной системы[*].
____________________
[*] Собственно, операционная система характеризуется набором предоставляемых ею сис-
темных вызовов, поскольку все концепции, заложенные в системе, доступны нам только
через них. Если мы имеем две реализации системы с разным внутренним устройством
ядер, но предоставляющие одинаковый интерфейс системных вызовов (их набор, смысл и
поведение), то это все-таки одна и та же система! Ядра могут не просто отличаться,
но и быть построенными на совершенно различных принципах: так обстоит дело с UNIX-ами
на однопроцессорных и многопроцессорных машинах. Но для нас ядро - это "черный
ящик", полностью определяемый его поведением, т.е. своим интерфейсом с программами,
но не внутренним устройством. Вторым параметром, характеризующим ОС, являются фор-
маты данных, используемые системой: форматы данных для сисвызовов и формат информации
в различных файлах, в том числе формат оформления выполняемых файлов (формат данных в
физической памяти машины в этот список не входит - он зависим от реализации и от про-
цессора). Как правило, программа пишется так, чтобы использовать соглашения, приня-
тые в данной системе, для чего она просто включает ряд стандартных include-файлов с
описанием этих форматов. Имена этих файлов также можно отнести к интерфейсу системы.
А. Богатырев, 1992-95 - 188 - Си в UNIX
Сам термин "системный вызов" как раз означает "вызов системы для выполнения дейст-
вия", т.е. вызов функции в ядре системы. Ядро работает в привелегированном режиме,
в котором имеет доступ к некоторым системным таблицам[**], регистрам и портам внешних
устройств и диспетчера памяти, к которым обычным программам доступ аппаратно запрещен
(в отличие от MS DOS, где все таблицы ядра доступны пользовательским программам, что
создает раздолье для вирусов). Системный вызов происходит в 2 этапа: сначала в поль-
зовательской программе вызывается библиотечная функция-"корешок", тело которой напи-
сано на ассемблере и содержит команду генерации программного прерывания. Это - глав-
ное отличие от нормальных Си-функций - вызов по прерыванию. Вторым этапом является
реакция ядра на прерывание:
1. переход в привелегированный режим;
2. разбирательство, КТО обратился к ядру, и подключение u-area этого процесса к
адресному пространству ядра (context switching);
3. извлечение аргументов из памяти запросившего процесса;
4. выяснение, ЧТО же хотят от ядра (один из аргументов, невидимый нам - это номер
системного вызова);
5. проверка корректности остальных аргументов;
6. проверка прав процесса на допустимость выполнения такого запроса;
7. вызов тела требуемого системного вызова - это обычная Си-функция в ядре;
8. возврат ответа в память процесса;
9. выключение привелегированного режима;
10. возврат из прерывания.
Во время системного вызова (шаг 7) процесс может "заснуть", дожидаясь некоторого
события (например, нажатия кнопки на клавиатуре). В это время ядро передаст управле-
ние другому процессу. Когда наш процесс будет "разбужен" (событие произошло) - он
продолжит выполнение шагов системного вызова.
Большинство системных вызовов возвращают в программу в качестве своего значения
признак успеха: 0 - все сделано, (-1) - сисвызов завершился неудачей; либо некоторое
содержательное значение при успехе (вроде дескриптора файла в open(), и (-1) при неу-
даче. В случае неудачного завершения в предопределенную переменную errno заносится
номер ошибки, описывающий причину неудачи (коды ошибок предопределены, описаны в
include-файле и имеют вид Eчтото). Заметим, что при УДАЧЕ эта переменная
просто не изменяется и может содержать любой мусор, поэтому проверять ее имеет смысл
лишь в случае, если ошибка действительно произошла:
#include /* коды ошибок */
extern int errno;
extern char *sys_errlist[];
int value;
if((value = sys_call(...)) < 0 ){
printf("Error:%s(%d)\n", sys_errlist[errno],
errno );
exit(errno); /* принудительное завершение программы */
}
____________________
Поведение всех программ в системе вытекает из поведения системных вызовов, кото-
рыми они пользуются. Даже то, что UNIX является многозадачной системой, непосредст-
венно вытекает из наличия системных вызовов fork, exec, wait и спецификации их функ-
ционирования!
То же можно сказать про язык Си - мобильность программы зависит в основном от
набора используемых в ней библиотечных функций (и, в меньшей степени, от диалекта са-
мого языка, который должен удовлетворять стандарту на язык Си). Если две разные сис-
темы предоставляют все эти функции (которые могут быть по-разному реализованы, но
должны делать одно и то же), то программа будет компилироваться и работать в обоих
системах, более того, работать в них одинаково.
[**] Таким как таблица процессов, таблица открытых файлов (всех вместе и для каждого
процесса), и.т.п.
А. Богатырев, 1992-95 - 189 - Си в UNIX
Предопределенный массив sys_errlist, хранящийся в стандартной библиотеке, содержит
строки-расшифровку смысла ошибок (по-английски). Посмотрите описание функции per-
ror().
6.1. Файлы и каталоги.
6.1.1. Используя системный вызов stat, напишите программу, определяющую тип файла:
обычный файл, каталог, устройство, FIFO-файл. Ответ:
#include
#include
typeOf( name ) char *name;
{ int type; struct stat st;
if( stat( name, &st ) < 0 ){
printf( "%s не существует\n", name );
return 0;
}
printf("Файл имеет %d имен\n", st.st_nlink);
switch(type = (st.st_mode & S_IFMT)){
case S_IFREG:
printf( "Обычный файл размером %ld байт\n",
st.st_size ); break;
case S_IFDIR:
printf( "Каталог\n" ); break;
case S_IFCHR: /* байтоориентированное */
case S_IFBLK: /* блочноориентированное */
printf( "Устройство\n" ); break;
case S_IFIFO:
printf( "FIFO-файл\n" ); break;
default:
printf( "Другой тип\n" ); break;
} return type;
}
6.1.2. Напишите программу, печатающую: свои аргументы, переменные окружения, инфор-
мацию о всех открытых ею файлах и используемых трубах. Для этой цели используйте
системный вызов
struct stat st; int used, fd;
for(fd=0; fd < NOFILE; fd++ ){
used = fstat(fd, &st) < 0 ? 0 : 1;
...
}
Программа может использовать дескрипторы файлов с номерами 0..NOFILE-1 (обычно
0..19). Если fstat для какого-то fd вернул код ошибки (<0), это означает, что данный
дескриптор не связан с открытым файлом (т.е. не используется). NOFILE определено в
include-файле , содержащем разнообразные параметры данной системы.
6.1.3. Напишите упрощенный аналог команды ls, распечатывающий содержимое текущего
каталога (файла с именем ".") без сортировки имен по алфавиту. Предусмотрите чтение
каталога, чье имя задается как аргумент программы. Имена "." и ".." не выдавать.
Формат каталога описан в header-файле и в "канонической" версии выг-
лядит так: каталог - это файл, состоящий из структур direct, каждая описывает одно
имя файла, входящего в каталог:
А. Богатырев, 1992-95 - 190 - Си в UNIX
struct direct {
unsigned short d_ino; /* 2 байта: номер I-узла */
char d_name[DIRSIZ]; /* имя файла */
};
В семействе BSD формат каталога несколько иной - там записи имеют разную длину, зави-
сящую от длины имени файла, которое может иметь длину от 1 до 256 символов.
Имя файла может состоять из любых символов, кроме '\0', служащего признаком
конца имени и '/', служащего разделителем. В имени допустимы пробелы, управляющие
символы (но не рекомендуются!), любое число точек (в отличие от MS DOS, где допустима
единственная точка, отделяющая собственно имя от суффикса (расширения)), разрешены
даже непечатные (т.е. управляющие) символы! Если имя файла имеет длину 14 (DIRSIZ)
символов, то оно не оканчивается байтом '\0'. В этом случае для печати имени файла
возможны три подхода:
1. Выводить символы при помощи putchar()-а в цикле. Цикл прерывать по индексу рав-
ному DIRSIZ, либо по достижению байта '\0'.
2. Скопировать поле d_name в другое место:
char buf[ DIRSIZ + 1 ];
strncpy(buf, d.d_name, DIRSIZ);
buf[ DIRSIZ ] = '\0';
Этот способ лучший, если имя файла надо не просто напечатать, но и запомнить на
будущее, чтобы использовать в своей программе.
3. Использовать такую особенность функции printf():
#include
#include
struct direct d;
...
printf( "%*.*s\n", DIRSIZ, DIRSIZ, d.d_name );
Если файл был стерт, то в поле d_ino записи каталога будет содержаться 0 (именно
поэтому I-узлы нумеруются начиная с 1, а не с 0). При удалении файла содержимое его
(блоки) уничтожается, I-узел освобождается, но имя в каталоге не затирается физи-
чески, а просто помечается как стертое: d_ino=0; Каталог при этом никак не уплотня-
ется и не укорачивается! Поэтому имена с d_ino==0 выдавать не следует - это имена
уже уничтоженных файлов.
При создании нового имени (creat, link, mknod) система просматривает каталог и
переиспользует первый от начала свободный слот (ячейку каталога) где d_ino==0, запи-
сывая новое имя в него (только в этот момент старое имя-призрак окончательно исчезнет
физически). Если пустых мест нет - каталог удлиняется.
Любой каталог всегда содержит два стандартных имени: "." - ссылка на этот же
каталог (на его собственный I-node), ".." - на вышележащий каталог. У корневого
каталога "/" оба этих имени ссылаются на него же самого (т.е. содержат d_ino==2).
Имя каталога не содержится в нем самом. Оно содержится в "родительском" каталоге
...
Каталог в UNIX - это обычный дисковый файл. Вы можете читать его из своих прог-
рамм. Однако никто (включая суперпользователя[**]) не может записывать что-либо в ката-
лог при помощи write. Изменения содержимого каталогов выполняет только ядро, отвечая
на запросы в виде системных вызовов creat, unlink, link, mkdir, rmdir, rename, mknod.
Коды доступа для каталога интерпретируются следующим образом:
w запись
S_IWRITE. Означает право создавать и уничтожать в каталоге имена файлов при
____________________
[**] Суперпользователь (superuser) имеет uid==0. Это "привелегированный" пользова-
тель, который имеет право делать ВСЕ. Ему доступны любые сисвызовы и файлы, несмотря
на коды доступа и.т.п.
А. Богатырев, 1992-95 - 191 - Си в UNIX
помощи этих вызовов. То есть: право создавать, удалять и переименовывать файлы в
каталоге. Отметим, что для переименования или удаления файла вам не требуется
иметь доступ по записи к самому файлу - достаточно иметь доступ по записи к
каталогу, содержащему его имя!
r чтение
S_IREAD. Право читать каталог как обычный файл (право выполнять opendir, см.
ниже): благодаря этому мы можем получить список имен файлов, содержащихся в
каталоге. Однако, если мы ЗАРАНЕЕ знаем имена файлов в каталоге, мы МОЖЕМ рабо-
тать с ними - если имеем право доступа "выполнение" для этого каталога!
x выполнение
S_IEXEC. Разрешает поиск в каталоге. Для открытия файла, создания/удаления
файла, перехода в другой каталог (chdir), система выполняет следующие действия
(осуществляемые функцией namei() в ядре): чтение каталога и поиск в нем указан-
ного имени файла или каталога; найденному имени соответствует номер I-узла
d_ino; по номеру узла система считывает с диска сам I-узел нужного файла и по
нему добирается до содержимого файла. Код "выполнение" - это как раз разрешение
такого просмотра каталога системой. Если каталог имеет доступ на чтение - мы
можем получить список файлов (т.е. применить команду ls); но если он при этом не
имеет кода доступа "выполнение" - мы не сможем получить доступа ни к одному из
файлов каталога (ни открыть, ни удалить, ни создать, ни сделать stat, ни chdir).
Т.е. "чтение" разрешает применение вызова read, а "выполнение" - функции ядра
namei. Фактически "выполнение" означает "доступ к файлам в данном каталоге";
еще более точно - к I-nodам файлов этого каталога.
t sticky bit
S_ISVTX - для каталога он означает, что удалить или переименовать некий файл в
данном каталоге могут только: владелец каталога, владелец данного файла, супер-
пользователь. И никто другой. Это исключает удаление файлов чужими.
Совет: для каталога полезно иметь такие коды доступа:
chmod o-w,+t каталог
В системах BSD используется, как уже было упомянуто, формат каталога с переменной
длиной записей. Чтобы иметь удобный доступ к именам в каталоге, возникли специальные
функции чтения каталога: opendir, closedir, readdir. Покажем, как простейшая команда
ls реализуется через эти функции.
А. Богатырев, 1992-95 - 192 - Си в UNIX
#include
#include
#include
int listdir(char *dirname){
register struct dirent *dirbuf;
DIR *fddir;
ino_t dot_ino = 0, dotdot_ino = 0;
if((fddir = opendir (dirname)) == NULL){
fprintf(stderr, "Can't read %s\n", dirname);
return 1;
}
/* Без сортировки по алфавиту */
while ((dirbuf = readdir (fddir)) != NULL ) {
if (dirbuf->d_ino == 0) continue;
if (strcmp (dirbuf->d_name, "." ) == 0){
dot_ino = dirbuf->d_ino;
continue;
} else if(strcmp (dirbuf->d_name, "..") == 0){
dotdot_ino = dirbuf->d_ino;
continue;
} else printf("%s\n", dirbuf->d_name);
}
closedir (fddir);
if(dot_ino == 0) printf("Поврежденный каталог: нет имени \".\"\n");
if(dotdot_ino == 0) printf("Поврежденный каталог: нет имени \"..\"\n");
if(dot_ino && dot_ino == dotdot_ino) printf("Это корневой каталог диска\n");
return 0;
}
int main(int ac, char *av[]){
int i;
if(ac > 1) for(i=1; i < ac; i++) listdir(av[i]);
else listdir(".");
return 0;
}
Обратите внимание, что тут не требуется добавление '\0' в конец поля d_name, пос-
кольку его предоставляет нам сама функция readdir().
6.1.4. Напишите программу удаления файлов и каталогов, заданных в argv. Делайте
stat, чтобы определить тип файла (файл/каталог). Программа должна отказываться уда-
лять файлы устройств.
Для удаления пустого каталога (не содержащего иных имен, кроме "." и "..") сле-
дует использовать сисвызов
rmdir(имя_каталога);
(если каталог не пуст - errno получит значение EEXIST); а для удаления обычных файлов
(не каталогов)
unlink(имя_файла);
Программа должна запрашивать подтверждение на удаление каждого файла, выдавая его
имя, тип, размер в килобайтах и вопрос "удалить ?".
6.1.5. Напишите функцию рекурсивного обхода дерева подкаталогов и печати имен всех
файлов в нем. Ключ U42 означает файловую систему с длинными именами файлов (BSD 4.2).
А. Богатырев, 1992-95 - 193 - Си в UNIX
/*#!/bin/cc -DFIND -DU42 -DMATCHONLY treemk.c match.c -o tree -lx
* Обход поддерева каталогов (по мотивам Керниган & Ритчи).
* Ключи компиляции:
* BSD-4.2 BSD-4.3 -DU42
* XENIX с канонической файл.сист. ничего
* XENIX с библиотекой -lx -DU42
* программа поиска файлов -DFIND
* программа рекурсивного удаления -DRM_REC
* программа подсчета используемого места на диске БЕЗ_КЛЮЧА
*/
#include
#include
#include
#include /* для MAXPATHLEN */
#if defined(M_XENIX) && defined(U42)
# include /* XENIX + U42 эмуляция */
#else
# include
# define stat(f,s) lstat(f,s) /* не проходить по символьным ссылкам */
# define d_namlen d_reclen
#endif
/* проверка: каталог ли это */
#define isdir(st) ((st.st_mode & S_IFMT) == S_IFDIR)
struct stat st; /* для сисвызова stat() */
char buf[MAXPATHLEN+1]; /* буфер для имени файла */
#define FAILURE (-1) /* код неудачи */
#define SUCCESS 1 /* код успеха */
#define WARNING 0 /* нефатальная ошибка */
/* Сообщения об ошибках во время обхода дерева: */
#ifndef ERR_CANT_READ
# define ERR_CANT_READ(name) \
fprintf( stderr, "\tНе могу читать \"%s\"\n", name), WARNING
# define ERR_NAME_TOO_LONG() \
fprintf( stderr, "\tСлишком длинное полное имя\n" ), WARNING
#endif
/* Прототипы для предварительного объявления функций. */
extern char *strrchr(char *, char);
int directory (char *name, int level,
int (*enter)(char *full, int level, struct stat *st),
int (*leave)(char *full, int level),
int (*touch)(char *full, int level, struct stat *st));
/* Функции-обработчики enter, leave, touch должны
* возвращать (-1) для прерывания просмотра дерева,
* либо значение >= 0 для продолжения. */
А. Богатырев, 1992-95 - 194 - Си в UNIX
/* Обойти дерево с корнем в rootdir */
int walktree (
char *rootdir, /* корень дерева */
int (*enter)(char *full, int level, struct stat *st),
int (*leave)(char *full, int level),
int (*touch)(char *full, int level, struct stat *st)
){
/* проверка корректности корня */
if( stat(rootdir, &st) < 0 || !isdir(st)){
fprintf( stderr, "\tПлохой корень дерева \"%s\"\n", rootdir );
return FAILURE; /* неудача */
}
strcpy (buf, rootdir);
return act (buf, 0, enter, leave, touch);
}
/* Оценка файла с именем name.
*/
int act (char *name, int level,
int (*enter)(char *full, int level, struct stat *st),
int (*leave)(char *full, int level),
int (*touch)(char *full, int level, struct stat *st))
{
if (stat (name, &st) < 0)
return WARNING; /* ошибка, но не фатальная */
if(isdir(st)){ /* позвать обработчик каталогов */
if(enter)
if( enter(name, level, &st) == FAILURE ) return FAILURE;
return directory (name, level+1, enter, leave, touch);
} else { /* позвать обработчик файлов */
if(touch) return touch (name, level, &st);
else return SUCCESS;
}
}
А. Богатырев, 1992-95 - 195 - Си в UNIX
/* Обработать каталог: прочитать его и найти подкаталоги */
int directory (char *name, int level,
int (*enter)(char *full, int level, struct stat *st),
int (*leave)(char *full, int level),
int (*touch)(char *full, int level, struct stat *st))
{
#ifndef U42
struct direct dirbuf;
int fd;
#else
register struct dirent *dirbuf;
DIR *fd;
extern DIR *opendir();
#endif
char *nbp, *tail, *nep;
int i, retcode = SUCCESS;
#ifndef U42
if ((fd = open (name, 0)) < 0) {
#else
if ((fd = opendir (name)) == NULL) {
#endif
return ERR_CANT_READ(name);
}
tail = nbp = name + strlen (name); /* указатель на закрывающий \0 */
if( strcmp( name, "/" )) /* если не "/" */
*nbp++ = '/';
*nbp = '\0';
#ifndef U42
if (nbp + DIRSIZ + 2 >= name + MAXPATHLEN) {
*tail = '\0';
return ERR_NAME_TOO_LONG();
}
#endif
#ifndef U42
while (read(fd, (char *) &dirbuf, sizeof(dirbuf)) == sizeof(dirbuf)){
if (dirbuf.d_ino == 0) /* стертый файл */
continue;
if (strcmp (dirbuf.d_name, "." ) == 0 ||
strcmp (dirbuf.d_name, "..") == 0) /* не интересуют */
continue;
for (i = 0, nep = nbp; i < DIRSIZ; i++)
*nep++ = dirbuf.d_name[i];
# else /*U42*/
while ((dirbuf = readdir (fd)) != NULL ) {
if (dirbuf->d_ino == 0)
continue;
if (strcmp (dirbuf->d_name, "." ) == 0 ||
strcmp (dirbuf->d_name, "..") == 0)
continue;
for (i = 0, nep = nbp; i < dirbuf->d_namlen ; i++)
*nep++ = dirbuf->d_name[i];
#endif /*U42*/
*nep = '\0';
if( act(name, level, enter, leave, touch) == FAILURE) {
retcode = FAILURE; break; }
}
А. Богатырев, 1992-95 - 196 - Си в UNIX
#ifndef U42
close (fd);
#else
closedir(fd);
#endif
*tail = '\0'; /* восстановить старое name */
if(retcode != FAILURE && leave)
if( leave(name, level) == FAILURE) retcode = FAILURE;
return retcode;
}
/* -------------------------------------------------------------- */
/* Disk Usage -- Оценка места, занимаемого файлами поддерева */
/* -------------------------------------------------------------- */
/* Пересчет байтов в килобайты */
#define KB(s) (((s)/1024L) + ((s)%1024L ? 1L:0L))
/* или #define KB(s) (((s) + 1024L - 1) / 1024L) */
long size; /* общий размер */
long nfiles; /* всего файлов */
long ndirs; /* из них каталогов */
#define WARNING_LIMIT 150L /* подозрительно большой файл */
static int du_touch (char *name, int level, struct stat *st){
long sz;
size += (sz = KB(st->st_size)); /* размер файла в Кб. */
nfiles++;
#ifndef TREEONLY
if( sz >= WARNING_LIMIT )
fprintf(stderr,"\tВнимание! \"%s\" очень большой: %ld Кб.\n",
name, sz);
#endif /*TREEONLY*/
return SUCCESS;
}
static int du_enter (char *name, int level, struct stat *st){
#ifndef TREEONLY
fprintf( stderr, "Каталог \"%s\"\n", name );
#endif
size += KB(st->st_size); /* размер каталога в Кб. */
nfiles++; ++ndirs; return SUCCESS;
}
long du (char *name){
size = nfiles = ndirs = 0L;
walktree(name, du_enter, NULL, du_touch );
return size;
}
А. Богатырев, 1992-95 - 197 - Си в UNIX
/* -------------------------------------------------------------- */
/* Рекурсивное удаление файлов и каталогов */
/* -------------------------------------------------------------- */
int deleted; /* сколько файлов и каталогов удалено */
static int recrm_dir (char *name, int level){
if( rmdir(name) >= 0){ deleted++; return SUCCESS; }
fprintf(stderr, "Не могу rmdir '%s'\n", name); return WARNING;
}
static int recrm_file(char *name, int level, struct stat *st){
if( unlink(name) >= 0){ deleted++; return SUCCESS; }
fprintf(stderr, "Не могу rm '%s'\n", name); return WARNING;
}
int recrmdir(char *name){
int ok_code; deleted = 0;
ok_code = walktree(name, NULL, recrm_dir, recrm_file);
printf("Удалено %d файлов и каталогов в %s\n", deleted, name);
return ok_code;
}
/* -------------------------------------------------------------- */
/* Поиск файлов с подходящим именем (по шаблону имени) */
/* -------------------------------------------------------------- */
char *find_PATTERN;
static int find_check(char *fullname, int level, struct stat *st){
char *basename = strrchr(fullname, '/');
if(basename) basename++;
else basename = fullname;
if( match(basename, find_PATTERN))
printf("Level#%02d %s\n", level, fullname);
if( !strcmp( basename, "core")){
printf("Найден дамп %s, поиск прекращен.\n", fullname);
return FAILURE;
}
return SUCCESS;
}
void find (char *root, char *pattern){
find_PATTERN = pattern;
walktree(root, find_check, NULL, find_check);
}
А. Богатырев, 1992-95 - 198 - Си в UNIX
/* -------------------------------------------------------------- */
#ifndef TREEONLY
void main(int argc, char *argv[]){
#ifdef FIND
if(argc != 3){ fprintf(stderr, "Arg count\n"); exit(1); }
find(argv[1], argv[2]);
#else
# ifdef RM_REC
for(argv++; *argv; argv++)
recrmdir(*argv);
# else
du( argc == 1 ? "." : argv[1] );
printf( "%ld килобайт в %ld файлах.\n", size, nfiles );
printf( "%ld каталогов.\n", ndirs );
# endif
#endif
exit(0);
}
#endif /*TREEONLY*/
6.1.6. Используя предыдущий алгоритм, напишите программу рекурсивного копирования
поддерева каталогов в другое место. Для создания новых каталогов используйте систем-
ный вызов
mkdir(имя_каталога, коды_доступа);
6.1.7. Используя тот же алгоритм, напишите программу удаления каталога, которая уда-
ляет все файлы в нем и, рекурсивно, все его подкаталоги. Таким образом, удаляется
дерево каталогов. В UNIX подобную операцию выполняет команда
rm -r имя_каталога_корня_дерева
6.1.8. Используя все тот же алгоритм обхода, напишите аналог команды find, который
будет позволять:
- находить все файлы, чьи имена удовлетворяют заданному шаблону (используйте функ-
цию match() из главы "Текстовая обработка");
- находить все выполняемые файлы: обычные файлы S_IFREG, у которых
(st.st_mode & 0111) != 0
Как уже ясно, следует пользоваться вызовом stat для проверки каждого файла.
