Пример - реализация функций fopen и GETC

Давайте теперь на примере реализации функций FOPEN и

GETC из стандартной библиотеки подпрограмм продемонстрируем,

как некоторые из описанных элементов объединяются вместе.

Напомним, что в стандартной библиотеке файлы описыватся

посредством указателей файлов, а не дескрипторов. Указатель

файла является указателем на структуру, которая содержит

несколько элементов информации о файле: указатель буфера,

чтобы файл мог читаться большими порциями; счетчик числа

символов, оставшихся в буфере; указатель следующей позиции

символа в буфере; некоторые признаки, указывающие режим чте-

ния или записи и т.д.; дескриптор файла.

Описывающая файл структура данных содержится в файле

STDIO.H, который должен включаться (посредством #INCLUDE) в

любой исходный файл, в котором используются функции из стан-

дартной библиотеки. Он также включается функциями этой биб-

лиотеки. В приводимой ниже выдержке из файла STDIO.H имена,

предназначаемые только для использования функциями библиоте-

ки, начинаются с подчеркивания, с тем чтобы уменьшить веро-

ятность совпадения с именами в программе пользователя.

DEFINE _BUFSIZE 512

DEFINE _NFILE 20 /*FILES THAT CAN BE HANDLED*/

TYPEDEF STRUCT _IOBUF \(

CHAR *_PTR; /*NEXT CHARACTER POSITION*/

INT _CNT; /*NUMBER OF CHARACTERS LEFT*/

CHAR *_BASE; /*LOCATION OF BUFFER*/

INT _FLAG; /*MODE OF FILE ACCESS*/

INT _FD; /*FILE DESCRIPTOR*/

) FILE;

XTERN FILE _IOB[_NFILE];

DEFINE STDIN (&_IOB[0])

DEFINE STDOUT (&_IOB[1])

DEFINE STDERR (&_IOB[2])

DEFINE _READ 01 /* FILE OPEN FOR READING */

DEFINE _WRITE 02 /* FILE OPEN FOR WRITING */

DEFINE _UNBUF 04 /* FILE IS UNBUFFERED */

DEFINE _BIGBUF 010 /* BIG BUFFER ALLOCATED */

DEFINE _EOF 020 /* EOF HAS OCCURRED ON THIS FILE */

DEFINE _ERR 040 /* ERROR HAS OCCURRED ON THIS FILE */

DEFINE NULL 0

DEFINE EOF (-1)

DEFINE GETC(P) (--(P)->_CNT >= 0 \

? *(P)->_PTR++ & 0377: _FILEBUF(P))

DEFINE GETCHAR() GETC(STDIN)

DEFINE PUTC(X,P) (--(P)->_CNT >= 0 \

? *(P)->_PTR++ = (X): _FLUSHBUF((X),P))

DEFINE PUTCHAR(X) PUTC(X,STDOUT)

В нормальном состоянии макрос GETC просто уменьшает

счетчик, передвигает указатель и возвращает символ. (Если

определение #DEFINE слишком длинное, то оно продолжается с

помощью обратной косой черты). Если однако счетчик становит-

ся отрицательным, то GETC вызывает функцию _FILEBUF, которая

снова заполняет буфер, реинициализирует содержимое структуры

и возвращает символ. Функция может предоставлять переносимый

интерфейс и в то же время содержать непереносимые конструк-

ции: GETC маскирует символ числом 0377, которое подавляет

знаковое расширение, осуществляемое на PDP-11, и тем самым

гарантирует положительность всех символов.

Хотя мы не собираемся обсуждать какие-либо детали, мы

все же включили сюда определение макроса PUTC, для того что-

бы показать, что она работает в основном точно также, как и

GETC, обращаясь при заполнении буфера к функции _FLUSHBUF.

Теперь может быть написана функция FOPEN. Большая часть

программы функции FOPEN связана с открыванием файла и распо-

ложением его в нужном месте, а также с установлением битов

признаков таким образом, чтобы они указывали нужное состоя-

ние. Функция FOPEN не выделяет какой-либо буферной памяти;

это делается функцией _FILEBUF при первом чтении из файла.

