ости перед . допускается любое l_значение и затем предполагается, что это l_значение имеет форму структуры, для которой стоящее справа имя явля- ется членом. Таким же образом, от выражения, стоящего перед ->, требуется только быть указателем или целым. В случае указателя предполагается, что он указывает на структуру, для которой стоящее справа имя является членом. В случае целого оно рассматривается как абсолютный адрес соответствующей структуры, заданный в единицах машинной памяти. Такие структуры не являются переносимыми. -46- 10.2. Функции Только две операции можно применять к функции: вызвать ее или извлечь ее адрес. Если имя функции входит в выражение не в позиции имени функции, соответствующей обращению к ней, то генерируется указатель на эту функцию. Следовательно, чтобы передать одну функцию другой, можно написать int f(); ... g(f); тогда определение функции g могло бы выглядеть так: g(funcp) int (*funcp)(); { ... (*funcp)(); ... } Обратите внимание, что в вызывающей процедуре функция f должна быть описана явно, потому что за ее появлением в g(f) не следует скобка "(". 10.3. Массивы, указатели и индексация Каждый раз, когда идентификатор, имеющий тип массива, появляется в выражении, он преобразуется в указатель на пер- вый член этого массива. Из-за этого преобразования массивы не являются l_значениями. По определению операция индексации "[]" интерпретируется таким образом, что e1[e2] считается идентичным выражению *((e1)+(e2)). Согласно правилам преоб- разований, применяемым при операции +, если e1 - массив, а e2 - целое, то e1[e2] ссылается на e2-й член массива e1. Поэтому, несмотря на несимметричный вид, операция индексации является коммутативной. В случае многомерных массивов применяется аналогичное правило. Если e является n-мерным массивом размера i*j*...*k, то при появлении в выражении e преобразуется в указатель на (n-1)-мерный массив размера j*...*k. Если опе- рация * либо явно, либо неявно, как результат индексации, применяется к этому указателю, то результатом операции будет указанный (n-1)-мерный массив, который сам немедленно преоб- разуется в указатель. Рассмотрим, например, описание: int u[3][5]; Здесь u - массив целых размера 3*5. При появлении в -47- выражении u преобразуется в указатель на первый из трех мас- сивов из 5 целых. В выражении u[i], которое эквивалентно *(u+i), сначала u преобразуется в указатель так, как описано выше; затем i преобразуется к типу u, что вызывает умножение i на длину объекта, на который указывает указатель, а именно на 5 целых объектов. Результаты складываются, и применение косвенной адресации дает массив (из 5 целых), который в свою очередь преобразуется в указатель на первое из этих целых. Если в выражение входит и другой индекс, то та же самая аргументация применяется снова; результатом на этот раз будет целое. Из всего этого следует, что массивы в языке Си хранятся построчно (последний индекс изменяется быстрее всего) и что первый индекс в описании помогает определить общее коли- чество памяти, требуемое для хранения массива, но не играет никакой другой роли в вычислениях, связанных с индексацией. 10.4. Явные преобразования указателей Разрешаются определенные преобразования с использова- нием указателей. Они имеют некоторые зависящие от конкрет- ной реализации аспекты. Все эти преобразования задаются с помощью операции явного преобразования типа. Указатель может быть преобразован в любой из целочис- ленных типов, достаточно большой для его хранения. Требуется ли при этом int или long, зависит от конкретной машины (в ОС ДЕМОС для СМ ЭВМ требуется int). Преобразующая функция также является машинно-зависимой, но она будет вполне естественной для тех, кто знает структуру адресации в машине. Детали для некоторых конкретных машин приводятся ниже. Объект целочисленного типа может быть явным образом преобразован в указатель. Такое преобразование всегда пере- водит преобразованное из указателя целое в тот же самый ука- затель, но в других случаях оно будет машинно-зависимым. Указатель на один тип может быть преобразован в указа- тель на другой тип. Если преобразуемый указатель не указы- вает на объекты, которые подходящим образом выравнены в памяти, то результирующий указатель может при использовании вызывать ошибки адресации. Гарантируется, что указатель на объект заданного размера может быть преобразован в указатель на объект меньшего размера и снова обратно, не претерпев при этом изменения. Например, процедура распределения памяти alloc могла бы принимать запрос на размер выделяемого объекта в байтах, а возвращать указатель на символы; это можно было бы использо- вать следующим образом. -48- extern char *alloc(); double *dp; dp=(double*) alloc(sizeof(double)); *dp=22.0/7.0; Функция alloc должна обеспечивать (машинно-зависимым спосо- бом), что возвращаемое ею значение будет подходящим для пре- образования в указатель на double; в таком случае использо- вание этой функции будет переносимым. Представление указателя на CM-ЭВМ соответствует 16- битовому целому и измеряется в байтах. Объекты типа char не имеют никаких ограничений на выравнивание; все остальные объекты должны иметь четные адреса.  * 11. КОНСТАНТНЫЕ ВЫРАЖЕНИЯ В нескольких местах в языке Си требуются выражения, которые после вычисления становятся константами: после вари- антного префикса case, в качестве границ массивов и в иници- ализаторах. В первых двух случаях выражение может содержать только целые константы, символьные константы и выражения sizeof, возможно связанные либо бинарными операциями + - * / . % & | ^ << >> == 1= <> <= >= либо унарными операциями - ~ либо тернарной операцией ?: Круглые скобки могут использоваться для группировки, но не для обращения к функциям. В случае инициализаторов допускается большая (ударение на букву о) свобода; кроме перечисленных выше константных выражений можно также применять унарную операцию & к внешним или статическим объектам и к внешним или статическим масси- вам, имеющим в качестве индексов константное выражение. Унарная операция & может быть также применена неявно, в результате появления неиндексированных массивов и функций. Основное правило заключается в том, что после вычисления инициализатор должен становится либо константой, либо адре- сом ранее описанного внешнего или статического объекта плюс или минус константа.  * 12. СООБРАЖЕНИЯ О ПЕРЕНОСИМОСТИ Одним из достоинств языка Си считается переносимость программ на Си, которая связана как с относительной машинной -49- независимостью самого языка, так и с совместимостью среды, обеспечиваемой совместимыми с ОС UNIX операционными систе- мами. Вместе с тем, при написании на языке Си таких прог- рамм, которые не должны зависеть от конкретной ЭВМ, необхо- димо учитывать то, что некоторые части языка Си по своей сути машинно-зависимы. Следующее ниже перечисление потенци- альных трудностей хотя и не являются всеобъемлющими, но выделяет основные из них. Вопросы, целиком связанные с аппаратным оборудованием, такие как размер слова, свойства вещественной арифметики и целого деления, не представляют особенных затруднений. Дру- гие аспекты аппаратных средств находят свое отражение в раз- личных реализациях. Некоторые из них, в частности, знаковое расширение (преобразующее отрицательный символ в отрицатель- ное целое) и порядок, в котором помещаются байты в слове, представляют собой неприятность, которая должна тщательно отслеживаться. Большинство остальных проблем этого типа не вызывает сколько_нибудь значительных затруднений. Число переменных типа register, которое фактически может быть помещено в регистры, меняется от машины к машине, также как и набор допустимых для них типов. Тем не менее все компиляторы на своих машинах работают надлежащим образом; лишние или недопустимые регистровые описания игнорируются. Некоторые трудности возникают только при использовании сомнительной практики программирования, или при использова- нии особенностей конкретной реализации. Писать программы, которые зависят от таких особенностей, чрезвычайно нера- зумно. Языком не указывается порядок вычисления аргументов функций; они вычисляются справа налево на CM-ЭВМ и ЭВМ PDP- 11 и VAXR-11 фирмы DEC и слева направо на большинстве остальных машин. Порядок, в котором происходят побочные эффекты, также не специфицируется. Так как символьные константы в действительности явля- ются объектами типа int, допускается использование символь- ных констант, состоящих из нескольких символов. Однако, пос- кольку порядок, в котором символы приписываются к слову, меняется от машины к машине, конкретная реализация оказыва- ется весьма машинно_зависимой. Порядок присваивания полей к словам и символов к целым также зависит от ЭВМ. Такие различия незаметны для изолиро- ванных программ, в которых не разрешено смешивать типы (пре- образуя, например, указатель на int в указатель на char и затем проверяя указываемую память), но должны учитываться при согласовании с накладываемыми извне схемами памяти. -50- Язык, принятый на различных компиляторах, отличается только незначительными деталями. Самое заметное отличие сос- тоит в том, что используемый в настоящее время компилятор на CM-ЭВМ не инициализирует структуры, которые содержат поля битов, не имеет типа "unsigned char" и имеет некоторые огра- ничения на операции присваивания в определенных контекстах, связанных с использованием значения присваивания структур. 12.1. Анахронизмы В старых программах можно встретить некоторые устарев- шие конструкции. Хотя большинство версий компилятора поддер- живает такие анахронизмы, они в конце концов исчезнут, оста- вив за собой только проблемы переносимости. В ранних версиях Си для проблем присваивания использо- валась форма =оп, а не оп=, приводя к двусмысленностям, типичным примером которых является х =-1 где х фактически уменьшается, поскольку операции = и - при- мыкают друг к другу, но что вполне могло рассматриваться и как присваивание -1 к х. Синтаксис инициализаторов изменился: раньше знак равенства, с которого начинается инициализатор, отсутство- вал, так что вместо int х = 1; использовалось int х 1; изменение было внесено из_за инициализации int f (1+2) которая достаточно сильно напоминает определение функции, чтобы смутить компиляторы.  * 13. СТАНДАРТНАЯ БИБЛИОТЕКА ВВОДА И ВЫВОДА Средства ввода/вывода не являются составной частью языка Си. В этой главе будет описана "стандартная библио- тека ввода/вывода", то есть набор функций, разработанных для обеспечения стандартной системы ввода/вывода для Си- прог- рамм. Эти функции отражают только те операции, которые могут быть обеспечены на большинстве современных операционных сис- тем. Процедуры достаточно эффективны для того, чтобы пользо- ватели редко чувствовали необходимость обойти их "ради -51- эффективности", как бы ни была важна конкретная задача. И наконец, эти процедуры были задуманы авторами языка "перено- симыми" в том смысле, что они должны существовать в совмес- тимом виде на любой системе, где имеется язык Си, и что программы, которые ограничивают свои взаимодействия с сис- темными возможностями, предоставляемыми стандартной библио- текой, можно будет переносить с одной системы на другую по существу без изменений. Далее описываются основные принципы организации ввода/вывода в программах на языке Си, использующих библио- теку ввода/вывода. Полное описание этой библиотеки имеется в руководстве программиста (часть 4) или в оперативной доку- ментации ("man(3)"). Программы, работающие в ОС ДЕМОС, могут также обращаться к функциям ввода/вывода низкого уровня, которые реализованы непосредственно в ядре ОС ДЕМОС, но такая необходимость возникает достаточно редко. 13.1. Обращение к стандартной библиотеке Каждый исходный файл, который обращается к функции из стандартной библиотеки, должен где то в начале содержать строку #include <stdio.h> В файле stdio.h определяются некоторые макросы и переменные, используемые библиотекой ввода/вывода. 13.2. Стандартный ввод и вывод Самый простой механизм ввода заключается в чтении по одному символу за раз из "стандартного ввода" (обычно с тер- минала пользователя) с помощью функции getchar. Функция getchar() целого типа при каждом к ней обращении возвращает следующий вводимый символ. В большинстве систем, которые поддерживают язык Си, терминал может быть заменен некоторым файлом с помощью обозначения "<". Если некоторая программа prog использует функцию getchar, то командная строка prog <infile приведет к тому, что prog будет читать из файла infile, а не с терминала. Переключение ввода делается таким образом, что сама программа prog не замечает изменения; в частности строка "<infile" не включается в командную строку аргументов (см. следующую главу). Переключение ввода оказывается неза- метным и в том случае, когда вывод поступает из другой прог- раммы через межпроцессный канал. Например, командная строка otherprog | prog прогоняет две программы, otherprog и prog, так, что -52- стандартным вводом для prog служит стандартный вывод other- prog. Функция getchar возвращает значение EOF, когда достига- ется конец файла, какой бы ввод она при этом не считывала. Стандартная библиотека полагает символическую константу EOF равной -1 (посредством #define в файле stdio.h), но проверки следует писать в терминах EOF, а не -1, чтобы избежать зави- симости от конкретного значения. Вывод можно осуществлять с помощью функции putchar(c), помещающей символ 'c' в "стандартный вывод", который по умолчанию является терминалом. Вывод можно при вызове прог- раммы направить в некоторый файл с помощью обозначения ">". Если prog использует putchar, то командная строка prog > outfile приведет к записи стандартного вывода в файл outfile, а не на терминал. В системе ДЕМОС можно также использовать межп- роцессный канал. В стандартной библиотеке ввода/вывода "функции" getchar и putchar на самом деле могут быть макросами. Это позволяет избежать накладных расходов на обращение к функции для обра- ботки каждого символа. 