Возможности для ввода и вывода не являются частью самого языка Си, поэтому мы подробно и не рассматривали их до сих пор. Между тем реальные программы взаимодействуют со своим окружением гораздо более сложным способом, чем те, которые были затронуты ранее. В этой главе мы опишем стандартную библиотеку, содержащую набор функций, обеспечивающих ввод-вывод, работу со строками, управление памятью, стандартные математические функции и разного рода сервисные Си-программы. Но особое внимание уделим вводу-выводу.
Библиотечные функции ввода-вывода точно определяются стандартом ANSI, так что они совместимы на любых системах, где поддерживается Си. Программы, которые в своем взаимодействии с системным окружением не выходят за рамки возможностей стандартной библиотеки, можно без изменений переносить с одной машины на другую.
Свойства библиотечных функций специфицированы в более чем дюжине заголовочных файлов; вам уже встречались некоторые из них, в том числе <stdio.h>, <string.h> и <ctype.h>. Мы не рассматриваем здесь всю библиотеку, так как нас больше интересует написание Си-программ, чем использование библиотечных функций. Стандартная библиотека подробно описана в приложении B.
Как уже говорилось в главе 1, библиотечные функции реализуют простую модель текстового ввода-вывода. Текстовый поток состоит из последовательности строк; каждая строка заканчивается символом новой строки. Если система в чем-то не следует принятой модели, библиотека сделает так, чтобы казалось, что эта модель удовлетворяется полностью. Например, пара символов - возврат-каретки и перевод-строки - при вводе могла бы быть преобразована в один символ новой строки, а при выводе выполнялось бы обратное преобразование.
Простейший механизм ввода - это чтение одного символа из стандартного ввода (обычно с клавиатуры) функцией getchar:
int getchar(void)
В качестве результата каждого своего вызова функция getchar возвращает следующий символ ввода или, если обнаружен конец файла, EOF. Именованная константа EOF (аббревиатура от end of file - конец файла) определена в <stdio.h>. Обычно значение EOF равно -1, но, чтобы не зависеть от конкретного значения этой константы, обращаться к ней следует по имени (EOF).
Во многих системах клавиатуру можно заменить файлом, перенаправив ввод с помощью значка <. Так, если программа prog использует getchar, то командная строка
prog < infile
предпишет программе prog читать символы из infile, а не с клавиатуры. Переключение ввода делается так, что сама программа prog не замечает подмены; в частности строка "< infile" не будет включена в аргументы командной строки argv. Переключение ввода будет также незаметным, если ввод исходит от другой программы и передается конвейерным образом. В некоторых системах командная строка
otherprog | prog
приведет к тому, что запустится две программы, otherprog и prog, и стандартный выход otherprog поступит на стандартный вход prog. Функция
int putchar(int)
используется для вывода: putchar(c) отправляет символ c в стандартный вывод, под которым по умолчанию подразумевается экран. Функция putchar в качестве результата возвращает посланный символ или, в случае ошибки, EOF. То же и в отношении вывода: с помощью записи вида > имя-файла вывод можно перенаправить в файл. Например, если prog использует для вывода функцию putchar, то
prog > outfile
будет направлять стандартный вывод не на экран, а в outfile. А командная строка
prog | anotherprog
соединит стандартный вывод программы prog со стандартным вводом программы anotherprog.
Вывод, осуществляемый функцией printf, также отправляется в стандартный выходной поток. Вызовы putchar и printf могут как угодно чередоваться, при этом вывод будет формироваться в той последовательности, в которой происходили вызовы этих функций.
Любой исходный Си-файл, использующий хотя бы одну функцию библиотеки ввода-вывода, должен содержать в себе строку
#include <stdio.h>
причем она должна быть расположена до первого обращения к вводу-выводу. Если имя заголовочного файла заключено в угловые скобки < и >, это значит, что поиск заголовочного файла ведется в стандартном месте (например в системе UNIX это обычно директорий /usr/include).
Многие программы читают только из одного входного потока и пишут только в один выходной поток. Для организации ввода-вывода таким программам вполне хватит функций getchar, putchar и printf, а для начального обучения уж точно достаточно ознакомления с этими функциями. В частности, перечисленных функций достаточно, когда требуется вывод одной программы соединить с вводом следующей. В качестве примера рассмотрим программу lower, переводящую свой ввод на нижний регистр:
#include <stdio.h>
#include <ctype.h>
main() /* lower: переводит ввод на нижний регистр */
{
int с;
while ((с = getchar()) != EOF)
putchar(tolower(c));
return 0;
}
Функция tolower определена в <ctype.h>. Она переводит буквы верхнего регистра в буквы нижнего регистра, а остальные символы возвращает без изменений. Как мы уже упоминали, "функции" вроде getchar и putchar из библиотеки <stdio.h> и функция tolower из библиотеки <ctype.h> часто реализуются в виде макросов, чтобы исключить накладные расходы от вызова функции на каждый отдельный символ. В параграфе 8.5 мы покажем, как это делается. Независимо от того, как на той или иной машине реализованы функции библиотеки <ctype.h>, использующие их программы могут ничего не знать о кодировке символов.