6.2. Время в UNIX.
6.2.1. Напишите функцию, переводящую год, месяц, день, часы, минуты и секунды в
число секунд, прошедшее до указанного момента с 00 часов 00 минут 00 секунд 1 Января
1970 года. Внимание: результат должен иметь тип long (точнее time_t).
Эта функция облегчит вам сравнение двух моментов времени, заданных в общеприня-
том "человеческом" формате, поскольку сравнить два long числа гораздо проще, чем
сравнивать по очереди годы, затем, если они равны - месяцы, если месяцы равны - даты,
и.т.д.; а также облегчит измерение интервала между двумя событиями - он вычисляется
просто как разность двух чисел. В системе UNIX время обрабатывается и хранится
именно в виде числа секунд; в частности текущее астрономическое время можно узнать
системным вызовом
#include
#include
time_t t = time(NULL); /* time(&t); */
Функция
struct tm *tm = localtime( &t );
А. Богатырев, 1992-95 - 199 - Си в UNIX
разлагает число секунд на отдельные составляющие, содержащиеся в int-полях структуры:
tm_year год (надо прибавлять 1900)
tm_yday день в году 0..365
tm_mon номер месяца 0..11 (0 - Январь)
tm_mday дата месяца 1..31
tm_wday день недели 0..6 (0 - Воскресенье)
tm_hour часы 0..23
tm_min минуты 0..59
tm_sec секунды 0..59
Номера месяца и дня недели начинаются с нуля, чтобы вы могли использовать их в
качестве индексов:
char *months[] = { "Январь", "Февраль", ..., "Декабрь" };
printf( "%s\n", months[ tm->tm_mon ] );
Пример использования этих функций есть в приложении.
Установить время в системе может суперпользователь вызовом
stime(&t);
6.2.2. Напишите функцию печати текущего времени в формате ЧЧ:ММ:СС ДД-МЕС-ГГ.
Используйте системный вызов time() и функцию localtime().
Существует стандартная функция ctime(), которая печатает время в формате:
/* Mon Mar 25 18:56:36 1991 */
#include
#include
main(){ /* команда date */
time_t t = time(NULL);
char *s = ctime(&t);
printf("%s", s);
}
Обратите внимание, что строка s уже содержит на конце символ '\n'.
6.2.3. Структура stat, заполняемая системным вызовом stat(), кроме прочих полей
содержит поля типа time_t st_ctime, st_mtime и st_atime - время последнего изменения
содержимого I-узла файла, время последнего изменения файла и время последнего доступа
к файлу.
- Поле st_ctime изменяется (устанавливается равным текущему астрономическому вре-
мени) при применении к файлу вызовов creat, chmod, chown, link, unlink, mknod,
utime[*], write (т.к. изменяется длина файла); Это поле следует рассматривать как
время модификации прав доступа к файлу;
- st_mtime - write, creat, mknod, utime; Это поле следует рассматривать как время
модификации содержимого файла (данных);
- st_atime - read, creat, mknod, utime; Это поле следует рассматривать как время
чтения содержимого файла (данных).
Модифицируйте функцию typeOf(), чтобы она печатала еще и эти даты.
____________________
[*] Время модификации файла можно изменить на текущее астрономическое время и не
производя записи в файл. Для этого используется вызов
utime(имяФайла, NULL);
Он используется для взаимодействия с программой make - в команде touch. Изменить
время можно только своему файлу.
А. Богатырев, 1992-95 - 200 - Си в UNIX
6.2.4. Напишите аналог команды ls -tm, выдающей список имен файлов текущего ката-
лога, отсортированный по убыванию поля st_mtime, то есть недавно модифицированные
файлы выдаются первыми. Для каждого прочитанного из каталога имени надо сделать
stat; имена файлов и времена следует сохранить в массиве структур, а затем отсортиро-
вать его.
6.2.5. Напишите аналогичную программу, сортирующую файлы в порядке возрастания их
размера (st_size).
6.2.6. Напишите аналог команды ls -l, выдающий имена файлов каталога и их коды дос-
тупа в формате rwxrw-r--. Для получения кодов доступа используйте вызов stat
stat( имяФайла, &st);
кодыДоступа = st.st_mode & 0777;
Для изменения кодов доступа используется вызов
chmod(имя_файла, новые_коды);
Можно изменять коды доступа, соответствующие битовой маске
0777 | S_ISUID | S_ISGID | S_ISVTX
(смотри ). Тип файла (см. функцию typeOf) не может быть изменен. Изме-
нить коды доступа к файлу может только его владелец.
Печатайте еще номер I-узла файла: поле d_ino каталога либо поле st_ino структуры
stat.
6.2.7. Вот программа, которая каждые 2 секунды проверяет - не изменилось ли содержи-
мое текущего каталога:
#include
#include
extern char *ctime();
main(){
time_t last; struct stat st;
for( stat(".", &st), last=st.st_mtime; ; sleep(2)){
stat(".", &st);
if(last != st.st_mtime){
last = st.st_mtime;
printf("Был создан или удален какой-то файл: %s",
ctime(&last));
}
}
}
Модифицируйте ее, чтобы она сообщала какое имя (имена) было удалено или создано (для
этого надо при запуске программы прочитать и запомнить содержимое каталога, а при
обнаружении модификации - перечитать каталог и сравнить его с прежним содержимым).
6.2.8. Напишите по аналогии программу, которая выдает сообщение, если указанный вами
файл был кем-то прочитан, записан или удален. Вам следует отслеживать изменение полей
st_atime, st_mtime и значение stat() < 0 соответственно. Если файл удален - программа
завершается.
6.2.9. Современные UNIX-машины имеют встроенные таймеры (как правило несколько) с
довольно высоким разрешением. Некоторые из них могут использоваться как "будильники"
с обратным отсчетом времени: в таймер загружается некоторое значение; таймер ведет
обратный отсчет, уменьшая загруженный счетчик; как только это время истекает - посы-
лается сигнал процессу, загрузившему таймер.
А. Богатырев, 1992-95 - 201 - Си в UNIX
Вот как, к примеру, выглядит функция задержки в микросекундах (миллионных долях
секунды). Примечание: эту функцию не следует использовать вперемежку с функциями
sleep и alarm (смотри статью про них ниже, в главе про сигналы).
#include
#include
#include
void do_nothing() {}
/* Задержка на usec миллионных долей секунды (микросекунд) */
void usleep(unsigned int usec) {
struct itimerval new, old;
/* struct itimerval содержит поля:
struct timeval it_interval;
struct timeval it_value;
Где struct timeval содержит поля:
long tv_sec; -- число целых секунд
long tv_usec; -- число микросекунд
*/
struct sigaction new_vec, old_vec;
if (usec == 0) return;
/* Поле tv_sec содержит число целых секунд.
Поле tv_usec содержит число микросекунд.
it_value - это время, через которое В ПЕРВЫЙ раз
таймер "прозвонит",
то есть пошлет нашему процессу
сигнал SIGALRM.
Время, равное нулю, немедленно остановит таймер.
it_interval - это интервал времени, который будет загружаться
в таймер после каждого "звонка"
(но не в первый раз).
Время, равное нулю, остановит таймер
после его первого "звонка".
*/
new.it_interval.tv_sec = 0;
new.it_interval.tv_usec = 0;
new.it_value.tv_sec = usec / 1000000;
new.it_value.tv_usec = usec % 1000000;
А. Богатырев, 1992-95 - 202 - Си в UNIX
/* Сохраняем прежнюю реакцию на сигнал SIGALRM в old_vec,
заносим в качестве новой реакции do_nothing()
*/
new_vec.sa_handler = do_nothing;
sigemptyset(&new_vec.sa_mask);
new_vec.sa_flags = 0;
sighold(SIGALRM);
sigaction(SIGALRM, &new_vec, &old_vec);
/* Загрузка интервального таймера значением new, начало отсчета.
* Прежнее значение спасти в old.
* Вместо &old можно также NULL - не спасать.
*/
setitimer(ITIMER_REAL, &new, &old);
/* Ждать прихода сигнала SIGALRM */
sigpause(SIGALRM);
/* Восстановить реакцию на SIGALRM */
sigaction(SIGALRM, &old_vec, (struct sigaction *) 0);
sigrelse(SIGALRM);
/* Восстановить прежние параметры таймера */
setitimer(ITIMER_REAL, &old, (struct itimerval *) 0);
}
6.2.10. Второй пример использования таймера - это таймер, отсчитывающий текущее
время суток (а также дату). Чтобы получить значение этого таймера используется вызов
функции gettimeofday
#include
void main(){
struct timeval timenow;
gettimeofday(&timenow, NULL);
printf("%u sec, %u msec\n",
timenow.tv_sec,
timenow.tv_usec
);
printf("%s", ctime(&timenow.tv_sec));
exit(0);
}
Поле tv_sec содержит число секунд, прошедшее с полуночи 1 января 1970 года до данного
момента; в чем полностью соответствует системному вызову time. Однако плюс к тому
поле tv_usec содержит число миллионных долей текущей секунды (значение этого поля
всегда меньше 1000000).
6.2.11. К данному параграфу вернитесь, изучив раздел про fork() и exit(). Каждый
процесс может пребывать в двух фазах: системной (внутри тела системного вызова - его
выполняет для нас ядро операционной системы) и пользовательской (внутри кода самой
программы). Время, затраченное процессом в каждой фазе, может быть измеряно системным
вызовом times(). Кроме того, этот вызов позволяет узнать суммарное время, затраченное
порожденными процессами (порожденными при помощи fork). Системный вызов заполняет
структуру
А. Богатырев, 1992-95 - 203 - Си в UNIX
struct tms {
clock_t tms_utime;
clock_t tms_stime;
clock_t tms_cutime;
clock_t tms_cstime;
};
и возвращает значение
#include
struct tms time_buf;
clock_t real_time = times(&time_buf);
Все времена измеряются в "тиках" - некоторых долях секунды. Число тиков в секунде
можно узнать таким системным вызовом (в системе Solaris):
#include
clock_t HZ = sysconf(_SC_CLK_TCK);
В старых системах, где таймер работал от сети переменного тока, это число получалось
равным 60 (60 Герц - частота сети переменного тока). В современных системах это 100.
Поля структуры содержат:
tms_utime
время, затраченное вызывающим процессом в пользовательской фазе.
tms_stime
время, затраченное вызывающим процессом в системной фазе.
tms_cutime
время, затраченное порожденными процессами в пользовательской фазе: оно равно
сумме всех tms_utime и tms_cutime порожденных процессов (рекурсивное суммирова-
ние).
tms_cstime
время, затраченное порожденными процессами в системной фазе: оно равно сумме
всех tms_stime и tms_cstime порожденных процессов (рекурсивное суммирование).
real_time
время, соответствующее астрономическому времени системы. Имеет смысл мерять
только их разность.
Вот пример программы:
#include
#include /* _SC_CLK_TCK */
#include /* SIGALRM */
#include /* не используется */
#include /* struct tms */
struct tms tms_stop, tms_start;
clock_t real_stop, real_start;
clock_t HZ; /* число ticks в секунде */
А. Богатырев, 1992-95 - 204 - Си в UNIX
/* Засечь время момента старта процесса */
void hello(void){
real_start = times(&tms_start);
}
/* Засечь время окончания процесса */
void bye(int n){
real_stop = times(&tms_stop);
#ifdef CRONO
/* Разность времен */
tms_stop.tms_utime -= tms_start.tms_utime;
tms_stop.tms_stime -= tms_start.tms_stime;
#endif
/* Распечатать времена */
printf("User time = %g seconds [%lu ticks]\n",
tms_stop.tms_utime / (double)HZ, tms_stop.tms_utime);
printf("System time = %g seconds [%lu ticks]\n",
tms_stop.tms_stime / (double)HZ, tms_stop.tms_stime);
printf("Children user time = %g seconds [%lu ticks]\n",
tms_stop.tms_cutime / (double)HZ, tms_stop.tms_cutime);
printf("Children system time = %g seconds [%lu ticks]\n",
tms_stop.tms_cstime / (double)HZ, tms_stop.tms_cstime);
printf("Real time = %g seconds [%lu ticks]\n",
(real_stop - real_start) / (double)HZ, real_stop - real_start);
exit(n);
}
/* По сигналу SIGALRM - завершить процесс */
void onalarm(int nsig){
printf("Выход #%d ================\n", getpid());
bye(0);
}
/* Порожденный процесс */
void dochild(int n){
hello();
printf("Старт #%d ================\n", getpid());
signal(SIGALRM, onalarm);
/* Заказать сигнал SIGALRM через 1 + n*3 секунд */
alarm(1 + n*3);
for(;;){} /* зациклиться в user mode */
}
А. Богатырев, 1992-95 - 205 - Си в UNIX
#define NCHLD 4
int main(int ac, char *av[]){
int i;
/* Узнать число тиков в секунде */
HZ = sysconf(_SC_CLK_TCK);
setbuf(stdout, NULL);
hello();
for(i=0; i < NCHLD; i++)
if(fork() == 0)
dochild(i);
while(wait(NULL) > 0);
printf("Выход MAIN =================\n");
bye(0);
return 0;
}
и ее выдача:
Старт #3883 ================
Старт #3884 ================
Старт #3885 ================
Старт #3886 ================
Выход #3883 ================
User time = 0.72 seconds [72 ticks]
System time = 0.01 seconds [1 ticks]
Children user time = 0 seconds [0 ticks]
Children system time = 0 seconds [0 ticks]
Real time = 1.01 seconds [101 ticks]
Выход #3884 ================
User time = 1.88 seconds [188 ticks]
System time = 0.01 seconds [1 ticks]
Children user time = 0 seconds [0 ticks]
Children system time = 0 seconds [0 ticks]
Real time = 4.09 seconds [409 ticks]
Выход #3885 ================
User time = 4.41 seconds [441 ticks]
System time = 0.01 seconds [1 ticks]
Children user time = 0 seconds [0 ticks]
Children system time = 0 seconds [0 ticks]
Real time = 7.01 seconds [701 ticks]
Выход #3886 ================
User time = 8.9 seconds [890 ticks]
System time = 0 seconds [0 ticks]
Children user time = 0 seconds [0 ticks]
Children system time = 0 seconds [0 ticks]
Real time = 10.01 seconds [1001 ticks]
Выход MAIN =================
User time = 0.01 seconds [1 ticks]
System time = 0.04 seconds [4 ticks]
Children user time = 15.91 seconds [1591 ticks]
Children system time = 0.03 seconds [3 ticks]
Real time = 10.41 seconds [1041 ticks]
Обратите внимание, что 72+188+441+890=1591 (поле tms_cutime для main).
6.2.12. Еще одна программа: хронометрирование выполнения другой программы. Пример:
timer ls -l
А. Богатырев, 1992-95 - 206 - Си в UNIX
/* Хронометрирование выполнения программы */
#include
#include
#include
extern errno;
typedef struct _timeStamp {
clock_t real_time;
clock_t cpu_time;
clock_t child_time;
clock_t child_sys, child_user;
} TimeStamp;
TimeStamp TIME(){
struct tms tms;
TimeStamp st;
st.real_time = times(&tms);
st.cpu_time = tms.tms_utime +
tms.tms_stime +
tms.tms_cutime +
tms.tms_cstime;
st.child_time = tms.tms_cutime +
tms.tms_cstime;
st.child_sys = tms.tms_cstime;
st.child_user = tms.tms_cutime;
return st;
}
void PRTIME(TimeStamp start, TimeStamp stop){
clock_t HZ = sysconf(_SC_CLK_TCK);
clock_t real_time = stop.real_time - start.real_time;
clock_t cpu_time = stop.cpu_time - start.cpu_time;
clock_t child_time = stop.child_time - start.child_time;
printf("%g real, %g cpu, %g child (%g user, %g sys), %ld%%\n",
real_time / (double)HZ,
cpu_time / (double)HZ,
child_time / (double)HZ,
stop.child_user / (double)HZ,
stop.child_sys / (double)HZ,
(child_time * 100L) / (real_time ? real_time : 1)
);
}
А. Богатырев, 1992-95 - 207 - Си в UNIX
TimeStamp start, stop;
int main(int ac, char *av[]){
char *prog = *av++;
if(*av == NULL){
fprintf(stderr, "Usage: %s command [args...]\n", prog);
return(1);
}
start = TIME();
if(fork() == 0){
execvp(av[0], av);
perror(av[0]);
exit(errno);
}
while(wait(NULL) > 0);
stop = TIME();
PRTIME(start, stop);
return(0);
}
6.3. Свободное место на диске.
6.3.1. Системный вызов ustat() позволяет узнать количество свободного места в файло-
вой системе, содержащей заданный файл (в примере ниже - текущий каталог):
#include
#include
#include
struct stat st; struct ustat ust;
void main(int ac, char *av[]){
char *file = (ac==1 ? "." : av[1]);
if( stat(file, &st) < 0) exit(1);
ustat(st.st_dev, &ust);
printf("На диске %*.*s\n"
"%ld свободных блоков (%ld Кб)\n"
"%d свободных I-узлов\n",
sizeof ust.f_fname, sizeof ust.f_fname,
ust.f_fname, /* название файловой системы (метка) */
ust.f_tfree, /* блоки по 512 байт */
(ust.f_tfree * 512L) / 1024,
ust.f_tinode );
}
Обратите внимание на запись длинной строки в printf: строки, перечисленные последова-
тельно, склеиваются ANSI C компилятором в одну длинную строку:
char s[] = "This is" " a line " "of words";
совпадает с
char s[] = "This is a line of words";
6.3.2. Более правильно, однако, пользоваться сисвызовом statvfs - статистика по вир-
туальной файловой системе. Рассмотрим его в следующем примере: копирование файла с
проверкой на наличие свободного места.