13.3. Форматный вывод - функция printf Две функции: printf для вывода и scanf для ввода (сле- дующий раздел) позволяют преобразовывать численные величины в символьное представление и обратно. Они также позволяют генерировать и интерпретировать форматные строки. Функция printf(control, arg1, arg2, ...) преобразует аргументы в текстовую форму в соответствии с форматами, заданными в управляющей строке control, и выдает результат в стандартный вывод. Управляющая строка содержит два типа объектов: обычные символы, которые просто копиру- ются в выходной поток, и спецификации преобразований, каждая из которых вызывает преобразование и печать очередного аргу- мента printf. Каждая спецификация преобразования начинается с символа "%" и заканчивается символом преобразования (буквой, опреде- ляющей тип преобразования). Между "%" и символом преобразо- вания могут находиться: - Знак минус, который вызывает выравнивание преобразо- ванного аргумента по левому краю поля. -53- - Строка цифр, задающая минимальную ширину поля. Преоб- разованное число будет напечатано в поле по крайней мере этой ширины, а если необходимо, то и в более широком. Если преобразованный аргумент имеет меньше символов, чем указанная ширина поля, то он будет дополнен слева (или справа, если было указано вырав- нивание по левому краю) заполняющими символами до этой ширины. Заполняющим символом обычно является пробел, а если ширина поля указывается с лидирующим нулем, то этим символом будет нуль (лидирующий нуль в данном случае не означает восьмеричной ширины поля). - Точка, которая отделяет ширину поля от следующей строки цифр. - Строка цифр (точность); указывает максимальное число символов строки, которые должны быть напечатаны, или число печатаемых справа от десятичной точки цифр для переменных типа float или double. - Модификатор длины l, который указывает, что соот- ветствующий элемент данных имеет тип long, а не int. Ниже приводятся символы преобразования и их смысл: d - аргумент преобразуется к десятичному виду; o - аргумент преобразуется в беззнаковую восьмеричную форму (без лидирующего нуля); x - аргумент преобразуется в беззнаковую шестнадцатерич- ную форму (без лидирующих 0х); u - аргумент преобразуется в беззнаковую десятичную форму; c - аргумент рассматривается как отдельный символ; s - аргумент является строкой: символы строки печатаются до тех пор, пока не будет достигнут нулевой символ или не будет напечатано количество символов, указан- ное в спецификации точности; e - аргумент, рассматриваемый как переменная типа float или double, преобразуется в десятичную форму в виде [-]m.nnnnnne[+-]хх, где длина строки из n определя- ется указанной точностью. Точность по умолчанию равна 6; f - аргумент, рассматриваемый как переменная типа float или double, преобразуется в десятичную форму в виде [-]mmm.nnnnn, где длина строки из n определяется ука- занной точностью. Точность по умолчанию равна 6. -54- Отметим, что эта точность не определяет количество печатаемых в формате f значащих цифр; g - используется или формат %e или %f, какой короче; нез- начащие нули не печатаются. Вместо "ld"можно использовать "D", вместо "lo" - "O", вместо "lx" - "X". Если идущий за % символ не является символом преобразо- вания, то печатается сам этот символ; следовательно,символ % можно напечатать, указав %%. Большинство из форматных преобразований очевидно. Единственным исключением является то, как точность взаимо- действует со строками. Следующая таблица демонстрирует влия- ние различных спецификаций на печать "hello, world" (12 сим- волов). Вокруг каждого поля помещены двоеточия для того, чтобы можно было определить его протяженность. :%10s: :hello, world: :%10-s: :hello, world: :%20s: : hello, world: :%-20s: :hello, world : :%20.10s: : hello, wor: :%-20.10s: :hello, wor : :%.10s: :hello, wor: ПРЕДОСТЕРЕЖЕНИЕ: printf использует свой первый аргумент для определения числа последующих аргументов и их типов. Если количество аргументов окажется недостаточным или они будут иметь несоответствующие типы, то возникнет путаница и результаты будут неверными. 13.4. Форматный ввод - функция scanf Осуществляющая ввод функция scanf является аналогом printf и позволяет проводить в обратном направлении многие из тех же самых преобразований. Функция scanf(control, arg1, arg2, ...) читает символы из стандартного ввода, интерпретирует их в соответствии с форматом, указанном в аргументе control, и помещает результаты в остальные аргументы. Управляющая строка описывается ниже; другие аргументы, каждый из которых должен быть указателем, определяют, куда следует поместить соответствующим образом преобразованный ввод. Управляющая строка обычно содержит спецификации преоб- разования, которые используются для непосредственной интерп- ретации входных последовательностей. Управляющая строка -55- может содержать: - пробелы, табуляции или символы новой строки ("символы пустых промежутков"), которые игнорируются; - обычные символы (не %), которые предполагаются совпа- дающими со следующими отличными от "символов пустых промежутков" символами входного потока; - спецификации преобразования, состоящие из символа %, необязательного символа подавления присваивания *, необязательного числа, задающего максимальную ширину поля и символа преобразования. Спецификация преобразования управляет преобразованием следующего поля ввода. Обычно результат помещается в пере- менную, которая указывается соответствующим аргументом. Если, однако , с помощью символа * указано подавление прис- ваивания, то это поле ввода просто пропускается и никакого присваивания не производится. Поле ввода определяется как строка символов, которые отличны от "символов простых проме- жутков"; оно продолжается либо до следующего символа пустого промежутка, либо пока не будет исчерпана ширина поля, если она указана. Отсюда следует, что при поиске нужного ей ввода, функция scanf будет пересекать границы строк, пос- кольку символ новой строки является одним из символов пустых промежутков. Имеется возможность задания более сложного алгоритма выделения полей ввода, которая описана в руководстве прог- раммиста ("scanf(3)"). Символ преобразования определяет интерпретацию поля ввода; поскольку в Си аргументы передаются по значению, аргументы scanf должны быть указателями. Допускаются следую- щие символы преобразования: d - На вводе ожидается десятичное целое; соответствующий аргумент должен быть указателем на целое. o - На вводе ожидается восьмеричное целое (с лидирующим нулем или без