Упражнение 7.1. Напишите программу, осуществляющую перевод ввода с верхнего регистра на нижний или с нижнего на верхний в зависимости от имени, по которому она вызывается и текст которого находится в arg[0].
Функция printf переводит внутренние значения в текст.
int printf(char *format, arg1, arg2, ...)
В предыдущих главах мы использовали printf неформально. Здесь мы покажем наиболее типичные случаи применения этой функции: полное ее описание дано в приложении B.
Функция printf преобразует, форматирует и печатает свои аргументы в стандартном выводе под управлением формата. Возвращает она количество напечатанных символов.
Форматная строка содержит два вида объектов: обычные символы, которые напрямую копируются в выходной поток, и спецификации преобразования, каждая из которых вызывает преобразование и печать очередного аргумента printf. Любая спецификация преобразования начинается знаком % и заканчивается символом-спецификатором. Между % и символом-спецификатором могут быть расположены (в указанном ниже порядке) следующие элементы:
Символы-спецификаторы перечислены в таблице 7.1. Если за % не помещен символ- спецификатор, поведение функции printf будет не определено. Ширину и точность можно специфицировать с помощью *; значение ширины (или точности) в этом случае берется из следующего аргумента (который должен быть типа int). Например, чтобы напечатать не более max символов из строки s, годится следующая запись:
printf("%.*s", max, s);
Таблица 7.1 Основные преобразования printf
| Символ | Тип аргумента; вид печати | d, i | int; десятичное целое |
|---|---|
| o | unsigned int; беззнаковое восьмеричное (octal) целое (без нуля слева) |
| x, X | unsigned int; беззнаковое шестнадцатеричное целое (без 0x или 0X слева), для 10...15 используются abcdef или ABCDEF |
| u | unsigned int; беззнаковое десятичное целое |
| c | int; одиночный символ |
| s | char *; печатает символы, расположенные до знака \0, или в количестве, заданном точностью |
| f | double; [-]m.dddddd, где количество цифр d задается точностью (по умолчанию равно 6) |
| e, E | double; [-]m.dddddde±xx или [-]m.ddddddE±xx, где количество цифр d задается точностью (по умолчанию равно 6) |
| g, G | double; использует %e или %E, если порядок меньше, чем -4, или больше или равен точности; в противном случае использует %f. Завершающие нули и завершающая десятичная точка не печатаются |
| p | void *; указатель (представление зависит от реализации) |
| % | Аргумент не преобразуется; печатается знак % |
Большая часть форматных преобразований была продемонстрирована в предыдущих главах. Исключение составляет задание точности для строк. Далее приводится перечень спецификаций и показывается их влияние на печать строки "hello, world", состоящей из 12 символов. Поле специально обрамлено двоеточиями, чтобы была видна его протяженность.
:%s: :hello, world: :%10s :hello, world: :%.10s: :hello, wor: :%-10s: :hello, world: :%.15s: :hello, world: :%-15s: :hello, world : :%15.10s: : hello, wor: :%-15.10s: :hello, wor :
Предостережение: функция printf использует свой первый аргумент, чтобы определить, сколько еще ожидается аргументов и какого они будут типа. Вы не получите правильного результата, если аргументов будет не хватать или они будут принадлежать не тому типу. Вы должны также понимать разницу в следующих двух обращениях:
printf(s); /* НЕВЕРНО, если в s есть % */
printf("%s", s); /* ВЕРНО всегда */
Функция sprintf выполняет те же преобразования, что и printf, но вывод запоминает в строке
int sprintf(char *string, char *format, arg1, arg2, ...)
Эта функция форматирует arg1, arg2 и т. д. в соответствии с информацией, заданной аргументом format, как мы описывали ранее, но результат помещает не в стандартный вывод, а в string. Заметим, что строка string должна быть достаточно большой, чтобы в ней поместился результат.
Упражнение 7.2. Напишите программу, которая будет печатать разумным способом любой ввод. Как минимум она должна уметь печатать неграфические символы в восьмеричном или шестнадцатеричном виде (в форме, принятой на вашей машине), обрывая длинные текстовые строки.
Этот параграф содержит реализацию минимальной версии printf. Приводится она для того, чтобы показать, как надо писать функции со списками аргументов переменной длины, причем такие, которые были бы переносимы. Поскольку нас главным образом интересует обработка аргументов, функцию minprintf напишем таким образом, что она в основном будет работать с задающей формат строкой и аргументами; что же касается форматных преобразований, то они будут осуществляться с помощью стандартного printf.