А. Богатырев, 1992-95 - 208 - Си в UNIX
#include
#include
#include
#include
#include /* O_RDONLY */
#include
#include
#include
#include /* MAXPATHLEN */
char *progname; /* имя программы */
void error(char *fmt, ...){
va_list args;
va_start(args, fmt);
fprintf(stderr, "%s: ", progname);
vfprintf(stderr, fmt, args);
fputc('\n', stderr);
va_end(args);
}
int copyFile(char *to, char *from){ /* куда, откуда */
char newname[MAXPATHLEN+1];
char answer[20];
struct stat stf, stt;
int fdin, fdout;
int n, code = 0;
char iobuf[64 * 1024];
char *dirname = NULL, *s;
if((fdin = open(from, O_RDONLY)) < 0){
error("Cannot read %s", from);
return (-1);
}
fstat(fdin, &stf);
if((stf.st_mode & S_IFMT) == S_IFDIR){
close(fdin);
error("%s is a directory", from);
return (-2);
}
А. Богатырев, 1992-95 - 209 - Си в UNIX
if(stat(to, &stt) >= 0){
/* Файл уже существует */
if((stt.st_mode & S_IFMT) == S_IFDIR){
/* И это каталог */
/* Выделить последнюю компоненту пути from */
if((s = strrchr(from, '/')) && s[1])
s++;
else s = from;
dirname = to;
/* Целевой файл - файл в этом каталоге */
sprintf(newname, "%s/%s", to, s);
to = newname;
if(stat(to, &stt) < 0)
goto not_exist;
}
if(stt.st_dev == stf.st_dev && stt.st_ino == stf.st_ino){
error("%s: cannot copy file to itself", from);
return (-3);
}
switch(stt.st_mode & S_IFMT){
case S_IFBLK:
case S_IFCHR:
case S_IFIFO:
break;
default:
printf("%s already exists, overwrite ? ", to);
fflush(stdout);
*answer = '\0';
gets(answer);
if(*answer != 'y'){ /* NO */
close(fdin);
return (-4);
}
break;
}
}
А. Богатырев, 1992-95 - 210 - Си в UNIX
not_exist:
printf("COPY %s TO %s\n", from, to);
if((stf.st_mode & S_IFMT) == S_IFREG){
/* Проверка наличия свободного места в каталоге dirname */
struct statvfs fs;
char tmpbuf[MAXPATHLEN+1];
if(dirname == NULL){
/* То 'to' - это имя файла, а не каталога */
strcpy(tmpbuf, to);
if(s = strrchr(tmpbuf, '/')){
if(*tmpbuf != '/' || s != tmpbuf){
/* Имена "../xxx"
* и второй случай:
* абсолютные имена не в корне,
* то есть не "/" и не "/xxx"
*/
*s = '\0';
}else{
/* "/" или "/xxx" */
if(s[1]) s[1] = '\0';
}
dirname = tmpbuf;
} else dirname = ".";
}
if(statvfs(dirname, &fs) >= 0){
size_t size = (geteuid() == 0 ) ?
/* Доступно суперпользователю: байт */
fs.f_frsize * fs.f_bfree :
/* Доступно обычному пользователю: байт */
fs.f_frsize * fs.f_bavail;
if(size < stf.st_size){
error("Not enough free space on %s: have %lu, need %lu",
dirname, size, stf.st_size);
close(fdin);
return (-5);
}
}
}
if((fdout = creat(to, stf.st_mode)) < 0){
error("Can't create %s", to);
close(fdin);
return (-6);
} else {
fchmod(fdout, stf.st_mode);
fchown(fdout, stf.st_uid, stf.st_gid);
}
А. Богатырев, 1992-95 - 211 - Си в UNIX
while (n = read (fdin, iobuf, sizeof iobuf)) {
if(n < 0){
error ("read error");
code = (-7);
goto done;
}
if(write (fdout, iobuf, n) != n) {
error ("write error");
code = (-8);
goto done;
}
}
done:
close (fdin);
close (fdout);
/* Проверить: соответствует ли результат ожиданиям */
if(stat(to, &stt) >= 0 && (stt.st_mode & S_IFMT) == S_IFREG){
if(stf.st_size < stt.st_size){
error("File has grown at the time of copying");
} else if(stf.st_size > stt.st_size){
error("File too short, target %s removed", to);
unlink(to);
code = (-9);
}
}
return code;
}
int main(int argc, char *argv[]){
int i, code = 0;
progname = argv[0];
if(argc < 3){
error("Usage: %s from... to", argv[0]);
return 1;
}
for(i=1; i < argc-1; i++)
code |= copyFile(argv[argc-1], argv[i]) < 0 ? 1 : 0;
return code;
}
Возвращаемая структура struct statvfs содержит такие поля (в частности):
Типа long:
f_frsize размер блока
f_blocks размер файловой системы в блоках
f_bfree свободных блоков (для суперпользователя)
f_bavail свободных блоков (для всех остальных)
f_files число I-nodes в файловой системе
f_ffree свободных I-nodes (для суперпользователя)
f_favail свободных I-nodes (для всех остальных)
Типа char *
f_basetype тип файловой системы: ufs, nfs, ...
А. Богатырев, 1992-95 - 212 - Си в UNIX
По два значения дано потому, что операционная система резервирует часть файловой сис-
темы для использования ТОЛЬКО суперпользователем (чтобы администратор смог распихать
файлы в случае переполнения диска, и имел резерв на это). ufs - это UNIX file system
из BSD 4.x
6.4. Сигналы.
Процессы в UNIX используют много разных механизмов взаимодействия. Одним из них
являются сигналы.
Сигналы - это асинхронные события. Что это значит? Сначала объясним, что такое
синхронные события: я два раза в день подхожу к почтовому ящику и проверяю - нет ли в
нем почты (событий). Во-первых, я произвожу опрос - "нет ли для меня события?", в
программе это выглядело бы как вызов функции опроса и, может быть, ожидания события.
Во-вторых, я знаю, что почта может ко мне прийти, поскольку я подписался на какие-то
газеты. То есть я предварительно заказывал эти события.
Схема с синхронными событиями очень распространена. Кассир сидит у кассы и ожи-
дает, пока к нему в окошечко не заглянет клиент. Поезд периодически проезжает мимо
светофора и останавливается, если горит красный. Функция Си пассивно "спит" до тех
пор, пока ее не вызовут; однако она всегда готова выполнить свою работу (обслужить
клиента). Такое ожидающее заказа (события) действующее лицо называется сервер.
После выполнения заказа сервер вновь переходит в состояние ожидания вызова. Итак,
если событие ожидается в специальном месте и в определенные моменты времени (издается
некий вызов для ОПРОСА) - это синхронные события. Канонический пример - функция
gets, которая задержит выполнение программы, пока с клавиатуры не будет введена
строка. Большинство ожиданий внутри системных вызовов - синхронны. Ядро ОС высту-
пает для программ пользователей в роли сервера, выполняющего сисвызовы (хотя и не
только в этой роли - ядро иногда предпринимает и активные действия: передача процес-
сора другому процессу через определенное время (режим разделения времени), убивание
процесса при ошибке, и.т.п.).
Сигналы - это асинхронные события. Они приходят неожиданно, в любой момент вре-
мени - вроде телефонного звонка. Кроме того, их не требуется заказывать - сигнал
процессу может поступить совсем без повода. Аналогия из жизни такова: человек сидит
и пишет письмо. Вдруг его окликают посреди фразы - он отвлекается, отвечает на воп-
рос, и вновь продолжает прерванное занятие. Человек не ожидал этого оклика (быть
может, он готов к нему, но он не озирался по сторонам специально). Кроме того, сиг-
нал мог поступить когда он писал 5-ое предложение, а мог - когда 34-ое. Момент вре-
мени, в который произойдет прерывание, не фиксирован.
Сигналы имеют номера, причем их количество ограничено - есть определенный список
допустимых сигналов. Номера и мнемонические имена сигналов перечислены в include-
файле и имеют вид SIGнечто. Допустимы сигналы с номерами 1..NSIG-1, где
NSIG определено в этом файле. При получении сигнала мы узнаем его номер, но не
узнаем никакой иной информации: ни от кого поступил сигнал, ни что от нас хотят.
Просто "звонит телефон". Чтобы получить дополнительную информацию, наш процесс должен
взять ее из другого известного места; например - прочесть заказ из некоторого файла,
об имени которого все наши программы заранее "договорились". Сигналы процессу могут
поступать тремя путями:
- От другого процесса, который явно посылает его нам вызовом
kill(pid, sig);
где pid - идентификатор (номер) процесса-получателя, а sig - номер сигнала.
Послать сигнал можно только родственному процессу - запущенному тем же пользова-
телем.
- От операционной системы. Система может посылать процессу ряд сигналов, сигнали-
зирующих об ошибках, например при обращении программы по несуществующему адресу
или при ошибочном номере системного вызова. Такие сигналы обычно прекращают наш
процесс.
- От пользователя - с клавиатуры терминала можно нажимом некоторых клавиш послать
сигналы SIGINT и SIGQUIT. Собственно, сигнал посылается драйвером терминала при
получении им с клавиатуры определенных символов. Так можно прервать зациклившу-
юся или надоевшую программу.
Процесс-получатель должен как-то отреагировать на сигнал. Программа может:
А. Богатырев, 1992-95 - 213 - Си в UNIX
- проигнорировать сигнал (не ответить на звонок);
- перехватить сигнал (снять трубку), выполнить какие-то действия, затем продолжить
прерванное занятие;
- быть убитой сигналом (звонок был подкреплен броском гранаты в окно);
В большинстве случаев сигнал по умолчанию убивает процесс-получатель. Однако процесс
может изменить это умолчание и задать свою реакцию явно. Это делается вызовом signal:
#include
void (*signal(int sig, void (*react)() )) ();
Параметр react может иметь значение:
SIG_IGN
сигнал sig будет отныне игнорироваться. Некоторые сигналы (например SIGKILL)
невозможно перехватить или проигнорировать.
SIG_DFL
восстановить реакцию по умолчанию (обычно - смерть получателя).
имя_функции
Например
void fr(gotsig){ ..... } /* обработчик */
... signal (sig, fr); ... /* задание реакции */
Тогда при получении сигнала sig будет вызвана функция fr, в которую в качестве
аргумента системой будет передан номер сигнала, действительно вызвавшего ее -
gotsig==sig. Это полезно, т.к. можно задать одну и ту же функцию в качестве
реакции для нескольких сигналов:
... signal (sig1, fr); signal(sig2, fr); ...
После возврата из функции fr() программа продолжится с прерванного места. Перед
вызовом функции-обработчика реакция автоматически сбрасывается в реакцию по
умолчанию SIG_DFL, а после выхода из обработчика снова восстанавливается в fr.
Это значит, что во время работы функции-обработчика может прийти сигнал, который
убьет программу.
Приведем список некоторых сигналов; полное описание посмотрите в документации.
Колонки таблицы: G - может быть перехвачен; D - по умолчанию убивает процесс (k),
игнорируется (i); C - образуется дамп памяти процесса: файл core, который затем может
быть исследован отладчиком adb; F - реакция на сигнал сбрасывается; S - посылается
обычно системой, а не явно.
сигнал G D C F S смысл
SIGTERM + k - + - завершить процесс
SIGKILL - k - + - убить процесс
SIGINT + k - + - прерывание с клавиш
SIGQUIT + k + + - прерывание с клавиш
SIGALRM + k - + + будильник
SIGILL + k + - + запрещенная команда
SIGBUS + k + + + обращение по неверному
SIGSEGV + k + + + адресу
SIGUSR1, USR2 + i - + - пользовательские
SIGCLD + i - + + смерть потомка
- Сигнал SIGILL используется иногда для эмуляции команд с плавающей точкой, что
происходит примерно так: при обнаружении "запрещенной" команды для отсутствую-
щего процессора "плавающей" арифметики аппаратура дает прерывание и система
посылает процессу сигнал SIGILL. По сигналу вызывается функция-эмулятор плаваю-
щей арифметики (подключаемая к выполняемому файлу автоматически), которая и
обрабатывает требуемую команду. Это может происходить много раз, именно поэтому
А. Богатырев, 1992-95 - 214 - Си в UNIX
реакция на этот сигнал не сбрасывается.
- SIGALRM посылается в результате его заказа вызовом alarm() (см. ниже).
- Сигнал SIGCLD посылается процессу-родителю при выполнении процессом-потомком
сисвызова exit (или при смерти вследствие получения сигнала). Обычно процесс-
родитель при получении такого сигнала (если он его заказывал) реагирует, выпол-
няя в обработчике сигнала вызов wait (см. ниже). По-умолчанию этот сигнал игно-
рируется.
- Реакция SIG_IGN не сбрасывается в SIG_DFL при приходе сигнала, т.е. сигнал игно-
рируется постоянно.
- Вызов signal возвращает старое значение реакции, которое может быть запомнено в
переменную вида void (*f)(); а потом восстановлено.
- Синхронное ожидание (сисвызов) может иногда быть прервано асинхронным событием
(сигналом), но об этом ниже.
Некоторые версии UNIX предоставляют более развитые средства работы с сигналами.
Опишем некоторые из средств, имеющихся в BSD (в других системах они могут быть смоде-
лированы другими способами).
Пусть у нас в программе есть "критическая секция", во время выполнения которой
приход сигналов нежелателен. Мы можем "заморозить" (заблокировать) сигнал, отложив
момент его поступления до "разморозки":
|
sighold(sig); заблокировать сигнал
| :
КРИТИЧЕСКАЯ :<---процессу послан сигнал sig,
СЕКЦИЯ : но он не вызывает реакцию немедленно,
| : а "висит", ожидая разрешения.
| :
sigrelse(sig); разблокировать
|<----------- sig
| накопившиеся сигналы доходят,
| вызывается реакция.
Если во время блокировки процессу было послано несколько одинаковых сигналов sig, то
при разблокировании поступит только один. Поступление сигналов во время блокировки
просто отмечается в специальной битовой шкале в паспорте процесса (примерно так):
mask |= (1 << (sig - 1));
и при разблокировании сигнала sig, если соответствующий бит выставлен, то приходит
один такой сигнал (система вызывает функцию реакции).
То есть sighold заставляет приходящие сигналы "накапливаться" в специальной маске,
вместо того, чтобы немедленно вызывать реакцию на них. А sigrelse разрешает "нако-
пившимся" сигналам (если они есть) прийти и вызывает реакцию на них.
Функция
sigset(sig, react);
аналогична функции signal, за исключением того, что на время работы обработчика сиг-
нала react, приход сигнала sig блокируется; то есть перед вызовом react как бы дела-
ется sighold, а при выходе из обработчика - sigrelse. Это значит, что если во время
работы обработчика сигнала придет такой же сигнал, то программа не будет убита, а
"запомнит" пришедший сигнал, и обработчик будет вызван повторно (когда сработает
sigrelse).
Функция
sigpause(sig);
вызывается внутри "рамки"
sighold(sig);
...
sigpause(sig);
...
sigrelse(sig);
А. Богатырев, 1992-95 - 215 - Си в UNIX
и вызывает задержку выполнения процесса до прихода сигнала sig. Функция разрешает
приход сигнала sig (обычно на него должна быть задана реакция при помощи sigset), и
"засыпает" до прихода сигнала sig.
В UNIX стандарта POSIX для управления сигналами есть вызовы sigaction, sigproc-
mask, sigpending, sigsuspend. Посмотрите в документацию!
6.4.1. Напишите программу, выдающую на экран файл /etc/termcap. Перехватывайте сиг-
нал SIGINT, при получении сигнала запрашивайте "Продолжать?". По ответу 'y' - про-
должить выдачу; по 'n' - завершить программу; по 'r' - начать выдавать файл с начала:
lseek(fd,0L,0). Не забудьте заново переустановить реакцию на SIGINT, поскольку после
получения сигнала реакция автоматически сбрасывается.
#include
void onintr(sig){ /* sig - номер сигнала */
signal (sig, onintr); /* восстановить реакцию */
... запрос и действия ...
}
main(){ signal (SIGINT, onintr); ... }
Сигнал прерывания можно игнорировать. Это делается так:
signal (SIGINT, SIG_IGN);
Такую программу нельзя прервать с клавиатуры. Напомним, что реакция SIG_IGN сохраня-
ется при приходе сигнала.
6.4.2. Системный вызов, находящийся в состоянии ожидания какого-то события (read
ждущий нажатия кнопки на клавиатуре, wait ждущий окончания процесса-потомка, и.т.п.),
может быть прерван сигналом. При этом сисвызов вернет значение "ошибка" (-1) и errno
станет равно EINTR. Это позволяет нам писать системные вызовы с выставлением тайма-
ута: если событие не происходит в течение заданного времени, то завершить ожидание и
прервать сисвызов. Для этой цели используется вызов alarm(sec), заказывающий посылку
сигнала SIGALRM нашей программе через целое число sec секунд (0 - отменяет заказ):
#include
void (*oldaction)(); int alarmed;
/* прозвонил будильник */
void onalarm(nsig){ alarmed++; }
...
/* установить реакцию на сигнал */
oldaction = signal (SIGALRM, onalarm);
/* заказать будильник через TIMEOUT сек. */
alarmed = 0; alarm ( TIMEOUT /* sec */ );
sys_call(...); /* ждет события */
// если нас сбил сигнал, то по сигналу будет
// еще вызвана реакция на него - onalarm
if(alarmed){
// событие так и не произошло.
// вызов прерван сигналом т.к. истекло время.
}else{
alarm(0); /* отменить заказ сигнала */
// событие произошло, сисвызов успел
// завершиться до истечения времени.
}
signal (SIGALRM, oldaction);
Напишите программу, которая ожидает ввода с клавиатуры в течение 10 секунд. Если
ничего не введено - печатает "Нет ввода", иначе - печатает "Спасибо". Для ввода
можно использовать как вызов read, так и функцию gets (или getchar), поскольку
А. Богатырев, 1992-95 - 216 - Си в UNIX
функция эта все равно внутри себя издает системный вызов read. Исследуйте, какое
значение возвращает fgets (gets) в случае прерывания ее системным вызовом.
/* Копирование стандартного ввода на стандартный вывод
* с установленным тайм-аутом.
* Это позволяет использовать программу для чтения из FIFO-файлов
* и с клавиатуры.
* Небольшая модификация позволяет использовать программу
* для копирования "растущего" файла (т.е. такого, который в
* настоящий момент еще продолжает записываться).
* Замечание:
* В ДЕМОС-2.2 сигнал НЕ сбивает чтение из FIFO-файла,
* а получение сигнала откладывается до выхода из read()
* по успешному чтению информации. Пользуйтесь open()-ом
* с флагом O_NDELAY, чтобы получить требуемый эффект.
*
* Вызов: a.out /dev/tty
*
* По мотивам книги М.Дансмура и Г.Дейвиса.
*/
#define WAIT_TIME 5 /* ждать 5 секунд */
#define MAX_TRYS 5 /* максимум 5 попыток */
#define BSIZE 256
#define STDIN 0 /* дескриптор стандартного ввода */
#define STDOUT 1 /* дескриптор стандартного вывода */
#include
#include
#include
#include
#include
#include
char buffer [ BSIZE ];
extern int errno; /* код ошибки */
void timeout(nsig){ signal( SIGALRM, timeout ); }
void main(argc, argv) char **argv;{
int fd, n, trys = 0; struct stat stin, stout;
if( argc != 2 ){
fprintf(stderr, "Вызов: %s файл\n", argv[0]); exit(1);
}
if((fd = !strcmp(argv[1],"-")? STDIN : open(argv[1],O_RDONLY)) < 0){
fprintf(stderr, "Не могу читать %s\n", argv[1]); exit(2);
}
/* Проверить, что ввод не совпадает с выводом,
* hardcat aFile >> aFile
* кроме случая, когда вывод - терминал.
* Такая проверка полезна для программ-фильтров (STDIN->STDOUT),
* чтобы исключить порчу исходной информации */
fstat(fd, &stin); fstat(STDOUT, &stout);
if( !isatty(STDOUT) && stin.st_ino == stout.st_ino &&
stin.st_dev == stout.st_dev
){ fprintf(stderr,
"\aВвод == выводу, возможно потеряна информация в %s.\n",argv[1]);
exit(33);
}
А. Богатырев, 1992-95 - 217 - Си в UNIX
signal( SIGALRM, timeout );
while( trys < MAX_TRYS ){
alarm( WAIT_TIME ); /* заказать сигнал через 5 сек */
/* и ждем ввода ... */
n = read( fd, buffer, BSIZE );
alarm(0); /* отменили заказ сигнала */
/* (хотя, возможно, он уже получен) */
/* проверяем: почему мы слезли с вызова read() ? */
if( n < 0 && errno == EINTR ){
/* Мы были сбиты сигналом SIGALRM,
* код ошибки EINTR - сисвызов прерван
* неким сигналом.
*/
fprintf( stderr, "\7timed out (%d раз)\n", ++trys );
continue;
}
if( n < 0 ){
/* ошибка чтения */
fprintf( stderr, "read error.\n" ); exit(4);
}
if( n == 0 ){
/* достигнут конец файла */
fprintf( stderr, "Достигнут EOF.\n\n" ); exit(0);
}
/* копируем прочитанную информацию */
write( STDOUT, buffer, n );
trys = 0;
}
fprintf( stderr, "Все попытки провалились.\n" ); exit(5);
}
Если мы хотим, чтобы сисвызов не мог прерываться сигналом, мы должны защитить его:
#include
void (*fsaved)();
...
fsaved = signal (sig, SIG_IGN);
sys_call(...);
signal (sig, fsaved);
или так:
sighold(sig);
sys_call(...);
sigrelse(sig);
Сигналами могут быть прерваны не все системные вызовы и не при всех обстоятельствах.