него); соответствующий аргумент должен быть указателем на целое. x - На вводе ожидается шестнадцатиричное целое (с лидиру- ющими 0х или без них); соответствующий аргумент дол- жен быть указателем на целое. h - На вводе ожидается целое типа short; соответствующий аргумент должен быть указателем на целое типа short. c - Ожидается отдельный символ; соответствующий аргумент должен быть указателем на символы; следующий вводимый -56- символ помещается в указанное место. Обычный пропуск символов пустых промежутков в этом случае подавля- ется; для чтения следующего символа, который не явля- ется символом пустого промежутка, пользуйтесь специ- фикацией преобразования %1s. s - Ожидается символьная строка; соответствующий аргумент должен быть указателем символов, который указывает на массив символов, достаточно большой для принятия строки и добавляемого в конце символа \0. f - Ожидается число с вещественной точкой; соответствую- щий аргумент должен быть указателем на переменную типа float. e - Символ преобразования e является синонимом для f. Формат ввода переменной типа float включает необяза- тельный знак, строку цифр, возможно содержащую деся- тичную точку и необязательное поле экспоненты, состо- ящее из буквы e, за которой следует целое, возможно имеющее знак. Перед символами преобразования d, o и x может стоять буква l, которая означает, что в списке аргументов должен находиться указатель на переменную типа long, а не типа int. Аналогично, буква l может стоять перед символами преобразо- вания e или f, говоря о том, что в списке аргументов должен находиться указатель на переменную типа double, а не типа float. Например, обращение int 1; float х; char name[50]; scanf("%d %f %s", &i, &х, name); со строкой на вводе 25 54.32e-1 thompson приводит к присваиванию i значения 25, х - значения 5.432 и name - строки "thompson", надлежащим образом законченной символом \0. Эти три поля ввода можно разделить произволь- ным числом пробелов, табуляций и символов новой строки, сколько вы пожелаете. Обращение int i; float х; char name[50]; scanf("%2d %f %*d %2s", &i, &х, name); с вводом -57- 56789 0123 45а72 присвоит i значение 56, х - 789.0, пропустит 0123 и поместит в name строку "45". При следующем обращении к любой проце- дуре ввода рассмотрение начнется с буквы a. В этих двух при- мерах name является указателем и, следовательно, перед ним не нужно помещать знак &. В качестве другого примера приведем программу для сум- мирования чисел, вводимых с терминала: #include <stdio.h> main() /* Примитивный калькулятор */ { double sum, v; sum =0; while (scanf("%lf", &v) !=EOF) printf("\t%.2fFI\n", sum += v); } Выполнение функции scanf заканчивается либо тогда, когда она исчерпывает свою управляющую строку, либо когда некоторый элемент ввода не соответствует очередной спецификации преоб- разования. В качестве своего значения она возвращает число правильно распознанных элементов ввода. Это число может быть использовано для определения количества найденных элементов ввода. При выходе на конец файла возвращается EOF; подчерк- нем, что это значение отлично от 0, означающего, что следую- щий вводимый символ не удовлетворяет первой спецификации в управляющей строке. При следующем обращении к scanf поиск возобновляется непосредственно за последним введенным симво- лом. ПРЕДОСТЕРЕЖЕНИЕ: аргументы функции scanf должны быть указателями. Несомненно, наиболее распространенная ошибка состоит в написании scanf("%d", n); вместо scanf("%d", &n); 13.5. Форматное преобразование в памяти От функции scanf и printf происходят функции sscanf и sprintf, которые осуществляют аналогичные преобразования, но оперируют со строкой, а не с файлом. Обращения к этим функ- циям имеют вид: -58- sprintf(string, control, arg1, arg2, ...) sscanf(string, control, arg1, arg2, ...) Как и раньше , функция sprintf преобразует свои аргументы arg1, arg2 и т.д. в соответствии с форматом, указанным в control, но помещает результаты в string, а не в стандартный вывод. Конечно, строка string должна быть достаточно велика, чтобы принять результат. Например, если name - это символь- ный массив, а n - целое, то sprintf(name, "temp%d", n); создает в name строку вида "tempnnn", где nnn - значение n. Функция sscanf выполняет обратные преобразования - она просматривает строку string в соответствии с форматом в аргументе control и помещает результирующие значения в аргу- менты arg1, arg2 и т.д. Эти аргументы должны быть указате- лями. В результате обращения sscanf(name, "temp%d", &n); переменная n получает значение строки цифр, следующих за temp в name. 13.6. Доступ к файлам Описанные в начале данного раздела программы читают из стандартного ввода и пишут в стандартный вывод, которые пре- доставляются программе операционной системой. Для программ, которые сами должны организовывать связь с файлами, в библиотеке ввода/вывода действуют следующие правила. Прежде чем считывать из некоторого файла или записы- вать в него, этот файл должен быть открыт с помощью функции open из стандартной библиотеки. Функция fopen берет внешнее имя (подобное х.c или "temp002") и возвращает внутреннее имя, которое должно использоваться при последующих чтениях из файла или записях в него. Это внутреннее имя, называемое "указателем файла", фак- тически является указателем структуры, которая содержит информацию о файле, такую как место размещения буфера, теку- щая позиция символа в буфере, происходит ли чтение из файла или запись в него и тому подобное. Пользователи не обязаны знать эти детали, потому что среди определений, получаемых из файла stdio.h, содержится определение этой структуры. Единственное необходимое для указателя файла описание демонстрируется примером: FILE *fp; -59- Здесь говорится, что fp является указателем на FILE. Обратите внимание, что file является именем типа, подобным int, а не ярлыком структуры; это реализовано через "#define". Обращение к функции fopen в программе имеет вид: fp=fopen(name,mode); Первым аргументом функции fopen является имя файла, которое задается в виде символьной сроки "name". Второй аргумент mode (режим) также является символьной строкой, которая ука- зывает, как этот файл будет использоваться. Допустимыми режимами являются: чтение (r), запись (w) и добавление (a), возможен еще символ + справа (например, r+), который озна- чает, что возможно и чтение, и запись в файл. Если вы откроете файл, который еще не существует, для записи или добавления, то такой файл будет создан (если это возможно). Открытие существующего файла на запись приводит к отбрасыванию его старого содержимого. Попытка чтения несу- ществующего файла является ощибкой. Ошибки могут быть обус- ловлены и другими причинами (например, попытка чтения из файла, не имея на то разрешения). При наличии какой-либо ошибки функция возвращает нулевое значение указателя NULL (которое для удобства также определяется в файле stdio.h). Другой необходимой вещью является способ чтения или записи, если файл уже открыт. Здесь имеется несколько воз- можностей, из которых getc и putc являются простейшими. Функция getc считывает из файла следующий символ; ей необхо- дим указатель файла, чтобы знать, из какого файла читать. Обращение: c=getc(fp) помещает в c следующий символ из файла, указанного посредст- вом fp, и EOF, если достигнут конец файла. Функция putc: putc(c,fp) помещает символ c в файл fp и возвращает c. Подобно функциям getchar и putchar, getc и putc могут быть макросами, а не функциями. При запуске программы автоматически открываются три файла, которые снабжены определенными указателями файлов. Этими файлами являются стандартный ввод, стандартный вывод и стандартный вывод ошибок; соответствующие указатели файлов называются stdin, stdout и stderr. Обычно все эти указатели связаны с терминалом, но stdin и stdout могут быть перенап- равлены на файлы или в межпроцессный канал. Функции getchar и putchar могут быть определены в тер- минах getc, putc, stdin и stdout следующим образом: #define getchar() getc(stdin) #define putchar(c) putc(c, stdout) -60- При работе с файлами для форматного ввода и вывода можно использовать функции fscanf и fprintf. Они идентичны функ- циям scanf и printf, за исключением того, что первым аргу- ментом является указатель файла, определяющий тот файл, который будет читаться или куда будет вестись запись; управ- ляющая строка будет вторым аргументом. Указатели файлов stdin и stdout заранее определены в библиотеке ввода-вывода как стандартный ввод и стандартный вывод; они могут быть использованы в любом месте, где можно использовать объект типа FILE *. Они, однако, являются конс- тантами, а не переменными, так что их нельзя изменять. Функция fclose является обратной по отношению к fopen; она разрывает связь между указателем файла и внешним именем, установленную функцией fopen, и высвобождает указатель файла для другого файла. В операционной системе имеются ограниче- ния на число одновременно открытых файлов, которыми может распоряжаться программа. Функция fclose закрывает файл, а также вызывает выдачу информации из буфера, в котором putc собирает вывод (при нормальном завершении программы функция fclose вызывается автоматически для каждого открытого файла). 13.7. Обработка ошибок - stderr и exit При печати диагностических сообщений желательно, чтобы они поступали на терминал, даже если стандартный вывод пос- тупает в некоторый файл или в межпроцессный канал. Чтобы лучше обрабатывать такую ситуацию, к программе точно таким же образом, как stdin и stdout, автоматически присоединяется второй выходной файл, называемый stderr. Если это вообще возможно, вывод, записанный в файле stderr, появ- ляется на терминале пользователя, даже если стандартный вывод направляется в другое место (на самом деле имеется возможность направить такие сообщения в файл, но этого не происходит при простом перенаправлении стандартного вывода). Программа может также использовать функцию exit из стандартной библиотеки, обращение к которой вызывает завер- шение выполнения программы. Аргумент функции exit доступен программе, вызвавшей программу пользователя в качестве под- задачи, так что она может проверить успешное или неудачное завершение данной программы. По соглашению, величина 0 в качестве возвращаемого значения свидетельствует о том, что все в порядке, а различные ненулевые значения являются приз- наками ненормальных ситуаций. Функция exit вызывает функцию fclose для каждого откры- того выходного файла, с тем чтобы вывести всю помещенную в буферы выходную информацию, а затем вызывает функцию _exit. Функция _exit приводит к немедленному завершению без очистки -61- каких-либо буферов; конечно, при желании к этой функции можно обратиться непосредственно. 13.8. Ввод и вывод строк Стандартная библиотека содержит функцию fgets. В результате обращения fgets(line, maxline, fp) следующая строка ввода (включая символ новой строки) считы- вается из файла fp в символьный массив line; самое большее maxline-1 символ будет прочитан. Результирующая строка заканчивается символом \0. Обычно функция fgets возвращает line; в конце файла она возвращает NULL. Предназначенная для вывода функция fputs записывает строку (которая не обязана содержать символ новой строки) в файл: fputs(line, fp) Функции gets и puts являются упрощенными вариантами fgets и fputs, которые работают с файлами стандартного ввода и вывода и не проверяют длину строки; gets не записы- вает символ новой строки в память, а puts дописывает этот символ в файл в конце строки: gets(line) puts(line) 13.9. Функция ungetc Стандартная библиотека содержит функцию, возвращающую последний считанный символ. В результате обращения ungetc(c,fp) символ c возвращается в файл fp. Позволяется возвращать в каждый файл только один символ. 13.10. Разные стандартные функции Стандартная библиотека предоставляет множество разнооб- разных функций, некоторые из которых оказываются особенно полезными. 13.10.1. Управление памятью Функция calloc служит для запросов памяти. В резуль- тате обращения -62- calloc(n, sizeof(objеct)) возвращается либо указатель пространства, достаточного для размещения n объектов указанного размера, либо NULL, если запрос не может быть удовлетворен. Отводимая память инициа- лизируется нулевыми значениями. Функция malloc делает то же самое, но память задается в байтах: malloc(size) Указатель обладает нужным для рассматриваемых объектов выравниванием, но ему следует приписывать соответствующий тип, как в следующем примере char *calloc(); int *ip; ip=(int*) calloc(n,sizeof(int)); Функция free(p) освобождает пространство, на которое указывает p, причем указатель p первоначально должен быть получен в результате обращения к calloc. Здесь нет никаких ограничений на порядок освобождения пространства, но осво- бождение чего либо, не полученного с помощью calloc или mal- loc, приводит к тяжелым ошибкам. 13.10.2. Стандартные функции языка Си В стандартную библиотеку функций на языке Си входит, помимо описанных, множество самых разных функций. Подробное описание их приведено в руководстве программисту по ОС ДЕМОС, часть 4 (библиотечные функции), и в оперативной доку- ментации (man(3)). Ниже в скобках приведены названия разде- лов оперативной документации, в которых имеются соответству- ющие описания: - операции со строками (string); - преобразование данных без sscanf и sprintf" (atoi, itoa, atof, ftoa); - математические функции (sin, exp, ...); - проверка и преобразование символов (ctype); - и многое другое.  * 14. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ОПЕРАЦИОННОЙ СИСТЕМОЙ -63- 14.1. Подготовка программ на Си в ОС ДЕМОС В операционной системе ДЕМОС программы могут состоять из одного или нескольких модулей, написанных на языках Си, Фортран-77, Ассемблер. Для трансляции и сборки программ на языке Си служит команда cc. В простейшем случае трансляция осуществляется по команде: cc файл1.c файл2.c ... где файл1.c, файл2.c, ... - имена файлов, содержащих прог- раммы на языке Си (имена таких файлов должны оканчиваться на суффикс .c). Команда осуществляет трансляцию перечисленных программ и их объединение редактором связей. Если трансля- ция прошла без ошибок, создается исполняемый файл a.out, который можно запустить на счет, введя команду: a.out (то есть набрав просто имя этого файла). Трансляцию часто проводят в два этапа: сначала транслируют отдельные прог- раммы, получая объектные модули, а затем объединяют их вместе (в предыдущем примере это было сделано автоматически командой cc). Раздельная трансляция выглядит примерно так: cc файл1.c файл2.c ... cc файлN.c файлN1.c ... cc файл1.o файл2.o ... файлN.o ... В более сложном случае программа может состоять из модулей на разных языках, результат трансляции может быть записан в файл, отличный от a.out, можно оттранслировать программу для отладки с помощью отладчика cdeb, и т.п. Подробное описание вызова компилятора имеется в руководстве программиста (cc(1), ld(1)). В общем случае программы на Си запускаются интерпретаторами shell или cshell командой: имя_файла аргументы назначение_ввода_вывода где любая часть, кроме имени файла, может отсутствовать. Любая программа на Си в ОС ДЕМОС должна содержать головную функцию с именем main. Работа программы начинается с этой функции, причем информация о аргументах команды пере- дается через ее формальные параметры. 14.2. Доступ к аргументам команды Операционная система ДЕМОС позволяет передавать аргу- менты команды начинающей выполняться программе. Когда функ- ция main вызывается системой, она вызывается с двумя аргу- ментами. Первый аргумент (типа int, условно называемый argc) указывает число аргументов в командной строке, с которыми -64- происходит обращение к программе; второй аргумент (argv) является указателем на массив символьных строк, содержащих эти аргументы, по одному в строке. Самую простую иллюстрацию этой возможности и необходи- мых при этом описаний дает программа echo, которая просто печатает в одну строку аргументы командной строки, разделяя их пробелами. , Если дана команда echo hello, world то в результате получим: hello, world По соглашению argv[0] является именем, по которому вызывается программа, так что argc по меньшей мере равен 1. В приведенном выше примере argc равен 3, а argv[0], argv[1] и argv[2] равны соответственно echo, hello, и world. Первым фактическим агументом является argv[1], а последним - argv[argc-1]. Если argc равен 1, то за именем программы не следует никакой командной строки аргументов. Все это пока- зано в echo: main(argc, argv) int argc; char *argv[]; { int i; for (i = 1; i < argc; i++) printf("%s%c", argv[i], (i<argc-1) ? ' ' : '\n'); } Поскольку argv является указателем на массив указателей, то существует несколько способов написания этой программы, использующих работу с указателем, а не с индексацией мас- сива. Следующий пример демонстрирует другой вариант: main(argc, argv) int argc; char **argv; { while (--argc > 0) printf("%s%c",*++argv, (argc > 1) ? ' ' : '\n'); } Кроме строки аргументов, программа получает от системы набор переменных, описывающих среду, в которой она выполня- ется. Каждая переменная состоит из имени и значения -65- (текстовой строки). Например, переменная TERM передает тип терминала, с которого программа запущена. Для запроса значе- ния переменной по имени используется функция getenv: char *getenv(); par = getenv("имя_переменной") Функция возвращает указатель на строку - значение перемен- ной, либо NULL, если имя не найдено в описании среды.  * 15. ИНТЕРФЕЙС СИСТЕМЫ ДЕМОС Все без исключения возможности операционной системы ДЕМОС доступны из программ на языке Си. Материал этой главы относится к интерфейсу между Си-программами и операционной системой ДЕМОС. Материал делится на следующие части: ввод/вывод, система файлов, процессы, сигналы. Предполага- ется знание основных концепций ОС ДЕМОС, а также понятий "файл", "процесс", "сигнал". Подробное описание системных вызовов и соответствующих им функций из стандартной библио- теке имеется в руководстве программиста по ОС ДЕМОС и в опе- ративной документации (части 2 и 3). Например, если в опи- сании говорится о функции popen(3), то подробное описание следует искать в руководстве программиста, часть 4, или в оперативной документации, часть 3; справку о функции можно получить на терминал, набрав man 3 popen. 15.1. Ввод/вывод В описании библиотеки ввода/вывода был описан универ- сальный интерфейс, который одинаков для всего многообразия операционных систем. На каждой конкретной операционной сис- теме функции стандартной библиотеки должны быть написаны в терминах ввода-вывода, доступных на данной машине. В следую- щих разделах описан набор функций ввода/вывода нижнего уровня, поддерживаемых ядром операционной системы ДЕМОС. 15.1.1. Дескрипторы файлов В операционной системе ДЕМОС весь ввод и вывод осу- ществляется посредством чтения файлов или их записи, потому что все периферийные устройства, включая терминал пользова- теля, являются файлами определенной файловой системы. Это означает, что один однородный интерфейс управляет всеми свя- зями между программой и периферийными устройствами. В наиболее общем случае перед чтением из файла или записью в файл необходимо сообщить системе о намерении сде- лать это; этот процесс называется "открытием" файла. Система выясняет, имеет ли программа право поступать таким образом (существует ли этот файл? имеется ли разрешение на обраще- ние к нему?), и если все в порядке, возвращает в программу небольшое положительное целое число, называемое дескриптором -66- файла. Всякий раз, когда этот файл используется для ввода или вывода, для идентификации файла употребляется дескриптор файла, а не его имя (здесь существует примерная аналогия с использованием read (5,...) и write (6,...) в Фортране). Вся информация об открытом файле содержится в системе; программа пользователя обращается к файлу только через дескриптор файла. Для удобства выполнения обычных операций ввода и вывода с помощью терминала пользователя существуют специальные сог- лашения. Когда интерпретатор команд (shell) прогоняет прог- рамму, он открывает три файла, называемые стандартным вво- дом, стандартным выводом и стандартным выводом ошибок, кото- рые имеют соответственно числа 0, 1 и 2 в качестве дескрип- торов этих файлов. В нормальном состоянии все они связаны с терминалом, так что если программа читает с дескриптором файла 0 и пишет с дескрипторами файлов 1 и 2, то она может осуществлять ввод и вывод с помощью терминала, не заботясь об открытии соответствующих файлов. Пользователь программы может перенаправлять ввод и вывод на файлы, используя в интерпретаторе команд символы < и >: prog < infile > outfile В этом случае интерпретатор команд изменит определение дескрипторов файлов 0 и 1 с терминала на указанные файлы. Обычно дескриптор файла 2 остается связанным с терминалом, так что сообщения об ошибках могут поступать туда. Подобные замечания справедливы и тогда, когда ввод и вывод связан с межпроцессным каналом. Следует отметить, что в этом случае связь программы с файлами изменяется интерпретатором shell (или cshell), а не программой. Сама программа, пока она использует файл 0 для ввода и файлы 1 и 2 для вывода, не знает ни откуда приходит ее ввод, ни куда поступает ее выдача. 