Объявление стандартной функции printf выглядит так:
int printf(char *fmt, ...)
Многоточие в объявлении означает, что число и типы аргументов могут изменяться. Знак многоточие может стоять только в конце списка аргументов. Наша функция minprintf объявляется как
void minprintf(char *fmt, ...)
поскольку она не будет выдавать число символов, как это делает printf.
Вся сложность в том, каким образом minprintf будет продвигаться вдоль списка аргументов, - ведь у этого списка нет даже имени. Стандартный заголовочный файл <stdarg.h> содержит набор макроопределений, которые устанавливают, как шагать по списку аргументов. Наполнение этого заголовочного файла может изменяться от машины к машине, но представленный им интерфейс везде одинаков.
Тип va_list служит для описания переменной, которая будет по очереди указывать на каждый из аргументов; в minprintf эта переменная имеет имя ap (от "argument pointer" - указатель на аргумент). Макрос va_start инициализирует переменную ap) чтобы она указывала на первый безымянный аргумент. К va_start нужно обратиться до первого использования ap. Среди аргументов по крайней мере один должен быть именованным: от последнего именованного аргумента этот макрос "отталкивается" при начальной установке.
Макрос va_arg на каждом своем вызове выдает очередной аргумент, а ap передвигает на следующий: но имени типа он определяет тип возвращаемого значения и размер шага для выхода на следующий аргумент. Наконец, макрос va_end делает очистку всего, что необходимо. К va_end следует обратиться перед самым выходом из функции.
Перечисленные средства образуют основу нашей упрощенной версии prinf.
#include <stdarg.h>
/* minprintf: минимальный printf с переменным числом аргументов */
void minprintf(char *fmt, ...)
{
va_list ap; /* указывает на очередной безымянный аргумент */
char *p, *sval;
int ival;
double dval;
va_start(ap, fmt); /* устанавливает ap на 1-й безымянный аргумент */
for (p=fmt; *p; p++) {
if (*p !='%') {
putchar(*p);
continue;
}
switch (*++p) {
case 'd':
ival = va_arg(ap, int);
printf ("%d", ival);
break;
case 'f':
dval = va_arg(ap, double);
printf("%f", dval);
break;
case 's':
for (sval = va_arg(ap, char *); *sval; sval++)
putchar(*sval);
break;
default:
putchar(*p);
break;
}
}
va_end(ap); /* очистка, когда все сделано */
}
Упражнение 7.3. Дополните minprintf другими возможностями printf.
Функция scanf, обеспечивающая ввод, является аналогом printf; она выполняет многие из упоминавшихся преобразований, но в противоположном направлении. Ее объявление имеет следующий вид:
int scanf(char *format, ...)
Функция scanf читает символы из стандартного входного потока, интерпретирует их согласно спецификациям строки format и рассылает результаты в свои остальные аргументы. Аргумент format мы опишем позже; другие аргументы, каждый из которых должен быть указателем, определяют, где будут запоминаться должным образом преобразованные данные. Как и для printf, в этом параграфе дается сводка наиболее полезных, но отнюдь не всех возможностей данной функции.
Функция scanf прекращает работу, когда оказывается, что исчерпался формат или вводимая величина не соответствует управляющей спецификации. В качестве результата scanf возвращает количество успешно введенных элементов данных. По исчерпании файла она выдает EOF. Существенно то, что значение EOF не равно нулю, поскольку нуль scanf выдает, когда вводимый символ не соответствует первой спецификации форматной строки. Каждое очередное обращение к scanf продолжает ввод символа, следующего сразу за последним обработанным.
Существует также функция sscanf, которая читает из строки (а не из стандартного ввода).
int sscanf(char *string, char *format, arg1, arg2, ...)
Функция sscanf просматривает строку string согласно формату format и рассылает полученные значения в arg1, arg2 и т. д. Последние должны быть указателями.
Формат обычно содержит спецификации, которые используются для управления преобразованиями ввода. В него могут входить следующие элементы:
Спецификация преобразования управляет преобразованием следующего вводимого поля. Обычно результат помещается в переменную, на которую указывает соответствующий аргумент. Однако если в спецификации преобразования присутствует *, то поле ввода пропускается и никакое присваивание не выполняется. Поле ввода определяется как строка без символов-разделителей; оно простирается до следующего символа-разделителя или же ограничено шириной поля, если она задана. Поскольку символ новой строки относится к символам- разделителям, то sscanf при чтении будет переходить с одной строки на другую. (Символами-разделителями являются символы пробела, табуляции, новой строки, возврата каретки, вертикальной табуляции и перевода страницы.)
Символ-спецификатор указывает, каким образом следует интерпретировать очередное поле ввода. Соответствующий аргумент должен быть указателем, как того требует механизм передачи параметров по значению, принятый в Си. Символы-спецификаторы приведены в таблице 7.2.