6.4.3. Напишите функцию sleep(n), задерживающую выполнение программы на n секунд.
Воспользуйтесь системным вызовом alarm(n) (будильник) и вызовом pause(), который
задерживает программу до получения любого сигнала. Предусмотрите рестарт при получе-
нии во время ожидания другого сигнала, нежели SIGALRM. Сохраняйте заказ alarm, сде-
ланный до вызова sleep (alarm выдает число секунд, оставшееся до завершения предыду-
щего заказа). На самом деле есть такая СТАНДАРТНАЯ функция. Ответ:
ненужной строки) и последующего его переименования.
А. Богатырев, 1992-95 - 218 - Си в UNIX
#include
#include
#include
int got; /* пришел ли сигнал */
void onalarm(int sig)
{ printf( "Будильник\n" ); got++; } /* сигнал получен */
void sleep(int n){
time_t time(), start = time(NULL);
void (*save)();
int oldalarm, during = n;
if( n <= 0 ) return;
got = 0;
save = signal(SIGALRM, onalarm);
oldalarm = alarm(3600); /* Узнать старый заказ */
if( oldalarm ){
printf( "Был заказан сигнал, который придет через %d сек.\n",
oldalarm );
if(oldalarm > n) oldalarm -= n;
else { during = n = oldalarm; oldalarm = 1; }
}
printf( "n=%d oldalarm=%d\n", n, oldalarm );
while( n > 0 ){
printf( "alarm(%d)\n", n );
alarm(n); /* заказать SIGALRM через n секунд */
pause();
if(got) break;
/* иначе мы сбиты с pause другим сигналом */
n = during - (time(NULL) - start); /* прошло времени */
}
printf( "alarm(%d) при выходе\n", oldalarm );
alarm(oldalarm); /* alarm(0) - отмена заказа сигнала */
signal(SIGALRM, save); /* восстановить реакцию */
}
void onintr(int nsig){
printf( "Сигнал SIGINT\n"); signal(SIGINT, onintr);
}
void onOldAlarm(int nsig){
printf( "Звонит старый будильник\n");
}
void main(){
int time1 = 0; /* 5, 10, 20 */
setbuf(stdout, NULL);
signal(SIGINT, onintr);
signal(SIGALRM, onOldAlarm); alarm(time1);
sleep(10);
if(time1) pause();
printf("Чао!\n");
}
А. Богатырев, 1992-95 - 219 - Си в UNIX
6.4.4. Напишите "часы", выдающие текущее время каждые 3 секунды.
#include
#include
#include
void tick(nsig){
time_t tim; char *s;
signal (SIGALRM, tick);
alarm(3); time(&tim);
s = ctime(&tim);
s[ strlen(s)-1 ] = '\0'; /* обрубить '\n' */
fprintf(stderr, "\r%s", s);
}
main(){ tick(0);
for(;;) pause();
}
6.5. Жизнь процессов.
6.5.1. Какие классы памяти имеют данные, в каких сегментах программы они располо-
жены?
char x[] = "hello";
int y[25];
char *p;
main(){
int z = 12;
int v;
static int w = 25;
static int q;
char s[20];
char *pp;
...
v = w + z; /* #1 */
}
Ответ:
Переменная Класс памяти Сегмент Начальное значение
x static data/DATA "hello"
y static data/BSS {0, ..., 0}
p static data/BSS NULL
z auto stack 12
v auto stack не определено
w static data/DATA 25
q static data/BSS 0
s auto stack не определено
pp auto stack не определено
main static text/TEXT
Большими буквами обозначены сегменты, хранимые в выполняемом файле:
DATA - это инициализированные статические данные (которым присвоены начальные значе-
ния). Они помещаются компилятором в файл в виде готовых констант, а при запуске
программы (при ее загрузке в память машины), просто копируются в память из
файла.
BSS (Block Started by Symbol)
- неинициализированные статические данные. Они по умолчанию имеют начальное зна-
чение 0 (NULL, "", '\0'). Эта память расписывается нулями при запуске прог-
раммы, а в файле хранится лишь ее размер.
А. Богатырев, 1992-95 - 220 - Си в UNIX
TEXT - сегмент, содержащий машинные команды (код).
Хранящаяся в файле выполняемая программа имеет также заголовок - в нем в частности
содержатся размеры перечисленных сегментов и их местоположение в файле; и еще - в
самом конце файла - таблицу имен. В ней содержатся имена всех функций и переменных,
используемых в программе, и их адреса. Эта таблица используется отладчиками adb и
sdb, а также при сборке программы из нескольких объектных файлов программой ld.
Просмотреть ее можно командой
nm имяФайла
Для экономии дискового пространства эту таблицу часто удаляют, что делается командой
strip имяФайла
Размеры сегментов можно узнать командой
size имяФайла
Программа, загруженная в память компьютера (т.е. процесс), состоит из 3x сегментов,
относящихся непосредственно к программе:
stack
- стек для локальных переменных функций (автоматических переменных). Этот сег-
мент существует только у выполняющейся программы, поскольку отведение памяти в
стеке производится выполнением некоторых машинных команд (поэтому описание авто-
матических переменных в Си - это на самом деле выполняемые операторы, хотя и не
с точки зрения языка). Сегмент стека автоматически растет по мере надобности
(если мы вызываем новые и новые функции, отводящие переменные в стеке). За этим
следит аппаратура диспетчера памяти.
data - сегмент, в который склеены сегменты статических данных DATA и BSS, загруженные
из файла. Этот сегмент также может изменять свой размер, но делать это надо
явно - системными вызовами sbrk или brk. В частности, функция malloc() для раз-
мещения динамически отводимых данных увеличивает размер этого сегмента.
text - это выполняемые команды, копия сегмента TEXT из файла. Так строка с меткой #1
содержится в виде машинных команд именно в этом сегменте.
Кроме того, каждый процесс имеет еще:
proc - это резидентная часть паспорта процесса в таблице процессов в ядре операцион-
ной системы;
user - это 4-ый сегмент процесса - нерезидентная часть паспорта (u-area). К этому
сегменту имеет доступ только ядро, но не сама программа.
Паспорт процесса был поделен на 2 части только из соображений экономии памяти в ядре:
контекст процесса (таблица открытых файлов, ссылка на I-узел текущего каталога, таб-
лица реакций на сигналы, ссылка на I-узел управляющего терминала, и.т.п.) нужен ядру
только при обслуживании текущего активного процесса. Когда активен другой процесс -
эта информация в памяти ядра не нужна. Более того, если процесс из-за нехватки места
в памяти машины был откачан на диск, эта информация также может быть откачана на диск
и подкачана назад лишь вместе с процессом. Поэтому контекст был выделен в отдельный
сегмент, и сегмент этот подключается к адресному пространству ядра лишь при выполне-
нии процессом какого-либо системного вызова (это подключение называется "переключение
контекста" - context switch). Четыре сегмента процесса могут располагаться в памяти
машины не обязательно подряд - между ними могут лежать сегменты других процессов.
Схема составных частей процесса:
П Р О Ц Е С С
таблица процессов:
паспорт в ядре сегменты в памяти
struct proc[]
####---------------> stack 1
#### data 2
text 3
контекст: struct user 4
А. Богатырев, 1992-95 - 221 - Си в UNIX
Каждый процесс имеет уникальный номер, хранящийся в поле p_pid в структуре proc[*]. В
ней также хранятся: адреса сегментов процесса в памяти машины (или на диске, если
процесс откачан); p_uid - номер владельца процесса; p_ppid - номер процесса-родителя;
p_pri, p_nice - приоритеты процесса; p_pgrp - группа процесса; p_wchan - ожидаемое
процессом событие; p_flag и p_stat - состояние процесса; и многое другое. Структура
proc определена в include-файле , а структура user - в .
6.5.2. Системный вызов fork() (вилка) создает новый процесс: копию процесса, издав-
шего вызов. Отличие этих процессов состоит только в возвращаемом fork-ом значении:
0 - в новом процессе.
pid нового процесса - в исходном.
Вызов fork может завершиться неудачей если таблица процессов переполнена. Простейший
способ сделать это:
main(){
while(1)
if( ! fork()) pause();
}
Одно гнездо таблицы процессов зарезервировано - его может использовать только супер-
пользователь (в целях жизнеспособности системы: хотя бы для того, чтобы запустить
программу, убивающую все эти процессы-варвары).
Вызов fork создает копию всех 4х сегментов процесса и выделяет порожденному про-
цессу новый паспорт и номер. Иногда сегмент text не копируется, а используется про-
цессами совместно ("разделяемый сегмент") в целях экономии памяти. При копировании
сегмента user контекст порождающего процесса наследуется порожденным процессом (см.
ниже).
Проведите опыт, доказывающий что порожденный системным вызовом fork() процесс и
породивший его - равноправны. Повторите несколько раз программу:
#include
int pid, i, fd; char c;
main(){
fd = creat( "TEST", 0644);
if( !(pid = fork())){ /* сын: порожденный процесс */
c = 'a';
for(i=0; i < 5; i++){
write(fd, &c, 1); c++; sleep(1);
}
printf("Сын %d окончен\n", getpid());
exit(0);
}
/* else процесс-отец */
c = 'A';
for(i=0; i < 5; i++){
write(fd, &c, 1); c++; sleep(1);
}
printf("Родитель %d процесса %d окончен\n",
getpid(), pid );
}
В файле TEST мы будем от случая к случаю получать строки вида
aABbCcDdEe или AaBbcdCDEe
что говорит о том, что первым "проснуться" после fork() может любой из двух процес-
сов. Если же опыт дает устойчиво строки, начинающиеся с одной и той же буквы - значит
____________________
[*] Процесс может узнать его вызовом pid=getpid();
А. Богатырев, 1992-95 - 222 - Си в UNIX
в данной реализации системы один из процессов все же запускается раньше. Но не стоит
использовать этот эффект - при переносе на другую систему его может не быть!
Данный опыт основан на следующем свойстве системы UNIX: при системном вызове
fork() порожденный процесс получает все открытые порождающим процессом файлы "в нас-
ледство" - это соответствует тому, что таблица открытых процессом файлов копируется в
процесс-потомок. Именно так, в частности, передаются от отца к сыну стандартные
каналы 0, 1, 2: порожденному процессу не нужно открывать стандартные ввод, вывод и
вывод ошибок явно. Изначально же они открываются специальной программой при вашем
входе в систему.
до вызова fork();
таблица открытых
файлов процесса
0 ## ---<--- клавиатура
1 ## --->--- дисплей
2 ## --->--- дисплей
... ##
fd ## --->--- файл TEST
... ##
после fork();
ПРОЦЕСС-ПАПА ПРОЦЕСС-СЫН
0 ## ---<--- клавиатура --->--- ## 0
1 ## --->--- дисплей ---<--- ## 1
2 ## --->--- дисплей ---<--- ## 2
... ## ## ...
fd ## --->--- файл TEST ---<--- ## fd
... ## | ## ...
*--RWptr-->ФАЙЛ
Ссылки из таблиц открытых файлов в процессах указывают на структуры "открытый файл" в
ядре (см. главу про файлы). Таким образом, два процесса получают доступ к одной и
той же структуре и, следовательно, имеют общий указатель чтения/записи для этого
файла. Поэтому, когда процессы "отец" и "сын" пишут по дескриптору fd, они пользуются
одним и тем же указателем R/W, т.е. информация от обоих процессов записывается после-
довательно. На принципе наследования и совместного использования открытых файлов
основан также системный вызов pipe.
Порожденный процесс наследует также: реакции на сигналы (!!!), текущий каталог,
управляющий терминал, номер владельца процесса и группу владельца, и.т.п.
При системном вызове exec() (который заменяет программу, выполняемую процессом,
на программу из указанного файла) все открытые каналы также достаются в наследство
новой программе (а не закрываются).
6.5.3. Процесс-копия это хорошо, но не совсем то, что нам хотелось бы. Нам хочется
запустить программу, содержащуюся в выполняемом файле (например a.out). Для этого
существует системный вызов exec, который имеет несколько разновидностей. Рассмотрим
только две:
char *path;
char *argv[], *envp[], *arg0, ..., *argn;
execle(path, arg0, arg1, ..., argn, NULL, envp);
execve(path, argv, envp);
Системный вызов exec заменяет программу, выполняемую данным процессом, на программу,
загружаемую из файла path. В данном случае path должно быть полным именем файла или
именем файла от текущего каталога:
/usr/bin/vi a.out ../mybin/xkick
А. Богатырев, 1992-95 - 223 - Си в UNIX
Файл должен иметь код доступа "выполнение". Первые два байта файла (в его заго-
ловке), рассматриваемые как short int, содержат так называемое "магическое число"
(A_MAGIC), свое для каждого типа машин (смотри include-файл ). Его помещает
в начало выполняемого файла редактор связей ld при компоновке программы из объектных
файлов. Это число должно быть правильным, иначе система откажется запускать прог-
рамму из этого файла. Бывает несколько разных магических чисел, обозначающих разные
способы организации программы в памяти. Например, есть вариант, в котором сегменты
text и data склеены вместе (тогда text не разделяем между процессами и не защищен от
модификации программой), а есть - где данные и текст находятся в раздельных адресных
пространствах и запись в text запрещена (аппаратно).
Остальные аргументы вызова - arg0, ..., argn - это аргументы функции main новой
программы. Во второй форме вызова аргументы не перечисляются явно, а заносятся в мас-
сив. Это позволяет формировать произвольный массив строк-аргументов во время работы
программы:
char *argv[20];
argv[0]="ls"; argv[1]="-l"; argv[2]="-i"; argv[3]=NULL;
execv( "/bin/ls", argv);
либо
execl( "/bin/ls", "ls","-l","-i", NULL):
В результате этого вызова текущая программа завершается (но не процесс!) и вместо нее
запускается программа из заданного файла: сегменты stack, data, text старой программы
уничтожаются; создаются новые сегменты data и text, загружаемые из файла path; отво-
дится сегмент stack (первоначально - не очень большого размера); сегмент user сохра-
няется от старой программы (за исключением реакций на сигналы, отличных от SIG_DFL и
SIG_IGN - они будут сброшены в SIG_DFL). Затем будет вызвана функция main новой
программы с аргументами argv:
void main( argc, argv )
int argc; char *argv[]; { ... }
Количество аргументов - argc - подсчитает сама система. Строка NULL не подсчитыва-
ется.
Процесс остается тем же самым - он имеет тот же паспорт (только адреса сегментов
изменились); тот же номер (pid); все открытые прежней программой файлы остаются отк-
рытыми (с теми же дескрипторами); текущий каталог также наследуется от старой прог-
раммы; сигналы, которые игнорировались ею, также будут игнорироваться (остальные
сбрасываются в SIG_DFL). Зато "сущность" процесса подвергается перерождению - он
выполняет теперь иную программу. Таким образом, системный вызов exec осуществляет
вызов функции main, находящейся в другой программе, передавая ей свои аргументы в
качестве входных.
Системный вызов exec может не удаться, если указанный файл path не существует,
либо вы не имеете права его выполнять (такие коды доступа), либо он не является
выполняемой программой (неверное магическое число), либо слишком велик для данной
машины (системы), либо файл открыт каким-нибудь процессом (например еще записывается
компилятором). В этом случае продолжится выполнение прежней программы. Если же
вызов успешен - возврата из exec не происходит вообще (поскольку управление переда-
ется в другую программу).
Аргумент argv[0] обычно полагают равным path. По нему программа, имеющая нес-
колько имен (в файловой системе), может выбрать ЧТО она должна делать. Так программа
/bin/ls имеет альтернативные имена lr, lf, lx, ll. Запускается одна и та же прог-
рамма, но в зависимости от argv[0] она далее делает разную работу.
Аргумент envp - это "окружение" программы (см. начало этой главы). Если он не
задан - передается окружение текущей программы (наследуется содержимое массива, на
который указывает переменная environ); если же задан явно (например, окружение скопи-
ровано в какой-то массив и часть переменных подправлена или добавлены новые перемен-
ные) - новая программа получит новое окружение. Напомним, что окружение можно про-
честь из предопределенной переменной char **environ, либо из третьего аргумента функ-
ции main (см. начало главы), либо функцией getenv().
А. Богатырев, 1992-95 - 224 - Си в UNIX
Системные вызовы fork и exec не склеены в один вызов потому, что между fork и
exec в процессе-сыне могут происходить некоторые действия, нарушающие симметрию
процесса-отца и порожденного процесса: установка реакций на сигналы, перенаправление
ввода/вывода, и.т.п. Смотри пример "интерпретатор команд" в приложении. В MS DOS, не
имеющей параллельных процессов, вызовы fork, exec и wait склеены в один вызов spawn.
Зато при этом приходится делать перенаправления ввода-вывода в порождающем процессе
перед spawn, а после него - восстанавливать все как было.
6.5.4. Завершить процесс можно системным вызовом
void exit( unsigned char retcode );
Из этого вызова не бывает возврата. Процесс завершается: сегменты stack, data, text,
user уничтожаются (при этом все открытые процессом файлы закрываются); память, кото-
рую они занимали, считается свободной и в нее может быть помещен другой процесс.
Причина смерти отмечается в паспорте процесса - в структуре proc в таблице процессов
внутри ядра. Но паспорт еще не уничтожается! Это состояние процесса называется
"зомби" - живой мертвец.
В паспорт процесса заносится код ответа retcode. Этот код может быть прочитан
процессом-родителем (тем, кто создал этот процесс вызовом fork). Принято, что код 0
означает успешное завершение процесса, а любое положительное значение 1..255 означает
неудачное завершение с таким кодом ошибки. Коды ошибок заранее не предопределены:
это личное дело процессов отца и сына - установить между собой какие-то соглашения по
этому поводу. В старых программах иногда писалось exit(-1); Это некорректно - код
ответа должен быть неотрицателен; код -1 превращается в код 255. Часто используется
конструкция exit(errno);
Программа может завершиться не только явно вызывая exit, но и еще двумя спосо-
бами:
- если происходит возврат управления из функции main(), т.е. она кончилась - то
вызов exit() делается неявно, но с непредсказуемым значением retcode;
- процесс может быть убит сигналом. В этом случае он не выдает никакого кода
ответа в процесс-родитель, а выдает признак "процесс убит".
6.5.5. В действительности exit() - это еще не сам системный вызов завершения, а
стандартная функция. Сам системный вызов называется _exit(). Мы можем переопреде-
лить функцию exit() так, чтобы по окончании программы происходили некоторые действия:
void exit(unsigned code){
/* Добавленный мной дополнительный оператор: */
printf("Закончить работу, "
"код ответа=%u\n", code);
/* Стандартные операторы: */
_cleanup(); /* закрыть все открытые файлы.
* Это стандартная функция [**] */
_exit(code); /* собственно сисвызов */
}
int f(){ return 17; }
void main(){
printf("aaaa\n"); printf("bbbb\n"); f();
/* потом откомментируйте это: exit(77); */
}
Здесь функция exit вызывается неявно по окончании main, ее подставляет в программу
компилятор. Дело в том, что при запуске программы exec-ом, первым начинает выпол-
няться код так называемого "стартера", подклеенного при сборке программы из файла
/lib/crt0.o. Он выглядит примерно так (в действительности он написан на ассемблере):
... // вычислить argc, настроить некоторые параметры.
main(argc, argv, envp);
exit();
А. Богатырев, 1992-95 - 225 - Си в UNIX
или так (взято из проекта GNU[*][*]):
int errno = 0;
char **environ;
_start(int argc, int arga)
{
/* OS and Compiler dependent!!!! */
char **argv = (char **) &arga;
char **envp = environ = argv + argc + 1;
/* ... возможно еще какие-то инициализации,
* наподобие setlocale( LC_ALL, "" ); в SCO UNIX */
exit (main(argc, argv, envp));
}
Где должно быть
int main(int argc, char *argv[], char *envp[]){
...
return 0; /* вместо exit(0); */
}
Адрес функции _start() помечается в одном из полей заголовка файла формата a.out как
адрес, на который система должна передать управление после загрузки программы в
память (точка входа).
Какой код ответа попадет в exit() в этих примерах (если отсутствует явный вызов
exit или return) - непредсказуемо. На IBM PC в вышенаписанном примере этот код равен
17, то есть значению, возвращенному последней вызывавшейся функцией. Однако это не
какое-то специальное соглашение, а случайный эффект (так уж устроен код, создаваемый
этим компилятором).
6.5.6. Процесс-отец может дождаться окончания своего потомка. Это делается систем-
ным вызовом wait и нужно по следующей причине: пусть отец - это интерпретатор команд.
Если он запустил процесс и продолжил свою работу, то оба процесса будут предпринимать
попытки читать ввод с клавиатуры терминала - интерпретатор ждет команд, а запущенная
программа ждет данных. Кому из них будет поступать набираемый нами текст - непредс-
казуемо! Вывод: интерпретатор команд должен "заснуть" на то время, пока работает
порожденный им процесс:
int pid; unsigned short status;
...
if((pid = fork()) == 0 ){
/* порожденный процесс */
... // перенаправления ввода-вывода.
... // настройка сигналов.
exec(....);
perror("exec не удался"); exit(1);
}
/* иначе это породивший процесс */
while((pid = wait(&status)) > 0 )
printf("Окончился сын pid=%d с кодом %d\n",
pid, status >> 8);
printf( "Больше нет сыновей\n");
____________________
[**] _cleanup() закрывает файлы, открытые fopen()ом, "вытряхая" при этом данные, на-
копленные в буферах, в файл. При аварийном завершении программы файлы все равно зак-
рываются, но уже не явно, а операционной системой (в вызове _exit). При этом содер-
жимое недосброшенных буферов будет утеряно.
