UNIX — универсальная среда программирования - Брайан Керниган

Идеей использования команд put и get мы обязаны системе управления исходными текстами (Source Code Control System — SCCS), созданной M. Рочкиндом (The Source Code Control System. — IEEE Trans, on Software Engineering, 1975). Эта система более мощная и гибкая, чем наши простые программы; она предназначена для поддержания процесса создания больших программ. Однако основу SCCS составляет все та же программа diff.

Глава 6

Программирование с помощью стандартных функций ввода-вывода

До сих пор мы использовали существующие инструменты, чтобы разрабатывать новые, но сейчас уже достигнут разумный предел в создании новых средств с помощью shell, sed и awk. В этой главе нам предстоит написать простые программы на языке программирования Си. Основополагающая философия конструирования объектов, функционирующих совместно, будет по-прежнему оказывать влияние на построение программ, так как наша цель — подготовить инструменты, с которыми можно работать и на которые можно положиться. В каждом случае мы также попытаемся показать вам приемлемую стратегию реализации таких инструментов: начинать с минимума, обеспечивающего некоторые полезные свойства, а затем добавлять новые средства, если в них возникает необходимость.

Существуют веские причины для того, чтобы писать новые программы "с нуля". Так, может оказаться, что проблема, с которой мы столкнулись, просто не может быть решена с помощью имеющихся программ. Часто приходится иметь дело с нетекстовыми файлами. Например, большинство программ, которые демонстрировались ранее, действительно хорошо работали лишь с текстовой информацией либо слишком трудно достигалась должная ясность или эффективность, если применялись только shell и другие средства общего назначения. В подобных случаях реализация с использованием shell может быть полезна для апробирования программы и ее интерфейса с пользователем. (Если же программа работает достаточно хорошо, нет причины для ее переделки.) Уже знакомая вам программа zap является в этом смысле неплохим примером: требуется всего несколько минут, чтобы написать первую версию на shell, которая имеет адекватный пользовательский интерфейс, но слишком медленна.

Мы будем писать программы на языке Си — стандартном языке системы UNIX (ядро и все пользовательские программы написаны на Си), поскольку нет иного языка, хотя бы отчасти также хорошо поддерживаемого. Вы должны знать этот язык, по крайней мере в такой степени, чтобы свободно разбираться в предлагаемом здесь материале. Если это не так, прочтите книгу "Язык программирования Си" Б. Кернигана и Д. Ритчи (М.: Финансы и статистика, 1985)[13]. Мы также воспользуемся "стандартной библиотекой ввода-вывода" — набором функций, обеспечивающих программы на Си эффективными и переносимыми средствами ввода-вывода и системными услугами. Стандартные библиотеки ввода-вывода есть во многих, отличных от UNIX, системах, поддерживающих Си, поэтому программы, взаимодействия с системой которых ограничены возможностями таких библиотек, могут быть легко перенесены.

Примеры, подобранные в настоящей главе, имеют общее свойство: они представляют собой небольшие "инструменты", которые используются регулярно, но не являются частью седьмой версии системы. Если ваша система обладает подобными программами, вам будет легче сравнивать системы. Если же вы с ними еще не знакомы, то они могут оказаться вам чрезвычайно полезными. Эти программы помогут вам понять, что совершенной системы не существует, и для того чтобы добиться улучшения и устранить те или иные дефекты, достаточно приложить лишь небольшие усилия

6.1 Стандартные входной и выходной потоки: программа vis

Многие программы читают только из одного входного потока и пишут в один выходной поток: для таких программ полностью подходят функции ввода-вывода, использующие лишь стандартные входной и выходной потоки, и для того чтобы начать работу, этого почти всегда достаточно.

Проиллюстрируем изложенное с помощью программы vis, которая копирует свой стандартный входной поток в стандартный выходной, изображая при этом все непечатаемые символы в виде nnn, где nnn — восьмеричное значение символа. Vis полезна для обнаружения "посторонних" или нежелательных символов, которые могут попасть в файлы. Например, vis будет печатать каждый символ "шаг назад" как 10, что является его восьмеричным значением:

$ cat x abc

$ vis < x

abc101010 ___

$

Чтобы просмотреть несколько файлов с помощью этой элементарной версии vis, вы можете использовать cat для сбора файлов

$ cat файл1 файл2 ... | vis

...