Перед символами-спецификаторами d, l, o, u и x может стоять буква h, указывающая на то, что соответствующий аргумент должен иметь тип short * (а не int *),или l (латинская ell), указывающая на тип long *. Аналогично, перед символами-спецификаторами e, f и g может стоять буква l, указывающая, что тип аргумента - double * (а не float *).
Таблица 7.2 Основные преобразования scanf
| Символ | Вводимые данные; тип аргумента |
|---|---|
| d | десятичное целое: int * |
| i | целое: int *. Целое может быть восьмеричным (с 0 слева) или шестнадцатеричным (с 0x или 0X слева) |
| o | восьмеричное целое (с нулем слева или без него); int * |
| u | беззнаковое десятичное целое; unsigned int * |
| x | шестнадцатеричное целое (с 0x или 0X слева или без них); int * |
| c | символы; char *. Следующие символы ввода (по умолчанию один) размещаются в указанном месте. Обычный пропуск символов- разделителей подавляется; чтобы прочесть очередной символ, отличный от символа-разделителя, используйте %1s |
| s | Строка символов(без обрамляющих кавычек); char *, указывающая на массив символов, достаточный для строки и завершающего символа '\0', который будет добавлен |
| e, f, g | число с плавающей точкой, возможно, со знаком; обязательно присутствие либо десятичной точки, либо экспоненциальной части, а возможно, и обеих вместе; float * |
| % | сам знак %, никакое присваивание не выполняется |
Чтобы построить первый пример, обратимся к программе калькулятора из главы 4, в которой организуем ввод с помощью функции scanf:
#include <stdio.h>
main() /* программа-калькулятор */
{
double sum, v;
sum = 0;
while (scanf ("%lf", &v) == 1)
printf("\t%.2f\n", sum += v);
return 0;
}
Предположим, что нам нужно прочитать строки ввода, содержащие данные вида
25 дек 1988
Обращение к scanf выглядит следующим образом:
int day, year; /* день, год */
char monthname[20]; /* название месяца */
scanf ("%d %s %d", &day, monthname, &year);
Знак & перед monthname не нужен, так как имя массива есть указатель.
В строке формата могут присутствовать символы, не участвующие ни в одной из спецификаций; это значит, что эти символы должны появиться на вводе. Так, мы могли бы читать даты вида mm/dd/yy с помощью следующего обращения к scanf:
int day, month, year; /* день, месяц, год */
scanf("%d/%d/%d", &day, &month, &year);
В своем формате функция scanf игнорирует пробелы и табуляции. Кроме того, при поиске следующей порции ввода она пропускает во входном потоке все символы- разделители (пробелы, табуляции, новые строки и т.д.). Воспринимать входной поток, не имеющий фиксированного формата, часто оказывается удобнее, если вводить всю строку целиком и для каждого отдельного случая подбирать подходящий вариант sscanf. Предположим, например, что нам нужно читать строки с датами, записанными в любой из приведенных выше форм. Тогда мы могли бы написать:
while (getline(line, sizeof(line)) > 0) {
if (sscanf(line, "%d %s %d", &day, monthname, &year) == 3)
printf("вepно: %s\r", line); /* в виде 25 дек 1968 */
else if (sscanf(line, "%d/%d/%d", &month, &day, &year) == 3)
printf("вepно: %s\n", line); /* в виде mm/dd/yy */
else
printf("неверно: %s\n", line); /* неверная форма даты */
}
Обращения к scanf могут перемежаться с вызовами других функций ввода. Любая функция ввода, вызванная после scanf, продолжит чтение с первого еще непрочитанного символа.
В завершение еще раз напомним, что аргументы функций scanf и sscanf должны быть указателями.
Одна из самых распространенных ошибок состоит в том, что вместо того, чтобы написать
scanf ("%d", &n);
пишут
scanf("%d", n);
Компилятор о подобной ошибке ничего не сообщает.
Упражнение 7.4. Напишите свою версию scanf по аналогии с minprintf из предыдущего параграфа.
Упражнение 7.5. Перепишите основанную на постфиксной записи программу калькулятора из главы 4 таким образом, чтобы для ввода и преобразования чисел она использовала scanf и/или sscanf.
Во всех предыдущих примерах мы имели дело со стандартным вводом и стандартным выводом, которые для программы автоматически предопределены операционной системой конкретной машины.
Следующий шаг - научиться писать программы, которые имели бы доступ к файлам, заранее не подсоединенным к программам. Одна из программ, в которой возникает такая необходимость, - это программа cat, объединяющая несколько именованных файлов и направляющая результат в стандартный вывод. Функция cat часто применяется для выдачи файлов на экран, а также как универсальный "коллектор" файловой информации для тех программ, которые не имеют возможности обратиться к файлу по имени. Например, команда
cat x.c y.c
направит в стандартный вывод содержимое файлов x.c и y.c (и ничего более).