____________________
[*][*] GNU - программы, распространяемые в исходных текстах из Free Software Founda-
А. Богатырев, 1992-95 - 226 - Си в UNIX
wait приостанавливает[*] выполнение вызвавшего процесса до момента окончания любого из
порожденных им процессов (ведь можно было запустить и нескольких сыновей!). Как
только какой-то потомок окончится - wait проснется и выдаст номер (pid) этого
потомка. Когда никого из живых "сыновей" не осталось - он выдаст (-1). Ясно, что
процессы могут оканчиваться не в том порядке, в котором их порождали. В переменную
status заносится в специальном виде код ответа окончившегося процесса, либо номер
сигнала, которым он был убит.
#include
#include
...
int status, pid;
...
while((pid = wait(&status)) > 0){
if( WIFEXITED(status)){
printf( "Процесс %d умер с кодом %d\n",
pid, WEXITSTATUS(status));
} else if( WIFSIGNALED(status)){
printf( "Процесс %d убит сигналом %d\n",
pid, WTERMSIG(status));
if(WCOREDUMP(status)) printf( "Образовался core\n" );
/* core - образ памяти процесса для отладчика adb */
} else if( WIFSTOPPED(status)){
printf( "Процесс %d остановлен сигналом %d\n",
pid, WSTOPSIG(status));
} else if( WIFCONTINUED(status)){
printf( "Процесс %d продолжен\n",
pid);
}
}
...
Если код ответа нас не интересует, мы можем писать wait(NULL).
Если у нашего процесса не было или больше нет живых сыновей - вызов wait ничего
не ждет, а возвращает значение (-1). В написанном примере цикл while позволяет дож-
даться окончания всех потомков.
В тот момент, когда процесс-отец получает информацию о причине смерти потомка,
паспорт умершего процесса наконец вычеркивается из таблицы процессов и может быть
переиспользован новым процессом. До того, он хранится в таблице процессов в состоя-
нии "zombie" - "живой мертвец". Только для того, чтобы кто-нибудь мог узать статус
его завершения.
Если процесс-отец завершился раньше своих сыновей, то кто же сделает wait и
вычеркнет паспорт? Это сделает процесс номер 1: /etc/init. Если отец умер раньше
процессов-сыновей, то система заставляет процесс номер 1 "усыновить" эти процессы.
init обычно находится в цикле, содержащем в начале вызов wait(), то есть ожидает
____________________
tion (FSF). Среди них - C++ компилятор g++ и редактор emacs. Смысл слов GNU - "gen-
erally not UNIX" - проект был основан как противодействие начавшейся коммерциализации
UNIX и закрытию его исходных текстов. "Сделать как в UNIX, но лучше".
[*] "Живой" процесс может пребывать в одном из нескольких состояний: процесс ожидает
наступления какого-то события ("спит"), при этом ему не выделяется время процессора,
т.к. он не готов к выполнению; процесс готов к выполнению и стоит в очереди к процес-
сору (поскольку процессор выполняет другой процесс); процесс готов и выполняется про-
цессором в данный момент. Последнее состояние может происходить в двух режимах -
пользовательском (выполняются команды сегмента text) и системном (процессом был издан
системный вызов, и сейчас выполняется функция в ядре). Ожидание события бывает только
в системной фазе - внутри системного вызова (т.е. это "синхронное" ожидание). Неак-
тивные процессы ("спящие" или ждущие ресурса процессора) могут быть временно откачаны
на диск.
А. Богатырев, 1992-95 - 227 - Си в UNIX
окончания любого из своих сыновей (а они у него всегда есть, о чем мы поговорим под-
робнее чуть погодя). Таким образом init занимается чисткой таблицы процессов, хотя
это не единственная его функция.
Вот схема, поясняющая жизненный цикл любого процесса:
|pid=719,csh
|
if(!fork())------->--------* pid=723,csh
| | загрузить
wait(&status) exec("a.out",...) <-- a.out
: main(...){ с диска
: |
:pid=719,csh | pid=723,a.out
спит(ждет) работает
: |
: exit(status) умер
: }
проснулся <---проснись!--RIP
|
|pid=719,csh
Заметьте, что номер порожденного процесса не обязан быть следующим за номером роди-
теля, а только больше него. Это связано с тем, что другие процессы могли создать в
системе новые процессы до того, как наш процесс издал свой вызов fork.
6.5.7. Кроме того, wait позволяет отслеживать остановку процесса. Процесс может
быть приостановлен при помощи посылки ему сигналов SIGSTOP, SIGTTIN, SIGTTOU,
SIGTSTP. Последние три сигнала посылает при определенных обстоятельствах драйвер
терминала, к примеру SIGTSTP - при нажатии клавиши CTRL/Z. Продолжается процесс
посылкой ему сигнала SIGCONT.
В данном контексте, однако, нас интересуют не сами эти сигналы, а другая схема
манипуляции с отслеживанием статуса порожденных процессов. Если указано явно, сис-
тема может посылать процессу-родителю сигнал SIGCLD в момент изменения статуса любого
из его потомков. Это позволит процессу-родителю немедленно сделать wait и немедленно
отразить изменение состояние процесса-потомка в своих внутренних списках. Данная
схема программируется так:
void pchild(){
int pid, status;
sighold(SIGCLD);
while((pid = waitpid((pid_t) -1, &status, WNOHANG|WUNTRACED)) > 0){
dorecord:
записать_информацию_об_изменениях;
}
sigrelse(SIGCLD);
/* Reset */
signal(SIGCLD, pchild);
}
...
main(){
...
/* По сигналу SIGCLD вызывать функцию pchild */
signal(SIGCLD, pchild);
...
главный_цикл;
}
Секция с вызовом waitpid (разновидность вызова wait), прикрыта парой функций
sighold-sigrelse, запрещающих приход сигнала SIGCLD внутри этой критической секции.
А. Богатырев, 1992-95 - 228 - Си в UNIX
Сделано это вот для чего: если процесс начнет модифицировать таблицы или списки в
районе метки dorecord:, а в этот момент придет еще один сигнал, то функция pchild
будет вызвана рекурсивно и тоже попытается модифицировать таблицы и списки, в которых
еще остались незавершенными перестановки ссылок, элементов, счетчиков. Это приведет к
разрушению данных.
Поэтому сигналы должны приходить последовательно, и функции pchild вызываться
также последовательно, а не рекурсивно. Функция sighold откладывает доставку сигнала
(если он случится), а sigrelse - разрешает доставить накопившиеся сигналы (но если их
пришло несколько одного типа - все они доставляются как один такой сигнал. Отсюда -
цикл вокруг waitpid).
Флаг WNOHANG - означает "не ждать внутри вызова wait", если ни один из потомков
не изменил своего состояния; а просто вернуть код (-1)". Это позволяет вызывать
pchild даже без получения сигнала: ничего не произойдет. Флаг WUNTRACED - означает
"выдавать информацию также об остановленных процессах".
6.5.8. Как уже было сказано, при exec все открытые файлы достаются в наследство
новой программе (в частности, если между fork и exec были перенаправлены вызовом dup2
стандартные ввод и вывод, то они останутся перенаправленными и у новой программы).
Что делать, если мы не хотим, чтобы наследовались все открытые файлы? (Хотя бы
потому, что большинством из них новая программа пользоваться не будет - в основном
она будет использовать лишь fd 0, 1 и 2; а ячейки в таблице открытых файлов процесса
они занимают). Во-первых, ненужные дескрипторы можно явно закрыть close в промежутке
между fork-ом и exec-ом. Однако не всегда мы помним номера дескрипторов для этой
операции. Более радикальной мерой является тотальная чистка:
for(f = 3; f < NOFILE; f++)
close(f);
Есть более элегантный путь. Можно пометить дескриптор файла специальным флагом,
означающим, что во время вызова exec этот дескриптор должен быть автоматически закрыт
(режим file-close-on-exec - fclex):
#include
int fd = open(.....);
fcntl (fd, F_SETFD, 1);
Отменить этот режим можно так:
fcntl (fd, F_SETFD, 0);
Здесь есть одна тонкость: этот флаг устанавливается не для структуры file - "открытый
файл", а непосредственно для дескриптора в таблице открытых процессом файлов (массив
флагов: char u_pofile[NOFILE]). Он не сбрасывается при закрытии файла, поэтому нас
может ожидать сюрприз:
... fcntl (fd, F_SETFD, 1); ... close(fd);
...
int fd1 = open( ... );
Если fd1 окажется равным fd, то дескриптор fd1 будет при exec-е закрыт, чего мы явно
не ожидали! Поэтому перед close(fd) полезно было бы отменить режим fclex.
6.5.9. Каждый процесс имеет управляющий терминал (short *u_ttyp). Он достается про-
цессу в наследство от родителя (при fork и exec) и обычно совпадает с терминалом, с
на котором работает данный пользователь.
Каждый процесс относится к некоторой группе процессов (int p_pgrp), которая
также наследуется. Можно послать сигнал всем процессам указанной группы pgrp:
kill( -pgrp, sig );
Вызов
kill( 0, sig );
посылает сигнал sig всем процессам, чья группа совпадает с группой посылающего
А. Богатырев, 1992-95 - 229 - Си в UNIX
процесса. Процесс может узнать свою группу:
int pgrp = getpgrp();
а может стать "лидером" новой группы. Вызов
setpgrp();
делает следующие операции:
/* У процесса больше нет управл. терминала: */
if(p_pgrp != p_pid) u_ttyp = NULL;
/* Группа процесса полагается равной его ид-у: */
p_pgrp = p_pid; /* new group */
В свою очередь, управляющий терминал тоже имеет некоторую группу (t_pgrp). Это значе-
ние устанавливается равным группе процесса, первым открывшего этот терминал:
/* часть процедуры открытия терминала */
if( p_pid == p_pgrp // лидер группы
&& u_ttyp == NULL // еще нет упр.терм.
&& t_pgrp == 0 ){ // у терминала нет группы
u_ttyp = &t_pgrp;
t_pgrp = p_pgrp;
}
Таким процессом обычно является процесс регистрации пользователя в системе (который
спрашивает у вас имя и пароль). При закрытии терминала всеми процессами (что бывает
при выходе пользователя из системы) терминал теряет группу: t_pgrp=0;
При нажатии на клавиатуре терминала некоторых клавиш:
c_cc[ VINTR ] обычно DEL или CTRL/C
c_cc[ VQUIT ] обычно CTRL/\
драйвер терминала посылает соответственно сигналы SIGINT и SIGQUIT всем процессам
группы терминала, т.е. как бы делает
kill( -t_pgrp, sig );
Именно поэтому мы можем прервать процесс нажатием клавиши DEL. Поэтому, если процесс
сделал setpgrp(), то сигнал с клавиатуры ему послать невозможно (т.к. он имеет свой
уникальный номер группы != группе терминала).
Если процесс еще не имеет управляющего терминала (или уже его не имеет после
setpgrp), то он может сделать любой терминал (который он имеет право открыть) управ-
ляющим для себя. Первый же файл-устройство, являющийся интерфейсом драйвера термина-
лов, который будет открыт этим процессом, станет для него управляющим терминалом. Так
процесс может иметь каналы 0, 1, 2 связанные с одним терминалом, а прерывания полу-
чать с клавиатуры другого (который он сделал управляющим для себя).
Процесс регистрации пользователя в системе - /etc/getty (название происходит от
"get tty" - получить терминал) - запускается процессом номер 1 - /etc/init-ом - на
каждом из терминалов, зарегистрированных в системе, когда
- система только что была запущена;
- либо когда пользователь на каком-то терминале вышел из системы (интерпретатор
команд завершился).
В сильном упрощении getty может быть описан так:
void main(ac, av) char *av[];
{ int f; struct termio tmodes;
for(f=0; f < NOFILE; f++) close(f);
/* Отказ от управляющего терминала,
* основание новой группы процессов.
*/
setpgrp();
/* Первоначальное явное открытие терминала */
А. Богатырев, 1992-95 - 230 - Си в UNIX
/* При этом терминал av[1] станет упр. терминалом */
open( av[1], O_RDONLY ); /* fd = 0 */
open( av[1], O_RDWR ); /* fd = 1 */
f = open( av[1], O_RDWR ); /* fd = 2 */
// ... Считывание параметров терминала из файла
// /etc/gettydefs. Тип требуемых параметров линии
// задается меткой, указываемой в av[2].
// Заполнение структуры tmodes требуемыми
// значениями ... и установка мод терминала.
ioctl (f, TCSETA, &tmodes);
// ... запрос имени и пароля ...
chdir (домашний_каталог_пользователя);
execl ("/bin/csh", "-csh", NULL);
/* Запуск интерпретатора команд. Группа процессов,
* управл. терминал, дескрипторы 0,1,2 наследуются.
*/
}
Здесь последовательные вызовы open занимают последовательные ячейки в таблице откры-
тых процессом файлов (поиск каждой новой незанятой ячейки производится с начала таб-
лицы) - в итоге по дескрипторам 0,1,2 открывается файл-терминал. После этого деск-
рипторы 0,1,2 наследуются всеми потомками интерпретатора команд. Процесс init запус-
кает по одному процессу getty на каждый терминал, как бы делая
/etc/getty /dev/tty01 m &
/etc/getty /dev/tty02 m &
...
и ожидает окончания любого из них. После входа пользователя в систему на каком-то
терминале, соответствующий getty превращается в интерпретатор команд (pid процесса
сохраняется). Как только кто-то из них умрет - init перезапустит getty на соответст-
вующем терминале (все они - его сыновья, поэтому он знает - на каком именно терми-
нале).
6.6. Трубы и FIFO-файлы.
Процессы могут обмениваться между собой информацией через файлы. Существуют
файлы с необычным поведением - так называемые FIFO-файлы (first in, first out), веду-
щие себя подобно очереди. У них указатели чтения и записи разделены. Работа с таким
файлом напоминает проталкивание шаров через трубу - с одного конца мы вталкиваем дан-
ные, с другого конца - вынимаем их. Операция чтения из пустой "трубы" проиостановит
вызов read (и издавший его процесс) до тех пор, пока кто-нибудь не запишет в FIFO-
файл какие-нибудь данные. Операция позиционирования указателя - lseek() - неприме-
нима к FIFO-файлам. FIFO-файл создается системным вызовом
#include
#include
mknod( имяФайла, S_IFIFO | 0666, 0 );
где 0666 - коды доступа к файлу. При помощи FIFO-файла могут общаться даже неродст-
венные процессы.
Разновидностью FIFO-файла является безымянный FIFO-файл, предназначенный для
обмена информацией между процессом-отцом и процессом-сыном. Такой файл - канал связи
как раз и называется термином "труба" или pipe. Он создается вызовом pipe:
int conn[2]; pipe(conn);
Если бы файл-труба имел имя PIPEFILE, то вызов pipe можно было бы описать как
А. Богатырев, 1992-95 - 231 - Си в UNIX
mknod("PIPEFILE", S_IFIFO | 0600, 0);
conn[0] = open("PIPEFILE", O_RDONLY);
conn[1] = open("PIPEFILE", O_WRONLY);
unlink("PIPEFILE");
При вызове fork каждому из двух процессов достанется в наследство пара дескрипторов:
pipe(conn);
fork();
conn[0]----<---- ----<-----conn[1]
FIFO
conn[1]---->---- ---->-----conn[0]
процесс A процесс B
Пусть процесс A будет посылать информацию в процесс B. Тогда процесс A сделает:
close(conn[0]);
// т.к. не собирается ничего читать
write(conn[1], ... );
а процесс B
close(conn[1]);
// т.к. не собирается ничего писать
read (conn[0], ... );
Получаем в итоге:
conn[1]---->----FIFO---->-----conn[0]
процесс A процесс B
Обычно поступают еще более элегантно, перенаправляя стандартный вывод A в канал
conn[1]
dup2 (conn[1], 1); close(conn[1]);
write(1, ... ); /* или printf */
а стандартный ввод B - из канала conn[0]
dup2(conn[0], 0); close(conn[0]);
read(0, ... ); /* или gets */
Это соответствует конструкции
$ A | B
записанной на языке СиШелл.
Файл, выделяемый под pipe, имеет ограниченный размер (и поэтому обычно целиком
оседает в буферах в памяти машины). Как только он заполнен целиком - процесс, пишу-
щий в трубу вызовом write, приостанавливается до появления свободного места в трубе.
Это может привести к возникновению тупиковой ситуации, если писать программу неакку-
ратно. Пусть процесс A является сыном процесса B, и пусть процесс B издает вызов
wait, не закрыв канал conn[0]. Процесс же A очень много пишет в трубу conn[1]. Мы
получаем ситуацию, когда оба процесса спят:
A потому что труба переполнена, а процесс B ничего из нее не читает, так как ждет
окончания A;
B потому что процесс-сын A не окончился, а он не может окончиться пока не допишет
свое сообщение.
Решением служит запрет процессу B делать вызов wait до тех пор, пока он не прочитает
ВСЮ информацию из трубы (не получит EOF). Только сделав после этого close(conn[0]);
А. Богатырев, 1992-95 - 232 - Си в UNIX
процесс B имеет право сделать wait.
Если процесс B закроет свою сторону трубы close(conn[0]) прежде, чем процесс A
закончит запись в нее, то при вызове write в процессе A, система пришлет процессу A
сигнал SIGPIPE - "запись в канал, из которого никто не читает".
6.6.1. Открытие FIFO файла приведет к блокированию процесса ("засыпанию"), если в
буфере FIFO файла пусто. Процесс заснет внутри вызова open до тех пор, пока в буфере
что-нибудь не появится.
Чтобы избежать такой ситуации, а, например, сделать что-нибудь иное полезное в
это время, нам надо было бы опросить файл на предмет того - можно ли его открыть?
Это делается при помощи флага O_NDELAY у вызова open.
int fd = open(filename, O_RDONLY|O_NDELAY);
Если open ведет к блокировке процесса внутри вызова, вместо этого будет возвращено
значение (-1). Если же файл может быть немедленно открыт - возвращается нормальный
дескриптор со значением >=0, и файл открыт.
O_NDELAY является зависимым от семантики того файла, который мы открываем. К
примеру, можно использовать его с файлами устройств, например именами, ведущими к
последовательным портам. Эти файлы устройств (порты) обладают тем свойством, что
одновременно их может открыть только один процесс (так устроена реализация функции
open внутри драйвера этих устройств). Поэтому, если один процесс уже работает с пор-
том, а в это время второй пытается его же открыть, второй "заснет" внутри open, и
будет дожидаться освобождения порта close первым процессом. Чтобы не ждать - следует
открывать порт с флагом O_NDELAY.
#include
#include
/* Убрать больше не нужный O_NDELAY */
void nondelay(int fd){
fcntl(fd, F_SETFL, fcntl(fd, F_GETFL, 0) & ~O_NDELAY);
}
int main(int ac, char *av[]){
int fd;
char *port = ac > 1 ? "/dev/term/a" : "/dev/cua/a";
retry: if((fd = open(port, O_RDWR|O_NDELAY)) < 0){
perror(port);
sleep(10);
goto retry;
}
printf("Порт %s открыт.\n", port);
nondelay(fd);
printf("Работа с портом, вызови эту программу еще раз!\n");
sleep(60);
printf("Все.\n");
return 0;
}
Вот протокол:
А. Богатырев, 1992-95 - 233 - Си в UNIX
su# a.out & a.out xxx
[1] 22202
Порт /dev/term/a открыт.
Работа с портом, вызови эту программу еще раз!
/dev/cua/a: Device busy
/dev/cua/a: Device busy
/dev/cua/a: Device busy
/dev/cua/a: Device busy
/dev/cua/a: Device busy
/dev/cua/a: Device busy
Все.
Порт /dev/cua/a открыт.
Работа с портом, вызови эту программу еще раз!
su#
6.7. Нелокальный переход.
Теперь поговорим про нелокальный переход. Стандартная функция setjmp позволяет
установить в программе "контрольную точку"[*], а функция longjmp осуществляет прыжок в
эту точку, выполняя за один раз выход сразу из нескольких вызванных функций (если
надо)[**]. Эти функции не являются системными вызовами, но поскольку они реализуются
машинно-зависимым образом, а используются чаще всего как реакция на некоторый сигнал,
речь о них идет в этом разделе. Вот как, например, выглядит рестарт программы по
прерыванию с клавиатуры:
#include
#include
jmp_buf jmp; /* контрольная точка */
/* прыгнуть в контрольную точку */
void onintr(nsig){ longjmp(jmp, nsig); }
main(){
int n;
n = setjmp(jmp); /* установить контрольную точку */
if( n ) printf( "Рестарт после сигнала %d\n", n);
signal (SIGINT, onintr); /* реакция на сигнал */
printf("Начали\n");
...
}
setjmp возвращает 0 при запоминании контрольной точки. При прыжке в контрольную
точку при помощи longjmp, мы оказываемся снова в функции setjmp, и эта функция возв-
ращает нам значение второго аргумента longjmp, в этом примере - nsig.