$ cat файл1 файл2 ... | vis | grep '\'

...

и избежать тем самым выяснения способа доступа к файлам из программы.

Между прочим, может показаться, что подобную работу следует выполнить с привлечением sed, поскольку команда '1' выдает на экран непечатаемые символы в наглядном виде:

$ sed -n 1 x

abc←←←___

$

Результат выполнения программы sed, вероятно, вам покажется яснее, чем результат выполнения vis. Но применение sed к нетекстовым файлам бессмысленно:

$ sed -n 1 /usr/you/bin

$ Ничего в ответ!

(Так получилось на PDP-11; в одной из систем для VAX sed аварийно завершилась, возможно, потому, что ввод был воспринят как очень длинная текстовая строка.) Таким образом, sed нам не подходит, и мы вынуждены писать новую программу.

Простейшие функции ввода и вывода getchar и putchar. При каждом вызове getchar появляется очередной символ из стандартного входного потока, которому может быть поставлен в соответствие файл, конвейер или терминал (последнее принимается по умолчанию). Программа "не знает", что конкретно он собой представляет. Аналогично putchar(c) помещает символ в стандартный выходной поток, который по умолчанию также связан с терминалом.

Функция printf(3) выполняет форматное преобразование при выводе. Вызовы printf и putchar могут следовать в любом порядке; выходной поток отразит порядок этих вызовов. Для форматного преобразования входного потока предусмотрена функция scanf(3); она читает входной поток и разбивает его, как требуется, на строки, числа и т.п. Вызовы scanf и getchar также могут чередоваться.

Приведем первую версию vis:

/* vis: make funny characters visible (version 1) */

#include <stdio.h>

#include <ctype.h>

main() {

 int c;

 while ((c = getchar()) != EOF)

  if (isascii(c) &&

   (isprint(с) || c=='n' || c=='t' || c==' '))

   putchar(c);

  else

   printf("\%03o", c);

 exit(0);

}

Getchar возвращает из входного потока очередной байт или значение EOF, когда встречает конец файла (или ошибку). Между прочим, EOF не является байтом из файла; вспомните: во второй главе объяснялось, что такое "конец файла". Значение EOF отличается от значения любого байта, поэтому его трудно спутать с реальными данными; переменная с описана как int (целая), а; не как char (символьная), так что она может хранить значение EOF. Строка

#include <stdio.h>

должна находиться в начале каждого исходного файла. Это заставляет компилятор Си читать файл макроопределений (/usr/include/stdio.h), в котором специфицированы стандартные функции и имена, в том числе и EOF. Мы будем использовать <stdio.h> как краткую запись полного имени файла.

Файл <ctype.h> — еще один файл макроопределений в /usr/include, который задает машинно-независимые макрокоманды (макросы) для классификации символов. Чтобы выяснить, принадлежит ли входной символ набору ASCII (т.е. его значение меньше 0200) и печатается ли он, мы использовали здесь isascii и isprint. Остальные макросы перечислены в табл. 6.1. Отметим, что <ctype.h> определяет символы "перевод строки", "табуляция" и пробел как непечатаемые.

isalpha(c) Буква принадлежит алфавиту: a-z A-Z isupper(c) Прописная буква: A-Z islower(с) Строчная буква: a-z isdigit(c) Цифра: 0-9 isxdigit(c) Шестнадцатеричная цифра: 0-9 a-f A-F isalnum(c) Буква или цифра isspace(c) Пробел, символ табуляции, символ перевода строки, символ вертикальной табуляции, символ перевода страницы, символ возврата ispunct(c) Не буквенно-цифровой символ, не управляющий, не пробел isprint(c) Печатаемый: любой графический символ iscntrl(c) Управляющий символ: 0 <= с < 040 || с == 0177 isascii(c) Символ ASCII: 0 <= с <= 0177

Таблица 6.1: Макросы классификации символов <ctype.h>