Возникает вопрос: что надо сделать, чтобы именованные файлы можно было читать; иначе говоря, как связать внешние имена, придуманные пользователем, с инструкциями чтения данных?
На этот счет имеются простые правила. Для того чтобы можно было читать из файла или писать в файл, он должен быть предварительно открыт с помощью библиотечной функции fopen. Функция fopen получает внешнее имя типа x.c или y.c, после чего осуществляет некоторые организационные действия и "переговоры" с операционной системой (технические детали которых здесь не рассматриваются) и возвращает указатель, используемый в дальнейшем для доступа к файлу.
Этот указатель, называемый указателем файла, ссылается на структуру, содержащую информацию о файле (адрес буфера, положение текущего символа в буфере, открыт файл на чтение или на запись, были ли ошибки при работе с файлом и не встретился ли конец файла). Пользователю не нужно знать подробности, поскольку определения, полученные из <stdio.h>, включают описание такой структуры, называемой FILE.
Единственное, что требуется для определения указателя файла, - это задать описания такого, например, вида:
FILE *fp; FILE *fopen(char *name, char *mode);
Это говорит, что fp есть указатель на FILE, a fopen возвращает указатель на FILE. Заметим, что FILE — это имя типа) наподобие int, а не тег структуры. Оно определено с помощью typedef. (Детали того, как можно реализовать fopen в системе UNIX, приводятся в параграфе 8.5.)
Обращение к fopen в программе может выглядеть следующим образом:
fp = fopen(name, mode);
Первый аргумент - строка, содержащая имя файла. Второй аргумент несет информацию о режиме. Это тоже строка: в ней указывается, каким образом пользователь намерен применять файл. Возможны следующие режимы: чтение (read - "r"), запись (write - "w") и добавление (append - "a"), т. е. запись информации в конец уже существующего файла. В некоторых системах различаются текстовые и бинарные файлы; в случае последних в строку режима необходимо добавить букву "b" (binary - бинарный).
Тот факт, что некий файл, которого раньше не было, открывается на запись или добавление, означает, что он создается (если такая процедура физически возможна). Открытие уже существующего файла на запись приводит к выбрасыванию его старого содержимого, в то время как при открытии файла на добавление его старое содержимое сохраняется. Попытка читать несуществующий файл является ошибкой. Могут иметь место и другие ошибки; например, ошибкой считается попытка чтения файла, который по статусу запрещено читать. При наличии любой ошибки fopen возвращает NULL. (Возможна более точная идентификация ошибки; детальная информация по этому поводу приводится в конце параграфа 1 приложения B.)
Следующее, что нам необходимо знать, - это как читать из файла или писать в файл, коль скоро он открыт. Существует несколько способов сделать это, из которых самый простой состоит в том, чтобы воспользоваться функциями getc и putc. Функция getc возвращает следующий символ из файла; ей необходимо сообщить указатель файла, чтобы она знала откуда брать символ.
int getc(FILE *fp);
Функция getc возвращает следующий символ из потока, на который указывает *fp; в случае исчерпания файла или ошибки она возвращает EOF.
Функция putc пишет символ c в файл fp
int putc(int с, FILE *fp);
и возвращает записанный символ или EOF в случае ошибки. Аналогично getchar и putchar, реализация getc и putc может быть выполнена в виде макросов, а не функций.
При запуске Си-программы операционная система всегда открывает три файла и обеспечивает три файловые ссылки на них. Этими файлами являются: стандартный ввод, стандартный вывод и стандартный файл ошибок; соответствующие им указатели называются stdin, stdout и stderr; они описаны в <stdio.h>. Обычно stdin соотнесен с клавиатурой, а stdout и stderr - с экраном. Однако stdin и stdout можно связать с файлами или, используя конвейерный механизм, соединить напрямую с другими программами, как это описывалось в параграфе 7.1.
С помощью getc, putc, stdin и stdout функции getchar и putchar теперь можно определить следующим образом:
#define getchar() getc(stdin) #define putchar(c) putc((c), stdout)
Форматный ввод-вывод файлов можно построить на функциях fscanf и fprintf. Они идентичны scanf и printf с той лишь разницей, что первым их аргументом является указатель на файл, для которого осуществляется ввод-вывод, формат же указывается вторым аргументом.
int fscanf(FILE *fp, char *format, ...) int fprintf(FILE *fp, char *format, ...)
Вот теперь мы располагаем теми сведениями, которые достаточны для написания программы cat, предназначенной для конкатенации (последовательного соединения) файлов. Предлагаемая версия функции cat, как оказалось, удобна для многих программ. Если в командной строке присутствуют аргументы, они рассматриваются как имена последовательно обрабатываемых файлов. Если аргументов нет, то обработке подвергается стандартный ввод.