Прыжок в контрольную точку очень удобно использовать в алгоритмах перебора с
возвратом (backtracking): либо - если ответ найден - прыжок на печать ответа, либо -
если ветвь перебора зашла в тупик - прыжок в точку ветвления и выбор другой альтерна-
тивы. При этом можно делать прыжки и в рекурсивных вызовах одной и той же функции: с
более высокого уровня рекурсии в вызов более низкого уровня (в этом случае jmp_buf
лучше делать автоматической переменной - своей для каждого уровня вызова функции).
____________________
[*] В некотором буфере запоминается текущее состояние процесса: положение вершины
стека вызовов функций (stack pointer); состояние всех регистров процессора, включая
регистр адреса текущей машинной команды (instruction pointer).
[**] Это достигается восстановлением состояния процесса из буфера. Изменения, проис-
шедшие за время между setjmp и longjmp в статических данных не отменяются (т.к. они
не сохранялись).
А. Богатырев, 1992-95 - 234 - Си в UNIX
6.7.1. Перепишите следующий алгоритм при помощи longjmp.
#define FOUND 1 /* ответ найден */
#define NOTFOUND 0 /* ответ не найден */
int value; /* результат */
main(){ int i;
for(i=2; i < 10; i++){
printf( "пробуем i=%d\n", i);
if( test1(i) == FOUND ){
printf("ответ %d\n", value); break;
}
}
}
test1(i){ int j;
for(j=1; j < 10 ; j++ ){
printf( "пробуем j=%d\n", j);
if( test2(i,j) == FOUND ) return FOUND;
/* "сквозной" return */
}
return NOTFOUND;
}
test2(i, j){
printf( "пробуем(%d,%d)\n", i, j);
if( i * j == 21 ){
printf( " Годятся (%d,%d)\n", i,j);
value = j; return FOUND;
}
return NOTFOUND;
}
Вот ответ, использующий нелокальный переход вместо цепочки return-ов:
#include
jmp_buf jmp;
main(){ int i;
if( i = setjmp(jmp)) /* после прыжка */
printf("Ответ %d\n", --i);
else /* установка точки */
for(i=2; i < 10; i++)
printf( "пробуем i=%d\n", i), test1(i);
}
test1(i){ int j;
for(j=1; j < 10 ; j++ )
printf( "пробуем j=%d\n", j), test2(i,j);
}
test2(i, j){
printf( "пробуем(%d,%d)\n", i, j);
if( i * j == 21 ){
printf( " Годятся (%d,%d)\n", i,j);
longjmp(jmp, j + 1);
}
}
Обратите внимание, что при возврате ответа через второй аргумент longjmp мы прибавили
1, а при печати ответа мы эту единицу отняли. Это сделано на случай ответа j==0,
чтобы функция setjmp не вернула бы в этом случае значение 0 (признак установки конт-
рольной точки).
6.7.2. В чем ошибка?
#include
А. Богатырев, 1992-95 - 235 - Си в UNIX
jmp_buf jmp;
main(){
g();
longjmp(jmp,1);
}
g(){ printf("Вызвана g\n");
f();
printf("Выхожу из g\n");
}
f(){
static n;
printf( "Вызвана f\n");
setjmp(jmp);
printf( "Выхожу из f %d-ый раз\n", ++n);
}
Ответ: longjmp делает прыжок в функцию f(), из которой уже произошел возврат управле-
ния. При переходе в тело функции в обход ее заголовка не выполняются машинные команды
"пролога" функции - функция остается "неактивированной". При возврате из вызванной
таким "нелегальным" путем функции возникает ошибка, и программа падает. Мораль: в
функцию, которая НИКЕМ НЕ ВЫЗВАНА, нельзя передавать управление. Обратный прыжок -
из f() в main() - был бы законен, поскольку функция main() является активной, когда
управление находится в теле функции f(). Т.е. можно "прыгать" из вызванной функции в
вызывающую: из f() в main() или в g(); и из g() в main();
-- --
| f | стек прыгать
| g | вызовов сверху вниз
| main | функций можно - это соответствует
---------- выкидыванию нескольких
верхних слоев стека
но нельзя наоборот: из main() в g() или f(); а также из g() в f(). Можно также
совершать прыжок в пределах одной и той же функции:
f(){ ...
A: setjmp(jmp);
...
longjmp(jmp, ...); ...
/* это как бы goto A; */
}
6.8. Хозяин файла, процесса, и проверка привелегий.
UNIX - многопользовательская система. Это значит, что одновременно на разных
терминалах, подключенных к машине, могут работать разные пользователи (а может и один
на нескольких терминалах). На каждом терминале работает свой интерпретатор команд,
являющийся потомком процесса /etc/init.
6.8.1. Теперь - про функции, позволяющие узнать некоторые данные про любого пользо-
вателя системы. Каждый пользователь в UNIX имеет уникальный номер: идентификатор
пользователя (user id), а также уникальное имя: регистрационное имя, которое он наби-
рает для входа в систему. Вся информация о пользователях хранится в файле
/etc/passwd. Существуют функции, позволяющие по номеру пользователя узнать регистра-
ционное имя и наоборот, а заодно получить еще некоторую информацию из passwd:
А. Богатырев, 1992-95 - 236 - Си в UNIX
#include
#include
struct passwd *p;
int uid; /* номер */
char *uname; /* рег. имя */
uid = getuid();
p = getpwuid( uid );
...
p = getpwnam( uname );
Эти функции возвращают указатели на статические структуры, скрытые внутри этих функ-
ций. Структуры эти имеют поля:
p->pw_uid идентиф. пользователя (int uid);
p->pw_gid идентиф. группы пользователя;
и ряд полей типа char[]
p->pw_name регистрационное имя пользователя (uname);
p->pw_dir полное имя домашнего каталога
(каталога, становящегося текущим при входе в систему);
p->pw_shell интерпретатор команд
(если "", то имеется в виду /bin/sh);
p->pw_comment произвольная учетная информация (не используется);
p->pw_gecos произвольная учетная информация (обычно ФИО);
p->pw_passwd зашифрованный пароль для входа в
систему. Истинный пароль нигде не хранится вовсе!
Функции возвращают значение p==NULL, если указанный пользователь не существует (нап-
ример, если задан неверный uid). uid хозяина данного процесса можно узнать вызовом
getuid, а uid владельца файла - из поля st_uid структуры, заполняемой системным вызо-
вом stat (а идентификатор группы владельца - из поля st_gid). Задание: модифицируйте
наш аналог программы ls, чтобы он выдавал в текстовом виде имя владельца каждого
файла в каталоге.
6.8.2. Владелец файла может изменить своему файлу идентификаторы владельца и группы
вызовом
chown(char *имяФайла, int uid, int gid);
т.е. "подарить" файл другому пользователю. Забрать чужой файл себе невозможно. При
этой операции биты S_ISUID и S_ISGID в кодах доступа к файлу (см. ниже) сбрасываются,
поэтому создать "Троянского коня" и, сделав его хозяином суперпользователя, получить
неограниченные привелегии - не удастся!
6.8.3. Каждый файл имеет своего владельца (поле di_uid в I-узле на диске или поле
i_uid в копии I-узла в памяти ядра[*]). Каждый процесс также имеет своего владельца
(поля u_uid и u_ruid в u-area). Как мы видим, процесс имеет два параметра, обознача-
ющие владельца. Поле ruid называется "реальным идентификатором" пользователя, а uid -
"эффективным идентификатором". При вызове exec() заменяется программа, выполняемая
данным процессом:
____________________
[*] При открытии файла и вообще при любой операции с файлом, в таблицах ядра заво-
дится копия I-узла (для ускорения доступа, чтобы постоянно не обращаться к диску).
Если I-узел в памяти будет изменен, то при закрытии файла (а также периодически через
некоторые промежутки времени) эта копия будет записана обратно на диск. Структура
I-узла в памяти - struct inode - описана в файле , а на диске - struct
dinode - в файле .
А. Богатырев, 1992-95 - 237 - Си в UNIX
старая программа exec новая программа
ruid -->----------------->---> ruid
uid -->--------*-------->---> uid (new)
|
выполняемый файл
i_uid (st_uid)
Как видно из этой схемы, реальный идентификатор хозяина процесса наследуется. Эффек-
тивный идентификатор обычно также наследуется, за исключением одного случая: если в
кодах доступа файла (i_mode) выставлен бит S_ISUID (set-uid bit), то значение поля
u_uid в новом процессе станет равно значению i_uid файла с программой:
/* ... во время exec ... */
p_suid = u_uid; /* спасти */
if( i_mode & S_ISUID ) u_uid = i_uid;
if( i_mode & S_ISGID ) u_gid = i_gid;
т.е. эффективным владельцем процесса станет владелец файла. Здесь gid - это иденти-
фикаторы группы владельца (которые тоже есть и у файла и у процесса, причем у про-
цесса - реальный и эффективный).
Зачем все это надо? Во-первых затем, что ПРАВА процесса на доступ к какому-либо
файлу проверяются именно для эффективного владельца процесса. Т.е. например, если
файл имеет коды доступа
mode = i_mode & 0777;
/* rwx rwx rwx */
и владельца i_uid, то процесс, пытающийся открыть этот файл, будет "проэкзаменован" в
таком порядке:
if( u_uid == 0 ) /* super user */
то доступ разрешен;
else if( u_uid == i_uid )
проверить коды (mode & 0700);
else if( u_gid == i_gid )
проверить коды (mode & 0070);
else проверить коды (mode & 0007);
Процесс может узнать свои параметры:
unsigned short uid = geteuid(); /* u_uid */
unsigned short ruid = getuid(); /* u_ruid */
unsigned short gid = getegid(); /* u_gid */
unsigned short rgid = getuid(); /* u_rgid */
а также установить их:
setuid(newuid); setgid(newgid);
Рассмотрим вызов setuid. Он работает так (u_uid - относится к процессу, издавшему
этот вызов):
if( u_uid == 0 /* superuser */ )
u_uid = u_ruid = p_suid = newuid;
else if( u_ruid == newuid || p_suid == newuid )
u_uid = newuid;
else неудача;
Поле p_suid позволяет set-uid-ной программе восстановить эффективного владельца,
который был у нее до exec-а.
А. Богатырев, 1992-95 - 238 - Си в UNIX
Во-вторых, все это надо для следующего случая: пусть у меня есть некоторый файл
BASE с хранящимися в нем секретными сведениями. Я являюсь владельцем этого файла и
устанавливаю ему коды доступа 0600 (чтение и запись разрешены только мне). Тем не
менее, я хочу дать другим пользователям возможность работать с этим файлом, однако
контролируя их деятельность. Для этого я пишу программу, которая выполняет некоторые
действия с файлом BASE, при этом проверяя законность этих действий, т.е. позволяя
делать не все что попало, а лишь то, что я в ней предусмотрел, и под жестким контро-
лем. Владельцем файла PROG, в котором хранится эта программа, также являюсь я, и я
задаю этому файлу коды доступа 0711 (rwx--x--x) - всем можно выполнять эту программу.
Все ли я сделал, чтобы позволить другим пользоваться базой BASE через программу (и
только нее) PROG? Нет!
Если кто-то другой запустит программу PROG, то эффективный идентификатор про-
цесса будет равен идентификатору этого другого пользователя, и программа не сможет
открыть мой файл BASE. Чтобы все работало, процесс, выполняющий программу PROG, дол-
жен работать как бы от моего имени. Для этого я должен вызовом chmod либо командой
chmod u+s PROG
добавить к кодам доступа файла PROG бит S_ISUID.
После этого, при запуске программы PROG, она будет получать эффективный иденти-
фикатор, равный моему идентификатору, и таким образом сможет открыть и работать с
файлом BASE. Вызов getuid позволяет выяснить, кто вызвал мою программу (и занести
это в протокол, если надо).
Программы такого типа - не редкость в UNIX, если владельцем программы (файла ее
содержащего) является суперпользователь. В таком случае программа, имеющая бит дос-
тупа S_ISUID работает от имени суперпользователя и может выполнять некоторые дейст-
вия, запрещенные обычным пользователям. При этом программа внутри себя делает всячес-
кие проверки и периодически спрашивает пароли, то есть при работе защищает систему от
дураков и преднамеренных вредителей. Простейшим примером служит команда ps, которая
считывает таблицу процессов из памяти ядра и распечатывает ее. Доступ к физической
памяти машины производится через файл-псевдоустройство /dev/mem, а к памяти ядра -
/dev/kmem. Чтение и запись в них позволены только суперпользователю, поэтому прог-
раммы "общего пользования", обращающиеся к этим файлам, должны иметь бит set-uid.
Откуда же изначально берутся значения uid и ruid (а также gid и rgid) у про-
цесса? Они берутся из процесса регистрации пользователя в системе: /etc/getty. Этот
процесс запускается на каждом терминале как процесс, принадлежащий суперпользователю
(u_uid==0). Сначала он запрашивает имя и пароль пользователя:
#include /* cc -lc_s */
#include
#include
struct passwd *p;
char userName[80], *pass, *crpass;
extern char *getpass(), *crypt();
...
/* Не прерываться по сигналам с клавиатуры */
signal (SIGINT, SIG_IGN);
for(;;){
/* Запросить имя пользователя: */
printf("Login: "); gets(userName);
/* Запросить пароль (без эха): */
pass = getpass("Password: ");
/* Проверить имя: */
if(p = getpwnam(userName)){
/* есть такой пользователь */
crpass = (p->pw_passwd[0]) ? /* если есть пароль */
crypt(pass, p->pw_passwd) : pass;
if( !strcmp( crpass, p->pw_passwd))
break; /* верный пароль */
}
printf("Login incorrect.\a\n");
}
signal (SIGINT, SIG_DFL);
А. Богатырев, 1992-95 - 239 - Си в UNIX
Затем он выполняет:
// ... запись информации о входе пользователя в систему
// в файлы /etc/utmp (кто работает в системе сейчас)
// и /etc/wtmp (список всех входов в систему)
...
setuid( p->pw_uid ); setgid( p->pw_gid );
chdir ( p->pw_dir ); /* GO HOME! */
// эти параметры будут унаследованы
// интерпретатором команд.
...
// настройка некоторых переменных окружения envp:
// HOME = p->pw_dir
// SHELL = p->pw_shell
// PATH = нечто по умолчанию, вроде :/bin:/usr/bin
// LOGNAME (USER) = p->pw_name
// TERM = считывается из файла
// /etc/ttytype по имени устройства av[1]
// Делается это как-то подобно
// char *envp[MAXENV], buffer[512]; int envc = 0;
// ...
// sprintf(buffer, "HOME=%s", p->pw_dir);
// envp[envc++] = strdup(buffer);
// ...
// envp[envc] = NULL;
...
// настройка кодов доступа к терминалу. Имя устройства
// содержится в параметре av[1] функции main.
chown (av[1], p->pw_uid, p->pw_gid);
chmod (av[1], 0600 ); /* -rw------- */
// теперь доступ к данному терминалу имеют только
// вошедший в систему пользователь и суперпользователь.
// В случае смерти интерпретатора команд,
// которым заменится getty, процесс init сойдет
// с системного вызова ожидания wait() и выполнит
// chown ( этот_терминал, 2 /*bin*/, 15 /*terminal*/ );
// chmod ( этот_терминал, 0600 );
// и, если терминал числится в файле описания линий
// связи /etc/inittab как активный (метка respawn), то
// init перезапустит на этом_терминале новый
// процесс getty при помощи пары вызовов fork() и exec().
...
// запуск интерпретатора команд:
execle( *p->pw_shell ? p->pw_shell : "/bin/sh",
"-", NULL, envp );
В результате он становится процессом пользователя, вошедшего в систему. Таковым же
после exec-а, выполняемого getty, остается и интерпретатор команд p->pw_shell (обычно
/bin/sh или /bin/csh) и все его потомки.
На самом деле, в описании регистрации пользователя при входе в систему, созна-
тельно было допущено упрощение. Дело в том, что все то, что мы приписали процессу
getty, в действительности выполняется двумя программами: /etc/getty и /bin/login.
Сначала процесс getty занимается настройкой параметров линии связи (т.е. терми-
нала) в соответствии с ее описанием в файле /etc/gettydefs. Затем он запрашивает имя
пользователя и заменяет себя (при помощи сисвызова exec) процессом login, передавая
ему в качестве одного из аргументов полученное имя пользователя.
Затем login запрашивает пароль, настраивает окружение, и.т.п., то есть именно он
производит все операции, приведенные выше на схеме. В конце концов он заменяет себя
интерпретатором команд.
Такое разделение делается, в частности, для того, чтобы считанный пароль в слу-
чае опечатки не хранился бы в памяти процесса getty, а уничтожался бы при очистке
А. Богатырев, 1992-95 - 240 - Си в UNIX
памяти завершившегося процесса login. Таким образом пароль в истинном, незашифрован-
ном виде хранится в системе минимальное время, что затрудняет его подсматривание
средствами электронного или программного шпионажа. Кроме того, это позволяет изме-
нять систему проверки паролей не изменяя программу инициализации терминала getty.
Имя, под которым пользователь вошел в систему на данном терминале, можно узнать
вызовом стандартной функции
char *getlogin();
Эта функция не проверяет uid процесса, а просто извлекает запись про данный терминал
из файла /etc/utmp.
Наконец отметим, что владелец файла устанавливается при создании этого файла
(вызовами creat или mknod), и полагается равным эффективному идентификатору создаю-
щего процесса.
di_uid = u_uid; di_gid = u_gid;
6.8.4. Напишите программу, узнающую у системы и распечатывающую: номер процесса,
номер и имя своего владельца, номер группы, название и тип терминала на котором она
работает (из переменной окружения TERM).
6.9. Блокировка доступа к файлам.
В базах данных нередко встречается ситуация одновременного доступа к одним и тем
же данным. Допустим, что в некотором файле хранятся данные, которые могут читаться и
записываться произвольным числом процессов.
- Допустим, что процесс A изменяет некоторую область файла, в то время как процесс
B пытается прочесть ту же область. Итогом такого соревнования может быть то,
что процесс B прочтет неверные данные.
- Допустим, что процесс A изменяет некоторую область файла, в то время как процесс
C также изменяет ту же самую область. В итоге эта область может содержать
неверные данные (часть - от процесса A, часть - от C).
Ясно, что требуется механизм синхронизации процессов, позволяющий не пускать
другой процесс (процессы) читать и/или записывать данные в указанной области. Меха-
низмов синхронизации в UNIX существует множество: от семафоров до блокировок областей
файла. О последних мы и будем тут говорить.
Прежде всего отметим, что блокировки файла носят в UNIX необязательный характер.
То есть, программа не использующая вызовов синхронизации, будет иметь доступ к данным
без каких либо ограничений. Увы. Таким образом, программы, собирающиеся корректно
пользоваться общими данными, должны все использовать - и при том один и тот же -
механизм синхронизации: заключить между собой "джентльменское соглашение".
6.9.1. Блокировка устанавливается при помощи вызова
flock_t lock;
fcntl(fd, operation, &lock);
Здесь operation может быть одним из трех:
F_SETLK
Устанавливает или снимает замок, описываемый структурой lock. Структура flock_t
имеет такие поля:
short l_type;
short l_whence;
off_t l_start;
size_t l_len;
long l_sysid;
pid_t l_pid;
l_type
тип блокировки:
А. Богатырев, 1992-95 - 241 - Си в UNIX
F_RDLCK - на чтение;
F_WRLCK - на запись;
F_UNLCK - снять все замки.
l_whence, l_start, l_len
описывают сегмент файла, на который ставится замок: от точки
lseek(fd,l_start,l_whence); длиной l_len байт. Здесь l_whence может быть:
SEEK_SET, SEEK_CUR, SEEK_END. l_len равное нулю означает "до конца файла". Так
если все три параметра равны 0, то будет заблокирован весь файл.
F_SETLKW
Устанавливает или снимает замок, описываемый структурой lock. При этом, если
замок на область, пересекающуюся с указанной уже кем-то установлен, то сперва
дождаться снятия этого замка.
Пытаемся | Нет Уже есть уже есть
поставить | чужих замок замок
замок на | замков на READ на WRITE
-----------|---------------------------------------------------------------
READ | читать читать ждать;запереть;читать
WRITE | записать ждать;запереть;записать ждать;запереть;записать
UNLOCK | отпереть отпереть отпереть
- Если кто-то читает сегмент файла, то другие тоже могут его читать свободно, ибо
чтение не изменяет файла.
- Если же кто-то записывает файл - то все остальные должны дождаться окончания
записи и разблокировки.
- Если кто-то читает сегмент, а другой процесс собрался изменить (записать) этот
сегмент, то этот другой процесс обязан дождаться окончания чтения первым.
- В момент, обозначенный как отпереть - будятся процессы, ждущие разблокировки, и
ровно один из них получает доступ (может установить свою блокировку). Порядок -
кто из них будет первым - вообще говоря не определен.
F_GETLK
Запрашиваем возможность установить замок, описанный в lock.
- Если мы можем установить такой замок (не заперто никем), то в структуре lock
поле l_type становится равным F_UNLCK и поле l_whence равным SEEK_SET.
- Если замок уже кем-то установлен (и вызов F_SETLKW заблокировал бы наш процесс,
привел бы к ожиданию), мы получаем информацию о чужом замке в структуру lock.
При этом в поле l_pid заносится идентификатор процесса, создавшего этот замок, а
в поле l_sysid - идентификатор машины (поскольку блокировка файлов поддержива-
ется через сетевые файловые системы).
Замки автоматически снимаются при закрытии дескриптора файла. Замки не наследу-
ются порожденным процессом при вызове fork.