#INCLUDE <STDIO.H>

#DEFINE PMODE 0644 /*R/W FOR OWNER;R FOR OTHERS*/

FILE *FOPEN(NAME,MODE) /*OPEN FILE,RETURN FILE PTR*/

REGISTER CHAR *NAME, *MODE;

\(

REGISTER INT FD;

REGISTER FILE *FP;

IF(*MODE!='R'&&*MODE!='W'&&*MODE!='A') \(

FPRINTF(STDERR,"ILLEGAL MODE %S OPENING %S\N",

MODE,NAME);

EXIT(1);

\)

FOR (FP=_IOB;FP<_IOB+_NFILE;FP++)

IF((FP->_FLAG & (_READ \! _WRITE))==0)

BREAK; /*FOUND FREE SLOT*/

IF(FP>=_IOB+_NFILE) /*NO FREE SLOTS*/

RETURN(NULL);

IF(*MODE=='W') /*ACCESS FILE*/

FD=CREAT(NAME,PMODE);

ELSE IF(*MODE=='A') \(

IF((FD=OPEN(NAME,1))==-1)

FD=CREAT(NAME,PMODE);

LSEEK(FD,OL,2);

\) ELSE

FD=OPEN(NAME,0);

IF(FD==-1) /*COULDN'T ACCESS NAME*/

RETURN(NULL);

FP->_FD=FD;

FP->_CNT=0;

FP->_BASE=NULL;

FP->_FLAG &=(_READ \! _WRITE);

FP->_FLAG \!=(*MODE=='R')? _READ: _WRITE;

RETURN(FP);

\)

Функция _FILEBUF несколько более сложная. Основная труд-

ность заключается в том, что _FILEBUF стремится разрешить

доступ к файлу и в том случае, когда может не оказаться дос-

таточно места в памяти для буферизации ввода или вывода. ес-

ли пространство для нового буфера может быть получено обра-

щением к функции CALLOC, то все отлично; если же нет, то

_FILEBUF осуществляет небуферизованный ввод/ вывод, исполь-

зуя отдельный символ, помещенный в локальном массиве.

#INCLUDE <STDIO.H>

_FILLBUF(FP) /*ALLOCATE AND FILL INPUT BUFFER*/

REGISTER FILE *FP;

(

STATIC CHAR SMALLBUF(NFILE);/*FOR UNBUFFERED 1/0*/

CHAR *CALLOC();

IF((FR->_FLAG&_READ)==0\!\!(FP->_FLAG&(EOF\!_ERR))\!=0

RETURN(EOF);

WHILE(FP->_BASE==NULL) /*FIND BUFFER SPACE*/

IF(FP->_FLAG & _UNBUF) /*UNBUFFERED*/

FP->_BASE=&SMALLBUF[FP->_FD];

ELSE IF((FP->_BASE=CALLOC(_BUFSIZE,1))==NULL)

FP->_FLAG \!=_UNBUF; /*CAN'T GET BIG BUF*/

ELSE

FP->_FLAG \!=_BIGBUF; /*GOT BIG ONE*/

FP->_PTR=FP->_BASE;

FP->_CNT=READ(FP->_FD, FP->_PTR,

FP->_FLAG & _UNBUF? 1: _BUFSIZE);

FF(--FP->_CNT<0) \(

IF(FP->_CNT== -1)

FP->_FLAG \! = _EOF;

ELSE

FP->_FLAG \! = _ ERR;

FP->_CNT = 0;

RETURN(EOF);

\)

RETURN(*FP->_PTR++ & 0377); /*MAKE CHAR POSITIVE*/

)

При первом обращении к GETC для конкретного файла счетчик

оказывается равным нулю, что приводит к обращению к

_FILEBUF. Если функция _FILEBUF найдет, что этот файл не от-

крыт для чтения, она немедленно возвращает EOF. В противном

случае она пытается выделить большой буфер, а если ей это не

удается, то буфер из одного символа. При этом она заносит в

_FLAG соответствующую информацию о буферизации.

Раз буфер уже создан, функция _FILEBUF просто вызывает

функцию READ для его заполнения, устанавливает счетчик и

указатели и возвращает символ из начала буфера.

Единственный оставшийся невыясненным вопрос состоит в

том, как все начинается. Массив _IOB должен быть определен и

инициализирован для STDIN, STDOUT и STDERR:

FILE _IOB[NFILE] = \(

(NULL,0,_READ,0), /*STDIN*/

(NULL,0,NULL,1), /*STDOUT*/

(NULL,0,NULL,_WRITE \! _UNBUF,2) /*STDERR*/

);

Из инициализации части _FLAG этого массива структур видно,

что файл STDIN предназначен для чтения, файл STDOUT - для

записи и файл STDERR - для записи без использования буфера.