#include <stdio.h>
/* cat: конкатенация файлов, версия 1 */
main(int argc, char *argv[])
{
FILE *fp;
void filecopy(FILE *, FILE *);
if (argc == 1) /* нет аргументов; копируется стандартный ввод */
filecopy(stdin, stdout);
else
while (--argc > 0)
if ((fp = fopen(*++argv, "r")) == NULL) {
printf("cat: не могу открыть файл %s\n", *argv);
return 1;
} else {
filecopy(fp, stdout);
fclose(fp);
}
return 0;
}
/* filecopy: копирует файл ifp в файл ofp */
void filecopy(FILE *ifp, FILE *ofp)
{
int c;
while ((c = getc(ifp)) != EOF)
putc(c, ofp);
}
Файловые указатели stdin и stdout представляют собой объекты типа FILE*. Это константы, а не переменные, следовательно, им нельзя ничего присваивать.
Функция
int fclose(FILE *fp)
- обратная по отношению к fopen; она разрывает связь между файловым указателем и внешним именем (которая раньше была установлена с помощью fopen), освобождая тем самым этот указатель для других файлов. Так как в большинстве операционных систем количество одновременно открытых одной программой файлов ограничено, то файловые указатели, если они больше не нужны, лучше освобождать, как это и делается в программе cat. Есть еще одна причина применить fclose к файлу вывода, - это необходимость "опорожнить" буфер, в котором putc накопила предназначенные для вывода данные. При нормальном завершении работы программы для каждого открытого файла fclose вызывается автоматически. (Вы можете закрыть stdin и stdout, если они вам не нужны. Воспользовавшись библиотечной функцией freopen, их можно восстановить.)
Обработку ошибок в cat нельзя признать идеальной. Беда в том, что если файл по какой-либо причине недоступен, сообщение об этом мы получим по окончании конкатенируемого вывода. Это нас устроило бы, если бы вывод отправлялся только на экран, a не в файл или по конвейеру другой программе. Чтобы лучше справиться с этой проблемой, программе помимо стандартного вывода stdout придается еще один выходной поток, называемый stderr. Вывод в stderr обычно отправляется на экран, даже если вывод stdout перенаправлен в другое место. Перепишем cat так, чтобы сообщения об ошибках отправлялись в stderr.
#include <stdio.h>
/* cat: конкатенация файлов, версия 2 */
main(int argc, char *argv[])
{
FILE *fp;
void filecopy(FILE *, FILE *);
char *prog = argv[0]; /* имя программы */
if (argc == 1) /* нет аргументов, копируется станд. ввод */
filecopy(stdin, stdout);
else
while (--argc > 0)
if ((fp = fopen(*++argv, "r")) == NULL) {
fprintf(stderr, "%s: не могу открыть файл %s\n", prog, *argv);
exit(1);
} else {
filecopy(fp, stdout);
fclose(fp);
}
if (ferror(stdout)) {
fprintf(stderr, "%s: ошибка записи в stdout\n", prog);
exit(2);
}
exit(0);
}
Программа сигнализирует об ошибках двумя способами. Первый - сообщение об ошибке с помощью fprintf посылается в stderr с тем, чтобы оно попало на экран, а не оказалось на конвейере или в другом файле вывода. Имя программы, хранящееся в argv[0], мы включили в сообщение, чтобы в случаях, когда данная программа работает совместно с другими, был ясен источник ошибки.
Второй способ указать на ошибку - обратиться к библиотечной функции exit, завершающей работу программы. Аргумент функции exit доступен некоторому процессу, вызвавшему данный процесс. А следовательно, успешное или ошибочное завершение программы можно проконтролировать с помощью некоей программы, которая рассматривает эту программу в качестве подчиненного процесса. По общей договоренности возврат нуля сигнализирует о том, что работа прошла нормально, в то время как ненулевые значения обычно говорят об ошибках. Чтобы опорожнить буфера, накопившие информацию для всех открытых файлов вывода, функция exit вызывает fclose.
Инструкция return exp главной программы main эквивалентна обращению к функции exit(exp). Последний вариант (с помощью exit) имеет то преимущество, что он пригоден для выхода и из других функций, и, кроме того, слово exit легко обнаружить с помощью программы контекстного поиска, похожей на ту, которую мы рассматривали в главе 5. Функция ferror выдает ненулевое значение, если в файле fp была обнаружена ошибка.
int ferror(FILE *fp)
Хотя при выводе редко возникают ошибки, все же они встречаются (например, оказался переполненным диск); поэтому в программах широкого пользования они должны тщательно контролироваться.