#include
#include
#include
#include
#include
#include
char DataFile [] = "data.xxx";
char info [] = "abcdefghijklmnopqrstuvwxyz";
#define OFFSET 5
#define SIZE 12
#define PAUSE 2
int trial = 1;
int fd, pid;
char buffer[120], myname[20];
void writeAccess(), readAccess();
А. Богатырев, 1992-95 - 242 - Си в UNIX
void fcleanup(int nsig){
unlink(DataFile);
printf("cleanup:%s\n", myname);
if(nsig) exit(0);
}
int main(){
int i;
fd = creat(DataFile, 0644);
write(fd, info, strlen(info));
close(fd);
signal(SIGINT, fcleanup);
sprintf(myname, fork() ? "B-%06d" : "A-%06d", pid = getpid());
srand(time(NULL)+pid);
printf("%s:started\n", myname);
fd = open(DataFile, O_RDWR|O_EXCL);
printf("%s:opened %s\n", myname, DataFile);
for(i=0; i < 30; i++){
if(rand()%2) readAccess();
else writeAccess();
}
close(fd);
printf("%s:finished\n", myname);
wait(NULL);
fcleanup(0);
return 0;
}
А. Богатырев, 1992-95 - 243 - Си в UNIX
void writeAccess(){
flock_t lock;
printf("Write:%s #%d\n", myname, trial);
lock.l_type = F_WRLCK;
lock.l_whence = SEEK_SET;
lock.l_start = (off_t) OFFSET;
lock.l_len = (size_t) SIZE;
if(fcntl(fd, F_SETLKW, &lock) <0)
perror("F_SETLKW");
printf("\twrite:%s locked\n", myname);
sprintf(buffer, "%s #%02d", myname, trial);
printf ("\twrite:%s \"%s\"\n", myname, buffer);
lseek (fd, (off_t) OFFSET, SEEK_SET);
write (fd, buffer, SIZE);
sleep (PAUSE);
lock.l_type = F_UNLCK;
if(fcntl(fd, F_SETLKW, &lock) <0)
perror("F_SETLKW");
printf("\twrite:%s unlocked\n", myname);
trial++;
}
void readAccess(){
flock_t lock;
printf("Read:%s #%d\n", myname, trial);
lock.l_type = F_RDLCK;
lock.l_whence = SEEK_SET;
lock.l_start = (off_t) OFFSET;
lock.l_len = (size_t) SIZE;
if(fcntl(fd, F_SETLKW, &lock) <0)
perror("F_SETLKW");
printf("\tread:%s locked\n", myname);
lseek(fd, (off_t) OFFSET, SEEK_SET);
read (fd, buffer, SIZE);
printf("\tcontents:%s \"%*.*s\"\n", myname, SIZE, SIZE, buffer);
sleep (PAUSE);
lock.l_type = F_UNLCK;
if(fcntl(fd, F_SETLKW, &lock) <0)
perror("F_SETLKW");
printf("\tread:%s unlocked\n", myname);
trial++;
}
А. Богатырев, 1992-95 - 244 - Си в UNIX
Исследуя выдачу этой программы, вы можете обнаружить, что READ-области могут перекры-
ваться; но что никогда не перекрываются области READ и WRITE ни в какой комбинации.
Если идет чтение процессом A - то запись процессом B дождется разблокировки A (чтение
- не будет дожидаться). Если идет запись процессом A - то и чтение процессом B и
запись процессом B дождутся разблокировки A.
6.9.2.
UNIX SVR4 имеет еще один интерфейс для блокировки файлов: функцию lockf.
#include
int lockf(int fd, int operation, size_t size);
Операция operation:
F_ULOCK
Разблокировать указанный сегмент файла (это может снимать один или несколько
замков).
F_LOCK
F_TLOCK
Установить замок. При этом, если уже имеется чужой замок на запрашиваемую
область, F_LOCK блокирует процесс, F_TLOCK - просто выдает ошибку (функция возв-
ращает -1, errno устанавливается в EAGAIN).
- Ожидание отпирания/запирания замка может быть прервано сигналом.
- Замок устанавливается следующим образом: от текущей позиции указателя чтения-
записи в файле fd (что не похоже на fcntl, где позиция задается явно как пара-
метр в структуре); длиной size. Отрицательное значение size означает отсчет от
текущей позиции к началу файла. Нулевое значение - означает "от текущей позиции
до конца файла". При этом "конец файла" понимается именно как конец, а не как
текущий размер файла. Если файл изменит размер, запертая область все равно
будет простираться до конца файла (уже нового).
- Замки, установленные процессом, автоматически отпираются при завершении про-
цесса.
F_TEST
Проверить наличие замка. Функция возвращает 0, если замка нет; -1 в противном
случае (заперто).
Если устанавливается замок, перекрывающийся с уже установленным, то замки объединя-
ются.
было: ___________#######____######__________
запрошено:______________##########______________
стало: ___________#################__________
Если снимается замок с области, покрывающей только часть заблокированной прежде,
остаток области остается как отдельный замок.
было: ___________#################__________
запрошено:______________XXXXXXXXXX______________
стало: ___________###__________####__________
6.10. Файлы устройств.
Пространство дисковой памяти может состоять из нескольких файловых систем (в
дальнейшем FS), т.е. логических и/или физических дисков. Каждая файловая система
имеет древовидную логическую структуру (каталоги, подкаталоги и файлы) и имеет свой
корневой каталог. Файлы в каждой FS имеют свои собственные I-узлы и собственную их
нумерацию с 1. В начале каждой FS зарезервированы:
А. Богатырев, 1992-95 - 245 - Си в UNIX
- блок для загрузчика - программы, вызываемой аппаратно при включении машины (заг-
рузчик записывает с диска в память машины программу /boot, которая в свою оче-
редь загружает в память ядро /unix);
- суперблок - блок заголовка файловой системы, хранящий размер файловой системы (в
блоках), размер блока (512, 1024, ...), количество I-узлов, начало списка сво-
бодных блоков, и другие сведения об FS;
- некоторая непрерывная область диска для хранения I-узлов - "I-файл".
Файловые системы объединяются в единую древовидную иерархию операцией монтирования -
подключения корня файловой системы к какому-то из каталогов-"листьев" дерева другой
FS.
Файлы в объединенной иерархии адресуются при помощи двух способов:
- имен, задающих путь в дереве каталогов:
/usr/abs/bin/hackIt
bin/hackIt
./../../bin/vi
(этот способ предназначен для программ, пользующихся файлами, а также пользова-
телей);
- внутренних адресов, используемых программами ядра и некоторыми системными прог-
раммами.
Поскольку в каждой FS имеется собственная нумерация I-узлов, то файл в объединенной
иерархии должен адресоваться ДВУМЯ параметрами:
- номером (кодом) устройства, содержащего файловую систему, в которой находится
искомый файл: dev_t i_dev;
- номером I-узла файла в этой файловой системе: ino_t i_number;
Преобразование имени файла в объединенной файловой иерархии в такую адресную пару
выполняет в ядре уже упоминавшаяся выше функция namei (при помощи просмотра катало-
гов):
struct inode *ip = namei(...);
Создаваемая ею копия I-узла в памяти ядра содержит поля i_dev и i_number (которые на
самом диске не хранятся!).
Рассмотрим некоторые алгоритмы работы ядра с файлами. Ниже они приведены чисто
схематично и в сильном упрощении. Форматы вызова (и оформление) функций не соот-
ветствуют форматам, используемым на самом деле в ядре; верны лишь названия функций.
Опущены проверки на корректность, подсчет ссылок на структуры file и inode, блоки-
ровка I-узлов и кэш-буферов от одновременного доступа, и многое другое.
Пусть мы хотим открыть файл для чтения и прочитать из него некоторую информацию.
Вызовы открытия и закрытия файла имеют схему (часть ее будет объяснена позже):
#include
#include
#include
int fd_read = open(имяФайла, O_RDONLY){
int fd; struct inode *ip; struct file *fp; dev_t dev;
u_error = 0; /* errno в программе */
// Найти файл по имени. Создается копия I-узла в памяти:
ip = namei(имяФайла, LOOKUP);
// namei может выдать ошибку, если нет такого файла
if(u_error) return(-1); // ошибка
// Выделяется структура "открытый файл":
fp = falloc(ip, FREAD);
// fp->f_flag = FREAD; открыт на чтение
А. Богатырев, 1992-95 - 246 - Си в UNIX
// fp->f_offset = 0; RWptr
// fp->f_inode = ip; ссылка на I-узел
// Выделить новый дескриптор
for(fd=0; fd < NOFILE; fd++)
if(u_ofile[fd] == NULL ) // свободен
goto done;
u_error = EMFILE; return (-1);
done:
u_ofile[fd] = fp;
// Если это устройство - инициализировать его.
// Это функция openi(ip, fp->f_flag);
dev = ip->i_rdev;
if((ip->i_mode & IFMT) == IFCHR)
(*cdevsw[major(dev)].d_open)(minor(dev),fp->f_flag);
else if((ip->i_mode & IFMT) == IFBLK)
(*bdevsw[major(dev)].d_open)(minor(dev),fp->f_flag);
return fd; // через u_rval1
}
close(fd){
struct file *fp = u_ofile[fd];
struct inode *ip = fp->f_inode;
dev_t dev = ip->i_rdev;
if((ip->i_mode & IFMT) == IFCHR)
(*cdevsw[major(dev)].d_close)(minor(dev),fp->f_flag);
else if((ip->i_mode & IFMT) == IFBLK)
(*bdevsw[major(dev)].d_close)(minor(dev),fp->f_flag);
u_ofile[fd] = NULL;
// и удалить ненужные структуры из ядра.
}
Теперь рассмотрим функцию преобразования логических блоков файла в номера физических
блоков в файловой системе. Для этого преобразования в I-узле файла содержится таблица
адресов блоков. Она устроена довольно сложно - ее начало находится в узле, а продол-
жение - в нескольких блоках в самой файловой системе (устройство это можно увидеть в
примере "Фрагментированность файловой системы" в приложении). Мы для простоты будем
предполагать, что это просто линейный массив i_addr[], в котором n-ому логическому
блоку файла отвечает bno-тый физический блок файловой системы:
bno = ip->i_addr[n];
Если файл является интерфейсом устройства, то этот файл не хранит информации в логи-
ческой файловой системе. Поэтому у устройств нет таблицы адресов блоков. Вместо
этого, поле i_addr[0] используется для хранения кода устройства, к которому приводит
этот специальный файл. Это поле носит название i_rdev, т.е. как бы сделано
#define i_rdev i_addr[0]
(на самом деле используется union). Устройства бывают байто-ориентированные, обмен с
которыми производится по одному байту (как с терминалом или с коммуникационным пор-
том); и блочно-ориентированные, обмен с которыми возможен только большими порциями -
блоками (пример - диск). То, что файл является устройством, помечено в поле тип
файла
ip->i_mode & IFMT
А. Богатырев, 1992-95 - 247 - Си в UNIX
одним из значений: IFCHR - байтовое; или IFBLK - блочное. Алгоритм вычисления номера
блока:
ushort u_pboff; // смещение от начала блока
ushort u_pbsize; // сколько байт надо использовать
// ushort - это unsigned short, смотри
// daddr_t - это long (disk address)
daddr_t bmap(struct inode *ip,
off_t offset, unsigned count){
int sz, rem;
// вычислить логический номер блока по позиции RWptr.
// BSIZE - это размер блока файловой системы,
// эта константа определена в
daddr_t bno = offset / BSIZE;
// если BSIZE == 1 Кб, то можно offset >> 10
u_pboff = offset % BSIZE;
// это можно записать как offset & 01777
sz = BSIZE - u_pboff;
// столько байт надо взять из этого блока,
// начиная с позиции u_pboff.
if(count < sz) sz = count;
u_pbsize = sz;
Если файл представляет собой устройство, то трансляция логических блоков в физические
не производится - устройство представляет собой "сырой" диск без файлов и каталогов,
т.е. обращение происходит сразу по физическому номеру блока:
if((ip->i_mode & IFMT) == IFBLK) // block device
return bno; // raw disk
// иначе провести пересчет:
rem = ip->i_size /*длина файла*/ - offset;
// это остаток файла.
if( rem < 0 ) rem = 0;
// файл короче, чем заказано нами:
if( rem < sz ) sz = rem;
if((u_pbsize = sz) == 0) return (-1); // EOF
// и, собственно, замена логич. номера на физич.
return ip->i_addr[bno];
}
Теперь рассмотрим алгоритм read. Параметры, начинающиеся с u_..., на самом деле пере-
даются как статические через вспомогательные переменные в u-area процесса.
read(int fd, char *u_base, unsigned u_count){
unsigned srccount = u_count;
struct file *fp = u_ofile[fd];
struct inode *ip = fp->f_inode;
struct buf *bp;
daddr_t bno; // очередной блок файла
// dev - устройство,
// интерфейсом которого является файл-устройство,
// или на котором расположен обычный файл.
dev_t dev = (ip->i_mode & (IFCHR|IFBLK)) ?
А. Богатырев, 1992-95 - 248 - Си в UNIX
ip->i_rdev : ip->i_dev;
switch( ip->i_mode & IFMT ){
case IFCHR: // байто-ориентированное устройство
(*cdevsw[major(dev)].d_read)(minor(dev));
// прочие параметры передаются через u-area
break;
case IFREG: // обычный файл
case IFDIR: // каталог
case IFBLK: // блочно-ориентированное устройство
do{
bno = bmap(ip, fp->f_offset /*RWptr*/, u_count);
if(u_pbsize==0 || (long)bno < 0) break; // EOF
bp = bread(dev, bno); // block read
iomove(bp->b_addr + u_pboff, u_pbsize, B_READ);
Функция iomove копирует данные
bp->b_addr[ u_pboff..u_pboff+u_pbsize-1 ]
из адресного пространства ядра (из буфера в ядре) в адресное пространство процесса по
адресам
u_base[ 0..u_pbsize-1 ]
то есть пересылает u_pbsize байт между ядром и процессом (u_base попадает в iomove
через статическую переменную). При записи вызовом write(), iomove с флагом B_WRITE
производит обратное копирование - из памяти процесса в память ядра. Продолжим:
// продвинуть счетчики и указатели:
u_count -= u_pbsize;
u_base += u_pbsize;
fp->f_offset += u_pbsize; // RWptr
} while( u_count != 0 );
break;
...
return( srccount - u_count );
} // end read
Теперь обсудим некоторые места этого алгоритма. Сначала посмотрим, как происходит
обращение к байтовому устройству. Вместо адресов блоков мы получаем код устройства
i_rdev. Коды устройств в UNIX (тип dev_t) представляют собой пару двух чисел, назы-
ваемых мажор и минор, хранимых в старшем и младшем байтах кода устройства:
#define major(dev) ((dev >> 8) & 0x7F)
#define minor(dev) ( dev & 0xFF)
Мажор обозначает тип устройства (диск, терминал, и.т.п.) и приводит к одному из драй-
веров (если у нас есть 8 терминалов, то их обслуживает один и тот же драйвер); а
минор обозначает номер устройства данного типа (... каждый из терминалов имеет миноры
0..7). Миноры обычно служат индексами в некоторой таблице структур внутри выбранного
драйвера. Мажор же служит индексом в переключательной таблице устройств. При этом
блочно-ориентированные устройства выбираются в одной таблице - bdevsw[], а байто-
ориентированные - в другой - cdevsw[] (см. ; имена таблиц означают
block/character device switch). Каждая строка таблицы содержит адреса функций,
выполняющих некоторые предопределенные операции способом, зависимым от устройства.
Сами эти функции реализованы в драйверах устройств. Аргументом для этих функций
обычно служит минор устройства, к которому производится обращение. Функция в
А. Богатырев, 1992-95 - 249 - Си в UNIX
драйвере использует этот минор как индекс для выбора конкретного экземпляра уст-
ройства данного типа; как индекс в массиве управляющих структур (содержащих текущее
состояние, режимы работы, адреса функций прерываний, адреса очередей данных и.т.п.
каждого конкретного устройства) для данного типа устройств. Эти управляющие структуры
различны для разных типов устройств (и их драйверов).
Каждая строка переключательной таблицы содержит адреса функций, выполняющих опе-
рации open, close, read, write, ioctl, select. open служит для инициализации уст-
ройства при первом его открытии (++ip->i_count==1) - например, для включения мотора;
close - для выключения при последнем закрытии (--ip->i_count==0). У блочных уст-
ройств поля для read и write объединены в функцию strategy, вызываемую с параметром
B_READ или B_WRITE. Вызов ioctl предназначен для управления параметрами работы уст-
ройства. Операция select - для опроса: есть ли поступившие в устройство данные (нап-
ример, есть ли в clist-е ввода с клавиатуры байты? см. главу "Экранные библиотеки").
Вызов select применим только к некоторым байтоориентированным устройствам и сетевым
портам (socket-ам). Если данное устройство не умеет выполнять такую операцию, то
есть запрос к этой операции должен вернуть в программу ошибку (например, операция
read неприменима к принтеру), то в переключательной таблице содержится специальное
имя функции nodev; если же операция допустима, но является фиктивной (как write для
/dev/null) - имя nulldev. Обе эти функции-заглушки представляют собой "пустышки":
{}.
Теперь обратимся к блочно-ориентированным устройствам. UNIX использует внутри
ядра дополнительную буферизацию при обменах с такими устройствами[*]. Использованная
нами выше функция bp=bread(dev,bno); производит чтение физического блока номер bno с
устройства dev. Эта операция обращается к драйверу конкретного устройства и вызывает
чтение блока в некоторую область памяти в ядре ОС: в один из кэш-буферов (cache,
"запасать"). Заголовки кэш-буферов (struct buf) организованы в список и имеют поля
(см. файл ):
b_dev
код устройства, с которого прочитан блок;
b_blkno
номер физического блока, хранящегося в буфере в данный момент;
b_flags
флаги блока (см. ниже);
b_addr
адрес участка памяти (как правило в самом ядре), в котором собственно и хранится
содержимое блока.
Буферизация блоков позволяет системе экономить число обращений к диску. При обраще-
нии к bread() сначала происходит поиск блока (dev,bno) в таблице кэш-буферов. Если
блок уже был ранее прочитан в кэш, то обращения к диску не происходит, поскольку
копия содержимого дискового блока уже есть в памяти ядра. Если же блока еще нет в
кэш-буферах, то в ядре выделяется чистый буфер, в заголовке ему прописываются нужные
значения полей b_dev и b_blkno, и блок считывается в буфер с диска вызовом функции
bp->b_flags |= B_READ; // род работы: прочитать
(*bdevsw[major(dev)].d_startegy)(bp);
// bno и минор - берутся из полей *bp
из драйвера конкретного устройства.
Когда мы что-то изменяем в файле вызовом write(), то изменения на самом деле
происходят в кэш-буферах в памяти ядра, а не сразу на диске. При записи в блок буфер
помечается как измененный:
b_flags |= B_DELWRI; // отложенная запись
____________________
[*] Следует отличать эту системную буферизацию от буферизации при помощи библиотеки
stdio. Библиотека создает буфер в самом процессе, тогда как системные вызовы имеют
буфера внутри ядра.
А. Богатырев, 1992-95 - 250 - Си в UNIX
и на диск немедленно не записывается. Измененные буфера физически записываются на
диск в таких случаях:
- Был сделан системный вызов sync();
- Ядру не хватает кэш-буферов (их число ограничено). Тогда самый старый буфер (к
которому дольше всего не было обращений) записывается на диск и после этого
используется для другого блока.
- Файловая система была отмонтирована вызовом umount;
Понятно, что не измененные блоки обратно на диск из буферов не записываются (т.к. на
диске и так содержатся те же самые данные). Даже если файл уже закрыт close, его
блоки могут быть еще не записаны на диск - запись произойдет лишь при вызове sync.
Это означает, что измененные блоки записываются на диск "массированно" - по многу
блоков, но не очень часто, что позволяет оптимизировать и саму запись на диск: сорти-
ровкой блоков можно достичь минимизации перемещения магнитных головок над диском.
Отслеживание самых "старых" буферов происходит за счет реорганизации списка
заголовков кэш-буферов. В большом упрощении это можно представить так: как только к
блоку происходит обращение, соответствующий заголовок переставляется в начало списка.
В итоге самый "пассивный" блок оказывается в хвосте - он то и переиспользуется при
нужде.
"Подвисание" файлов в памяти ядра значительно ускоряет работу программ, т.к.
работа с памятью гораздо быстрее, чем с диском. Если блок надо считать/записать, а он
уже есть в кэше, то реального обращения к диску не происходит. Зато, если случится
сбой питания (или кто-то неаккуратно выключит машину), а некоторые буфера еще не были
сброшены на диск - то часть изменений в файлах будет потеряна. Для принудительной
записи всех измененных кэш-буферов на диск существует сисвызов "синхронизации" содер-
жимого дисков и памяти
sync(); // synchronize
Вызов sync делается раз в 30 секунд специальным служебным процессом /etc/update,
запускаемым при загрузке системы. Для работы с файлами, которые должны гарантиро-
ванно быть корректными на диске, используется открытие файла
fd = open( имя, O_RDWR | O_SYNC);
которое означает, что при каждом write блок из кэш-буфера немедленно записывается на
диск. Это делает работу надежнее, но существенно медленнее.