15.1.2. Низкоуровневый ввод/вывод. Самый низкий уровень ввода/вывода в системе ДЕМОС не предусматривает ни какой-либо буферизации, ни какого-либо другого сервиса; он по существу является непосредственным обращением к операционной системе. Весь ввод и вывод осу- ществляется двумя функциями: read и write. Первым аргумен- том обеих функций является дескриптор файла. Вторым аргумен- том является буфер в вашей программе, откуда или куда должны поступать данные. Третий аргумент - это число подлежащих пересылке байтов. Обращения к этим функциям имеют вид: n_read=read(fd,buf,n); n_written=write(fd,buf,n); -67- При каждом обращении возвращается счетчик байтов, указываю- щий фактическое число переданных байтов. При чтении возвра- щенное число байтов может оказаться меньше, чем запрошенное число. Возвращенное нулевое число байтов означает конец файла, а "-1" указывает на наличие какой-либо ошибки. При записи возвращенное значение равно числу фактически записан- ных байтов; несовпадение этого числа с числом байтов, кото- рое предполагалось записать, обычно свидетельствует об ошибке. Количество байтов, подлежащих чтению или записи, может быть совершенно произвольным. Двумя самыми распространенными величинами являются "1", что означает передачу одного сим- вола за обращение (т.е. без использования буфера), и "512", что соответствует физическому размеру блока на многих пери- ферийных устройствах. Этот последний размер будет наиболее эффективным, но даже ввод или вывод по одному символу за обращение не будет слишком дорогим. Пример. Копирование ввода на вывод. В системе ДЕМОС эта программа будет копировать что угодно куда угодно, потому что ввод и вывод могут быть перенаправлены на любой файл или устройство. #define BUFSIZE 512 main() /*copy input to output*/ { char buf[BUFSIZE]; int n; while((n=read(0,buf,BUFSIZE))>0) write(1,buf,n); } Если размер файла не будет кратен BUFSIZE, то при очередном обращении к read будет возвращено меньшее число байтов, которые затем записываются с помощью write; при следующем после этого обращении к read будет возвращен нуль. 15.1.3. Открытие, создание, закрытие и удаление Во всех случаях, если только не используются определен- ные по умолчанию стандартные файлы ввода, вывода и ошибок, вы должны явно открывать файлы, чтобы затем читать из них или писать в них. Для этой цели существуют две функции: open и creat. Функция open весьма сходна с функцией fopen, рассмот- ренной выше, за исключением того, что вместо возвращения указателя файла она возвращает дескриптор файла, который является просто целым типа int. int fd; fd=open(name,rwmode); -68- Как и в случае fopen, аргумент name является символьной строкой, соответствующей внешнему имени файла. Однако аргу- мент, определяющий режим доступа, отличен: rwmode равно: 0 - для чтения, 1 - для записи, 2 - для чтения и записи. Если происходит какая-то ошибка, функция open возвращает "-1"; в противном случае она возвращает неотрицательный дескриптор файла. Попытка открыть файл, который не существует, является ошибкой. Функция creat предоставляет возможность создания новых файлов или перезаписи старых. В результате обращения: fd=creat(name,pmode); возвращает дескриптор файла, если оказалось возможным соз- дать файл с именем name, и "-1" в противном случае. Созда- ние файла, который уже существует, не является ошибкой: creat усечет его до нулевой длины. Если файл ранее не существовал, то creat создает его с определенным режимом защиты, специфицируемым аргументом pmode. В системе файлов ОС ДЕМОС с файлом связываются девять битов защиты информации, которые управляют разрешением на чтение, запись и выполнение для владельца файла, для группы владельцев и для всех остальных пользователей. Таким обра- зом, трехзначное восьмеричное число наиболее удобно для записи режима защиты. Например, число 0755 свидетельствует о разрешении на чтение, запись и выполнение для владельца и о разрешении на чтение и выполнение для группы и всех осталь- ных. Существует ограничение (обычно 15 - 25) на количество файлов, которые программа может иметь открытыми одновре- менно. В соответствии с этим любая программа, собирающаяся работать со многими файлами, должна быть подготовлена к пов- торному использованию дескрипторов файлов. Процедура close прерывает связь между дескриптором файла и открытым файлом и освобождает дескриптор файла для использования с другим фай- лом. Завершение выполнения программы через exit или в результате возврата из головной функции приводит к закрытию всех открытых файлов. Функция удаления unlink(filename) удаляет из системы файл с именем filename (Точнее, удаляет имя filename, файл удаляется, если на него не остается ссылок под другими име- нам). 15.1.4. Произвольный доступ - lseek Обычно при работе с файлами ввод и вывод осуществляется последовательно: при каждом обращении к функциям read и write чтение или запись начинаются с позиции, непосредст- венно следующей за предыдущей обработанной. Но при -69- необходимости файл может читаться или записываться в любом произвольном порядке. Обращение к системе с помощью функции lseek позволяет передвигаться по файлу, не производя факти- ческого чтения или записи. В результате обращения lseek(fd,offset,origin); текущая позиция в файле с дескриптором fd передвигается на позицию offset (смещение), которая отсчитывается от места, указываемого аргументом origin (начало отсчета). Последующее чтение или запись будут теперь начинаться с этой позиции. Аргумент offset имеет тип long; fd и origin имеют тип int. Аргумент origin может принимать значения 0, 1 или 2, указы- вая на то, что величина offset должна отсчитываться соот- ветственно от начала файла, от текущей позиции или от конца файла. Например, чтобы дополнить файл, следует перед записью найти его конец: lseek(fd,0l,2); чтобы вернуться к началу, можно написать: lseek(fd,0l,0); Обратите внимание на аргумент 0l; его можно было бы записать и в виде (long) 0. Функция lseek позволяет обращаться с файлами примерно так же, как с большими массивами, только ценой более медлен- ного