Функция feof(FILE *fp) aнaлoгичнa функции ferror; oнa вoзвpaщaeт нeнулевое значение, если встретился конец указанного в аргументе файла.
int feof(FILE *fp);
В наших небольших иллюстративных программах мы не заботились о выдаче статуса выхода, т. е. выдаче некоторого числа, характеризующего состояние программы в момент завершения: работа закончилась нормально или прервана из-за ошибки? Если работа прервана в результате ошибки, то какой? Любая серьезная программа должна выдавать статус выхода.
В стандартной библиотеке имеется программа ввода fgets, аналогичная программе getline, которой мы пользовались в предыдущих главах.
char *fgets(char *line, int maxline, FILE *fp)
Функция fgets читает следующую строку ввода (включая и символ новой строки) из файла fp в массив символов line, причем она может прочитать не более MAXLINE-1 символов. Переписанная строка дополняется символом '\0'. Обычно fgets возвращает line, а по исчерпании файла или в случае ошибки - NULL. (Наша getline возвращала длину строки, которой мы потом пользовались, и нуль в случае конца файла.)
Функция вывода fputs пишет строку (которая может и не заканчиваться символом новой строки) в файл.
int fputs(char *line, FILE *fp)
Эта функция возвращает EOF, если возникла ошибка, и неотрицательное значение в противном случае.
Библиотечные функции gets и puts подобны функциям fgets и fputs. Отличаются они тем, что оперируют только стандартными файлами stdin и stdout, и кроме того, gets выбрасывает последний символ '\n', a puts его добавляет.
Чтобы показать, что ничего особенного в функциях вроде fgets и fputs нет, мы приводим их здесь в том виде, в каком они существуют в стандартной библиотеке на нашей системе.
/* fgets: получает не более n символов из iop */
char *fgets(char *s, int n, FILE *iop)
{
register int c;
register char *cs;
cs = s;
while (--n > 0 && (с = getc(iop)) != EOF)
if ((*cs++ = c) == '\n')
break;
*cs= '\0';
return (c == EOF && cs == s) ? NULL : s;
}
/* fputs: посылает строку s в файл iop */
int fputs(char *s, FILE *iop)
{
int c;
while (c = *s++)
putc(c, iop);
return ferror(iop) ? EOF : 0;
}
Стандарт определяет, что функция ferror возвращает в случае ошибки ненулевое значение; fputs в случае ошибки возвращает EOF, в противном случае - неотрицательное значение.
С помощью fgets легко реализовать нашу функцию getline:
/* getline: читает строку, возвращает ее длину */
int getline(char *line, int max)
{
if (fgets(line, max, stdin) == NULL)
return 0;
else
return strlen(line);
}
Упражнение 7.6. Напишите программу, сравнивающую два файла и печатающую первую строку, в которой они различаются.
Упражнение 7.7. Модифицируйте программу поиска по образцу из главы 5 таким образом, чтобы она брала текст из множества именованных файлов, а если имен файлов в аргументах нет, то из стандартного ввода. Будет ли печататься имя файла, в котором найдена подходящая строка?
Упражнение 7.8. Напишите программу, печатающую несколько файлов. Каждый файл должен начинаться с новой страницы, предваряться заголовком и иметь свою нумерацию страниц.
В стандартной библиотеке представлен широкий спектр различных функций. Настоящий параграф содержит краткий обзор наиболее полезных из них. Более подробно эти и другие функции описаны в приложении B.
Мы уже упоминали функции strlen, strcpy, strcat и strcmp, описание которых даны в <string.h>. Далее, до конца пункта, предполагается, что s и t имеют тип char *, c и n - тип int.
| strcat(s,t) | - приписывает t в конец s. |
| strncat(s,t,n) | - приписывает n символов из t в конец s. |
| strcmp(s,t) | - возвращает отрицательное число, нуль или положительное число для s < t, s == t или s > t, соответственно. |
| strncmp(s,t,n) | - делает то же, что и strcmp, но количество сравниваемых символов не может превышать n |
| strcpy(s,t) | - копирует t в s. |
| strncpy(s,t,n) | - копирует не более n символов из t в s. |
| strlen(s) | - возвращает длину s. |
| strchr(s,c) | - возвращает указатель на первое появление символа c в s или, если c нет в s, NULL. |
| strrchr(s,c) | - возвращает указатель на последнее появление символа c в s или, если c нет в s, NULL. |
Несколько функций из библиотеки <ctype.h> выполняют проверки и преобразование символов. Далее, до конца пункта, переменная c - это переменная типа int, которая может быть представлена значением unsigned, char или EOF. Все эти функции возвращают значения типа int.