Специальные файлы устройств не могут быть созданы вызовом creat, создающим
только обычные файлы. Файлы устройств создаются вызовом mknod:
#include
dev_t dev = makedev(major, minor);
/* (major << 8) | minor */
mknod( имяФайла, кодыДоступа|тип, dev);
где dev - пара (мажор,минор) создаваемого устройства; кодыДоступа - коды доступа к
файлу (0777)[**]; тип - это одна из констант S_IFIFO, S_IFCHR, S_IFBLK из include-файла
.
mknod доступен для выполнения только суперпользователю (за исключением случая
S_IFIFO). Если бы это было не так, то можно было бы создать файл устройства, связан-
ный с существующим диском, и читать информацию с него напрямую, в обход механизмов
логической файловой системы и защиты файлов кодами доступа.
Можно создать файл устройства с мажором и/или минором, не отвечающим никакому
реальному устройству (нет такого драйвера или минор слишком велик). Открытие таких
____________________
[**] Обычно к блочным устройствам (дискам) доступ разрешается только суперпользова-
телю, в противном случае можно прочитать с "сырого" диска (в обход механизмов файло-
вой системы) физические блоки любого файла и весь механизм защиты окажется неработаю-
щим.
А. Богатырев, 1992-95 - 251 - Си в UNIX
устройств выдает код ошибки ENODEV.
Из нашей программы мы можем вызовом stat() узнать код устройства, на котором
расположен файл. Он будет содержаться в поле dev_t st_dev; а если файл является спе-
циальным файлом (интерфейсом драйвера устройства), то код самого этого устройства
можно узнать из поля dev_t st_rdev; Рассмотрим пример, который выясняет, относятся ли
два имени к одному и тому же файлу:
#include
#include
void main(ac, av) char *av[]; {
struct stat st1, st2; int eq;
if(ac != 3) exit(13);
stat(av[1], &st1); stat(av[2], &st2);
if(eq =
(st1.st_ino == st2.st_ino && /* номера I-узлов */
st1.st_dev == st2.st_dev)) /* коды устройств */
printf("%s и %s - два имени одного файла\n",av[1],av[2]);
exit( !eq );
}
Наконец, вернемся к склейке нескольких файловых систем в одну объединенную иерархию:
ino=2
*------ корневая файловая система
/ \ /\ на диске /dev/hd0
/ /\ /\
\
*-/mnt/hd1
:
* ino=2 FS на диске /dev/hd1
/ \ (removable FS)
/\ \
Для того, чтобы поместить корневой каталог файловой системы, находящейся на диске
/dev/hd1, вместо каталога /mnt/hd1 уже "собранной" файловой системы, мы должны издать
сисвызов
mount("/dev/hd1", "/mnt/hd1", 0);
Для отключения смонтированной файловой системы мы должны вызвать
umount("/dev/hd1");
(каталог, к которому она смонтирована, уже числится в таблице ядра, поэтому его зада-
вать не надо). При монтировании все содержимое каталога /mnt/hd1 станет недоступным,
зато при обращении к имени /mnt/hd1 мы на самом деле доберемся до (безымянного) кор-
невого каталога на диске /dev/hd1. Такой каталог носит название mount point и может
быть выявлен по тому признаку, что "." и ".." в нем лежат на разных устройствах:
struct stat st1, st2;
stat("/mnt/hd1/.", &st1); stat("/mnt/hd1/..", &st2);
if( st1.st_dev != st2.st_dev) ... ; /*mount point*/
Для st1 поле st_dev означает код устройства /dev/hd1, а для st2 - устройства, содер-
жащего корневую файловую систему. Операции монтирования и отмонтирования файловых
систем доступны только суперпользователю.
И напоследок - сравнение структур I-узла.
на диске в памяти в вызове stat
А. Богатырев, 1992-95 - 252 - Си в UNIX
struct dinode struct inode struct stat
// коды доступа и тип файла
ushort di_mode i_mode st_mode
// число имен файла
short di_nlink i_nlink st_nlink
// номер I-узла
ushort --- i_number st_ino
// идентификатор владельца
ushort di_uid i_uid st_uid
// идентификатор группы владельца
ushort di_gid i_gid st_gid
// размер файла в байтах
off_t di_size i_size st_size
// время создания
time_t di_ctime i_ctime st_ctime
// время последнего изменения (write)
time_t di_mtime i_mtime st_mtime
// время последнего доступа (read/write)
time_t di_atime i_atime st_atime
// устройство, на котором расположен файл
dev_t --- i_dev st_dev
// устройство, к которому приводит спец.файл
dev_t --- i_rdev st_rdev
// адреса блоков
char di_addr[39] i_addr[]
// счетчик ссылок на структуру в ядре
cnt_t i_count
// и кое-что еще
Минусы означают, что данное поле не хранится на диске, а вычисляется ядром. В совре-
менных версиях UNIX могут быть легкие отличия от вышенаписанной таблицы.
6.10.1. Напишите программу pwd, определяющую полное имя текущего рабочего каталога.
#define U42 определяет файловую систему с длинными именами, отсутствие этого флага -
с короткими (14 символов).
А. Богатырев, 1992-95 - 253 - Си в UNIX
/* Команда pwd.
* Текст getwd() взят из исходных текстов библиотеки языка Си.
*/
#include
#include
#include
#include
#include
#define ediag(e,r) (e)
/*
* getwd() возвращает полное имя текущего рабочего каталога.
* При ошибке возвращается NULL, а в pathname копируется сообщение
* об ошибке.
*/
#ifndef MAXPATHLEN
#define MAXPATHLEN 128
#endif
#define CURDIR "." /* имя текущего каталога */
#define PARENTDIR ".." /* имя родительского каталога */
#define PATHSEP "/" /* разделитель компонент пути */
#define ROOTDIR "/" /* корневой каталог */
#define GETWDERR(s) strcpy(pathname, (s));
#define CP(to,from) strncpy(to,from.d_name,DIRSIZ),to[DIRSIZ]='\0'
char *strcpy(char *, char *); char *strncpy(char *, char *, int);
char *getwd(char *pathname);
static char *prepend(char *dirname, char *pathname);
static int pathsize; /* длина имени */
#ifndef U42
char *getwd(char *pathname)
{
char pathbuf[MAXPATHLEN]; /* temporary pathname buffer */
char *pnptr = &pathbuf[(sizeof pathbuf)-1]; /* pathname pointer */
dev_t rdev; /* root device number */
int fil = (-1); /* directory file descriptor */
ino_t rino; /* root inode number */
struct direct dir; /* directory entry struct */
struct stat d ,dd; /* file status struct */
/* d - "." dd - ".." | dname */
char dname[DIRSIZ+1]; /* an directory entry */
pathsize = 0;
*pnptr = '\0';
if (stat(ROOTDIR, &d) < 0) {
GETWDERR(ediag("getwd: can't stat /",
"getwd: нельзя выполнить stat /"));
return (NULL);
}
rdev = d.st_dev; /* код устройства, на котором размещен корень */
rino = d.st_ino; /* номер I-узла, представляющего корневой каталог */
А. Богатырев, 1992-95 - 254 - Си в UNIX
for (;;) {
if (stat(CURDIR, &d) < 0) {
CantStat:
GETWDERR(ediag("getwd: can't stat .",
"getwd: нельзя выполнить stat ."));
goto fail;
}
if (d.st_ino == rino && d.st_dev == rdev)
break; /* достигли корневого каталога */
if ((fil = open(PARENTDIR, O_RDONLY)) < 0) {
GETWDERR(ediag("getwd: can't open ..",
"getwd: нельзя открыть .."));
goto fail;
}
if (chdir(PARENTDIR) < 0) {
GETWDERR(ediag("getwd: can't chdir to ..",
"getwd: нельзя перейти в .."));
goto fail;
}
if (fstat(fil, &dd) < 0)
goto CantStat;
if (d.st_dev == dd.st_dev) { /* то же устройство */
if (d.st_ino == dd.st_ino) {
/* достигли корня ".." == "." */
close(fil); break;
}
do {
if (read(fil, (char *) &dir,
sizeof(dir)) < sizeof(dir)
){
ReadErr:
close(fil);
GETWDERR(ediag("getwd: read error in ..",
"getwd: ошибка чтения .."));
goto fail;
}
} while (dir.d_ino != d.st_ino);
CP(dname,dir);
} else /* ".." находится на другом диске: mount point */
do {
if (read(fil, (char *) &dir,
sizeof(dir)) < sizeof(dir))
goto ReadErr;
if( dir.d_ino == 0 ) /* файл стерт */
continue;
CP(dname,dir);
if (stat(dname, &dd) < 0) {
sprintf (pathname, "getwd: %s %s",
ediag ("can't stat",
"нельзя выполнить stat"), dname);
goto fail;
}
} while(dd.st_ino != d.st_ino ||
dd.st_dev != d.st_dev);
close(fil);
pnptr = prepend(PATHSEP, prepend(dname, pnptr));
}
А. Богатырев, 1992-95 - 255 - Си в UNIX
if (*pnptr == '\0') /* текущий каталог == корневому */
strcpy(pathname, ROOTDIR);
else {
strcpy(pathname, pnptr);
if (chdir(pnptr) < 0) {
GETWDERR(ediag("getwd: can't change back to .",
"getwd: нельзя вернуться в ."));
return (NULL);
}
}
return (pathname);
fail:
close(fil);
chdir(prepend(CURDIR, pnptr));
return (NULL);
}
#else /* U42 */
extern char *strcpy ();
extern DIR *opendir();
char *getwd (char *pathname)
{
char pathbuf[MAXPATHLEN];/* temporary pathname buffer */
char *pnptr = &pathbuf[(sizeof pathbuf) - 1];/* pathname pointer */
char *prepend (); /* prepend dirname to pathname */
dev_t rdev; /* root device number */
DIR * dirp; /* directory stream */
ino_t rino; /* root inode number */
struct dirent *dir; /* directory entry struct */
struct stat d,
dd; /* file status struct */
pathsize = 0;
*pnptr = '\0';
stat (ROOTDIR, &d);
rdev = d.st_dev;
rino = d.st_ino;
for (;;) {
stat (CURDIR, &d);
if (d.st_ino == rino && d.st_dev == rdev)
break; /* reached root directory */
if ((dirp = opendir (PARENTDIR)) == NULL) {
GETWDERR ("getwd: can't open ..");
goto fail;
}
if (chdir (PARENTDIR) < 0) {
closedir (dirp);
GETWDERR ("getwd: can't chdir to ..");
goto fail;
}
А. Богатырев, 1992-95 - 256 - Си в UNIX
fstat (dirp -> dd_fd, &dd);
if (d.st_dev == dd.st_dev) {
if (d.st_ino == dd.st_ino) {
/* reached root directory */
closedir (dirp);
break;
}
do {
if ((dir = readdir (dirp)) == NULL) {
closedir (dirp);
GETWDERR ("getwd: read error in ..");
goto fail;
}
} while (dir -> d_ino != d.st_ino);
}
else
do {
if ((dir = readdir (dirp)) == NULL) {
closedir (dirp);
GETWDERR ("getwd: read error in ..");
goto fail;
}
stat (dir -> d_name, &dd);
} while (dd.st_ino != d.st_ino || dd.st_dev != d.st_dev);
closedir (dirp);
pnptr = prepend (PATHSEP, prepend (dir -> d_name, pnptr));
}
if (*pnptr == '\0') /* current dir == root dir */
strcpy (pathname, ROOTDIR);
else {
strcpy (pathname, pnptr);
if (chdir (pnptr) < 0) {
GETWDERR ("getwd: can't change back to .");
return (NULL);
}
}
return (pathname);
fail:
chdir (prepend (CURDIR, pnptr));
return (NULL);
}
#endif
А. Богатырев, 1992-95 - 257 - Си в UNIX
/*
* prepend() tacks a directory name onto the front of a pathname.
*/
static char *prepend (
register char *dirname, /* что добавлять */
register char *pathname /* к чему добавлять */
) {
register int i; /* длина имени каталога */
for (i = 0; *dirname != '\0'; i++, dirname++)
continue;
if ((pathsize += i) < MAXPATHLEN)
while (i-- > 0)
*--pathname = *--dirname;
return (pathname);
}
#ifndef CWDONLY
void main(){
char buffer[MAXPATHLEN+1];
char *cwd = getwd(buffer);
printf( "%s%s\n", cwd ? "": "ERROR:", buffer);
}
#endif
6.10.2. Напишите функцию canon(), канонизирующую имя файла, т.е. превращающую его в
полное имя (от корневого каталога), не содержащее компонент "." и "..", а также лиш-
них символов слэш '/'. Пусть, к примеру, текущий рабочий каталог есть /usr/abs/C-
book. Тогда функция преобразует
. -> /usr/abs/C-book
.. -> /usr/abs
../.. -> /usr
////.. -> /
/aa -> /aa
/aa/../bb -> /bb
cc//dd/../ee -> /usr/abs/C-book/cc/ee
../a/b/./d -> /usr/abs/a/b/d
Ответ:
#include
/* слэш, разделитель компонент пути */
#define SLASH '/'
extern char *strchr (char *, char),
*strrchr(char *, char);
struct savech{ char *s, c; };
#define SAVE(sv, str) (sv).s = (str); (sv).c = *(str)
#define RESTORE(sv) if((sv).s) *(sv).s = (sv).c
/* Это структура для использования в таком контексте:
void main(){
char *d = "hello"; struct savech ss;
SAVE(ss, d+3); *(d+3) = '\0'; printf("%s\n", d);
RESTORE(ss); printf("%s\n", d);
}
*/
/* ОТСЕЧЬ ПОСЛЕДНЮЮ КОМПОНЕНТУ ПУТИ */
struct savech parentdir(char *path){
char *last = strrchr( path, SLASH );
А. Богатырев, 1992-95 - 258 - Си в UNIX
char *first = strchr ( path, SLASH );
struct savech sp; sp.s = NULL; sp.c = '\0';
if( last == NULL ) return sp; /* не полное имя */
if( last[1] == '\0' ) return sp; /* корневой каталог */
if( last == first ) /* единственный слэш: /DIR */
last++;
sp.s = last; sp.c = *last; *last = '\0';
return sp;
}
#define isfullpath(s) (*s == SLASH)
/* КАНОНИЗИРОВАТЬ ИМЯ ФАЙЛА */
void canon(
char *where, /* куда поместить ответ */
char *cwd, /* полное имя текущего каталога */
char *path /* исходное имя для канонизации */
){ char *s, *slash;
/* Сформировать имя каталога - точки отсчета */
if( isfullpath(path)){
s = strchr(path, SLASH); /* @ */
strncpy(where, path, s - path + 1);
where[s - path + 1] = '\0';
/* или даже просто strcpy(where, "/"); */
path = s+1; /* остаток пути без '/' в начале */
} else strcpy(where, cwd);
/* Покомпонентный просмотр пути */
do{ if(slash = strchr(path, SLASH)) *slash = '\0';
/* теперь path содержит очередную компоненту пути */
if(*path == '\0' || !strcmp(path, ".")) ;
/* то просто проигнорировать "." и лишние "///" */
else if( !strcmp(path, ".."))
(void) parentdir(where);
else{ int len = strlen(where);
/* добавить в конец разделяющий слэш */
if( where[len-1] != SLASH ){
where[len] = SLASH;
where[len+1] = '\0';
}
strcat( where+len, path );
/* +len чисто для ускорения поиска
* конца строки внутри strcat(); */
}
if(slash){ *slash = SLASH; /* восстановить */
path = slash + 1;
}
} while (slash != NULL);
}
char cwd[256], input[256], output[256];
void main(){
/* Узнать полное имя текущего каталога.
* getcwd() - стандартная функция, вызывающая
* через popen() команду pwd (и потому медленная).
*/
getcwd(cwd, sizeof cwd);
while( gets(input)){
canon(output, cwd, input);
printf("%-20s -> %s\n", input, output);
}
}
А. Богатырев, 1992-95 - 259 - Си в UNIX
В этом примере (изначально писавшемся для MS DOS) есть "странное" место, помеченное
/*@*/. Дело в том, что в DOS функция isfullpath была способна распознавать имена фай-
лов вроде C:\aaa\bbb, которые не обязательно начинаются со слэша.
6.11. Мультиплексирование ввода-вывода.
Данная глава посвящена системному вызову select, который, однако, мы предостав-
ляем вам исследовать самостоятельно. Его роль такова: он позволяет опрашивать нес-
колько дескрипторов открытых файлов (или устройств) и как только в файле появляется
новая информация - сообщать об этом нашей программе. Обычно это бывает связано с
дескрипторами, ведущими к сетевым устройствам.
6.11.1.
/* Пример использования вызова select() для мультиплексирования
* нескольких каналов ввода. Этот вызов можно также использовать
* для получения таймаута.
* Вызов: войти на терминалах tty01 tty02 и набрать на каждом
* sleep 30000
* затем на tty00 сказать select /dev/tty01 /dev/tty02
* и вводить что-либо на терминалах tty01 и tty02
* Сборка: cc select.c -o select -lsocket
*/
#include
#include
#include /* fd_set, FD_SET, e.t.c. */
#include /* NOFILE */
#include
#include
#include /* для FIONREAD */
#define max(a,b) ((a) > (b) ? (a) : (b))
char buf[512]; /* буфер чтения */
int fdin, fdout; /* дескрипторы каналов stdin, stdout */
int nready; /* число готовых каналов */
int nopen; /* число открытых каналов */
int maxfd = 0; /* максимальный дескриптор */
int nfds; /* сколько первых дескрипторов проверять */
int f; /* текущий дескриптор */
fd_set set, rset; /* маски */
/* таблица открытых нами файлов */
struct _fds {
int fd; /* дескриптор */
char name[30]; /* имя файла */
} fds[ NOFILE ] = { /* NOFILE - макс. число открытых файлов на процесс */
{ 0, "stdin" }, { 1, "stdout" }, { 2, "stderr" }
/* все остальное - нули */
};
struct timeval timeout, rtimeout;
/* выдать имя файла по дескриптору */
char *N( int fd ){
register i;
for(i=0; i < NOFILE; i++)
if(fds[i].fd == fd ) return fds[i].name;
return "???";
}
А. Богатырев, 1992-95 - 260 - Си в UNIX
void main( int ac, char **av ){
nopen = 3; /* stdin, stdout, stderr */
for( f = 3; f < NOFILE; f++ ) fds[f].fd = (-1);
fdin = fileno(stdin); fdout = fileno(stdout);
setbuf(stdout, NULL); /* отмена буферизации */
FD_ZERO(&set); /* очистка маски */
for(f=1; f < ac; f++ )
if((fds[nopen].fd = open(av[f], O_RDONLY)) < 0 ){
fprintf(stderr, "Can't read %s\n", av[f] );
continue;
} else {
FD_SET(fds[nopen].fd, &set ); /* учесть в маске */
maxfd = max(maxfd, fds[nopen].fd );
strncpy(fds[nopen].name, av[f], sizeof(fds[0].name) - 1);
nopen++;
}
if( nopen == 3 ){
fprintf(stderr, "Nothing is opened\n");
exit(1);
}
FD_SET(fdin, &set); /* учесть stdin */
maxfd = max(maxfd, fdin );
nopen -= 2; /* stdout и stderr не участвуют в select */
timeout.tv_sec = 10; /* секунд */
timeout.tv_usec = 0; /* миллисекунд */
/* nfds - это КОЛИЧЕСТВО первых дескрипторов, которые надо
* просматривать. Здесь можно использовать
* nfds = NOFILE; (кол-во ВСЕХ дескрипторов )
* или nfds = maxfd+1; (кол-во = номер последнего+1)
* ( +1 т.к. нумерация fd идет с номера 0, а количество - с 1).
*/
nfds = maxfd + 1;
while( nopen ){
rset = set; rtimeout = timeout; /* копируем, т.к. изменятся */
/* опрашивать можно FIFO-файлы, терминалы, pty, socket-ы, stream-ы */
nready = select( nfds, &rset, NULL, NULL, &rtimeout );
/* Если вместо &rtimeout написать NULL, то ожидание будет
* бесконечным (пока не собьют сигналом)
*/
if( nready <= 0 ){ /* ничего не поступило */
fprintf(stderr, "Timed out, nopen=%d\n", nopen);
continue;
}
А. Богатырев, 1992-95 - 261 - Си в UNIX
/* опрос готовых дескрипторов */
for(f=0; f < nfds; f++ )
if( FD_ISSET(f, &rset)){ /* дескриптор f готов */
int n;
/* Вызов FIONREAD позволяет запросить
* число байт готовых к передаче
* через дескриптор.
*/
if(ioctl(f, FIONREAD, &n) < 0)
perror("FIONREAD");
else printf("%s have %d bytes.\n", N(f), n);
if((n = read(f, buf, sizeof buf)) <= 0 ){
eof:
FD_CLR(f, &set); /* исключить */
close(f); nopen--;
fprintf(stderr, "EOF in %s\n", N(f));
} else {
fprintf(stderr, "\n%d bytes from %s:\n", n, N(f));
write(fdout, buf, n);
if( n == 4 && !strncmp(buf, "end\n", 4))
/* ncmp, т.к. buf может не оканчиваться \0 */
goto eof;
}
}
}
exit(0);
}
6.11.2. В качестве самостоятельной работы предлагаем вам пример программы, ведущей
протокол сеанса работы. Информацию о псевдотерминалах изучите самостоятельно.
А. Богатырев, 1992-95 - 262 - Си в UNIX
/*
* script.c
* Программа получения трассировки работы других программ.
* Используется системный вызов опроса готовности каналов
* ввода/вывода select() и псевдотерминал (пара ttyp+ptyp).
*/
#include