| isalpha(c) | - не нуль, если c - буква; 0 в противном случае. |
| isupper(c) | - не нуль, если c - буква верхнего регистра; 0 в противном случае. |
| islower(c) | - не нуль, если c - буква нижнего регистра; 0 в противном случае. |
| isdigit(c) | - не нуль, если c - цифра; 0 в противном случае. |
| isalnum(c) | - не нуль, если или isalpha(c), или isdigit(c) истинны; 0 в противном случае. |
| isspace(c) | - не нуль, если c - символ пробела, табуляции, новой строки, возврата каретки, перевода страницы, вертикальной табуляции. |
| toupper(c) | - возвращает c, приведенную к верхнему регистру. |
| tolower(c) | - возвращает c, приведенную к нижнему регистру. |
В стандартной библиотеке содержится более ограниченная версия функции ungetch по сравнению с той, которую мы написали в главе 4. Называется она ungetc. Эта функция, имеющая прототип
int ungetc(int с, FILE *fp)
отправляет символ c назад в файл fp и возвращает c, а в случае ошибки EOF. Для каждого файла гарантирован возврат не более одного символа. Функцию ungetc можно использовать совместно с любой из функций ввода вроде scanf, getc, getchar и т. д.
Функция system(char *s) выполняет команду системы, содержащуюся в строке s, и затем возвращается к выполнению текущей программы.
Содержимое s, строго говоря, зависит от конкретной операционной системы. Рассмотрим простой пример: в системе UNIX инструкция
system("date");
вызовет программу date, которая направит дату и время в стандартный вывод. Функция возвращает зависящий от системы статус выполненной команды. В системе UNIX возвращаемый статус - это значение, переданное функцией exit.
Функции malloc и calloc динамически запрашивают блоки свободной памяти. Функция malloc
void *malloc(size_t n)
возвращает указатель на n байт неинициализированной памяти или NULL, если запрос удовлетворить нельзя. Функция calloc
void *calloc(size_t n, size_t size)
возвращает указатель на область, достаточную для хранения массива из n объектов указанного размера (size), или NULL, если запрос не удается удовлетворить. Выделенная память обнуляется.
Указатель, возвращаемый функциями malloc и calloc, будет выдан с учетом выравнивания, выполненного согласно указанному типу объекта. Тем не менее к нему должна быть применена операция приведения к соответствующему типу (Как уже отмечалось (см. примеч. в параграфе 6.5), замечания о приведении типов значений, возвращаемых функциями malloc или calloc, — неверно. — Примеч. авт.), как это сделано в следующем фрагменте программы:
int *ip; ip = (int *) calloc(n, sizeof(int));
Функция free(p) освобождает область памяти, на которую указывает p, - указатель, первоначально полученный с помощью malloc или calloc. Никаких ограничений на порядок, в котором будет освобождаться память, нет, но считается ужасной ошибкой освобождение тех областей, которые не были получены с помощью calloc или malloc.
Нельзя также использовать те области памяти, которые уже освобождены. Следующий пример демонстрирует типичную ошибку в цикле, освобождающем элементы списка.
for (p = head; p != NULL; p = p->next) /* НЕВЕРНО */
free(p);
Правильным будет, если вы до освобождения сохраните то, что вам потребуется, как в следующем цикле:
for (p = head; p != NULL; p = q) {
q = p->next;
free(p);
}
В параграфе 8.7 мы рассмотрим реализацию программы управления памятью вроде malloc, позволяющую освобождать выделенные блоки памяти в любой последовательности.
В <math.h> описано более двадцати математических функций. Здесь же приведены наиболее употребительные. Каждая из них имеет один или два аргумента типа double и возвращает результат также типа double.
| sin(x) | - синус x, x в радианах |
| cos(x) | - косинус x, x в радианах |
| atan2(y,x) | - арктангенс y/x, y и x в радианах |
| exp(x) | - экспоненциальная функция e в степени x |
| log(x) | - натуральный (по основанию e) логарифм x (x>0) |
| log10(x) | - обычный (по основанию 10) логарифм x (x>0) |
| pow(x,y) | - x в степени y |
| sqrt(x) | - корень квадратный x (x > 0) |
| fabs(x) | - абсолютное значение x |
Функция rand() вычисляет последовательность псевдослучайных целых в диапазоне от нуля до значения, заданного именованной константой RAND_MAX, которая определена в <stdlib.h>. Привести случайные числа к значениям с плавающей точкой, большим или равным 0 и меньшим 1, можно по формуле
#define frand() ((double) rand() / (RAND_MAX+1.0))
(Если в вашей библиотеке уже есть функция для получения случайных чисел с плавающей точкой, вполне возможно, что ее статистические характеристики лучше указанной.)
Функция srand(unsigned) устанавливает семя для rand. Реализации rand и srand, предлагаемые стандартом и, следовательно, переносимые на различные машины, рассмотрены в параграфе 2.7.
Упражнение 7.9. Реализуя функции вроде isupper, можно экономить либо память, либо время. Напишите оба варианта функции.