доступа. Пример. Функция, считывающая любое количество байтов, начи- ная с произвольного места в файле. /*читать n байтов с позиции pos в buf */ get(fd,pos,buf,n) int fd, n; long pos; char *buf; { lseek(fd,pos,0); /*get to pos */ return(read(fd,buf,n)); } 15.2. Управление процессами В операционной системе ДЕМОС часто требуется вызвать из программы и выполнить в виде отдельного процесса другую программу. Следующий раздел описывает простейший способ сделать это, а далее будут рассмотрены базовые средства управления процессами, имеющиеся в ОС ДЕМОС. -70- 15.2.1. Функция system Простейший способ вызвать другую программу - использо- вать стандартную функцию system: system("командная строка") Функция имеет один параметр - строку, которую она анализи- рует и выполняет точно так же, как выполняются команды, вво- димые интерпретатором shell с терминала. Функция выполняет команду и возвращает целое число - код ответа выполненной команды (0, если все кончилось нормально). В командной строке воспринимаются любые символы управления вводом/выводом >, <, и т.п. Следует учесть, что, если в программе вывод буферизу- ется, то перед вызовом функции system необходимо вытолкнуть буфера, например вызвав функцию fflush. 15.2.2. Вызов программы на низком уровне - execl Вызов программы в ОС ДЕМОС осуществляется с помощью нескольких элементарных функций, одна из которых - функция execl - осуществляет вызов новой программы вместо уже выпол- няющейся, без возврата в вызывающую программу. Обращение в ней имеет вид: execl(команда,арг0,арг1,...,аргN,NULL); где "команда" - строка символов, точно именующая файл вызы- ваемой команды. Например, для вызова команды pr необходимо указать имя /bin/pr. Остальные аргументы также представляют собой строки символов и просто передаются команде в качестве аргументов, при этом арг0 обычно представляет собой просто сокращенное имя команды, а остальные аргументы - параметры данной команды. Вызов execl в случае нормального запуска новой прог- раммы заменяет ею текущую программу, управление из функции execl возвращается только в случае ошибки (например, не най- дена команда с указанным именем). В библиотеке имеется целый набор функций, осуществляющих то же самое и отличаю- щихся только представлением параметров (execl(2), execv(2), execvp(2), ...) и тем, что некоторые функции осуществляют поиск команды в стандартном наборе справочников. 15.2.3. Порождение нового процесса - fork Для того, чтобы запустить параллельно новую программу, необходимо прежде всего уметь запускать параллельный про- цесс. Для этого в ОС ДЕМОС служит функция "fork" (развет- виться): -71- proc_id = fork() Программа разделяется на две идентичные копии, которые про- должают выполняться как два независимых процесса. Одна из программ - процесс "сын" - получает от функции fork код ответа 0, другая - "родитель" - получает номер, под которым запущен процесс "сын". В простейшем случае для запуска параллельной программы вызов fork комбинируется с execl сле- дующим образом: if( fork() == 0) { /* Это процесс - сын */ ... настройка файлов ... execl(... ); /*Сюда мы попадаем при ошибке в execl */ perror("Не могу запустить процесс"); exit(1); } ... продолжение основной программы ... Здесь программа после вызова fork анализирует, в каком про- цессе ("родитель" или "сын") она выполняется и, в зависи- мости от этого, ведет себя по разному. Если основная прог- рамма должна ждать окончания "сына", то она должна вызвать функцию wait: int status; ... if( fork() == 0) { ... execl(...); exit(1); } wait(&status)); Функция wait возвращает идентификатор процесса - "сына", и засылает в переменную status код завершения этого процесса. Код завершения состоит из двух частей - младшие 8 битов фор- мируются системой и обозначают причину окончания процесса; в случае нормального окончания по функции exit" они содержат 0. Старшие 8 битов в случае, если программа окончилась в результате вызова exit, берутся из аргумента вызова функции exit; обычно передается 0 при нормальном завершении и число, отличное от нуля, в случае каких либо ошибок. Ни fork, ни execl не затрагивают открытых файлов, после fork ранее открытые файлы начинают использоваться обоими процессами совместно, то есть используются одни и те же ука- затели позиции чтения/записи. Если новому процессу требу- ется передать какие то открытые файлы, или изменить файлы стандартного ввода/вывода, настройка программы на эти файлы делается после вызова fork в процессе-сыне до вызова execl. Следует заметить, что при буферизованном вводе/выводе необ- ходимо сбросить буфера перед вызовом fork(), иначе вывод накопленной информации может произойти дважды - и в -72- "родительском", и в новом процессе. 15.2.4. Канал межпроцессной связи Межпроцессный канал - это особый файл, устроенный таким образом, что один процесс неограниченно записывает в него информацию, а другой читает, причем система обеспечивает буферизацию данных и синхронизацию процессов. Межпроцесс- ные каналы могут создаваться интерпретатором команд shell или cshell, например: ls | pr Существуют библиотечные функции popen и pclose, позволяющие запустить параллельный процесс, который будет читать инфор- мацию, записываемую в указанный файл данным процессом, или, напротив, будет поставлять породившему его процессу данные для чтения (см. popen(3)). Эти функции используют базовые возможности построения каналов, которые поддерживаются опе- рационной системой. Для создания канала межпроцессной связи служит функция pipe: int fd[2]; ... stat = pipe(fd); if(stat == -1) /* Была ошибка */... Здесь fd - массив, в который засылается два дескриптора фай- лов - fd[1] для записи в канал, fd[0] для чтения из канала. Эти дескрипторы могут использоваться наравне с дескрипторами обычных файлов. Синхронизация обменов построена таким образом, что, если процесс читает пустой канал, он будет ждать появления данных; если в канале осталось много несчитанной информации, записывающий процесс будет ждать освобождения места в канале. Наконец, если у канала сторона для записи закрыта, при чтении будет получен код ответа "0" - конец файла. Как правило, программа создает канал по запросу pipe, после чего разделяется на две копии с помощью функции fork. Затем в одном из получившихся процессов закрывается сторона канала для чтения, в другом - закрывается дескриптор записи в канал. Теперь после вызова execl начинается обмен инфор- мацией по межпроцессному каналу между параллельно выполняю- щимися программами. В случае, если обмен должен происходить через стандарт- ный ввод или вывод, используется функция dup для связывания дескрипторов файлов. Например, следующий фрагмент программы служит для запуска программы pr так, чтобы данные на -73- стандартный ввод программы pr поступали из стандартного вывода основной программы: int fd[2]; #define R 0 #define W 1 pipe(fd); if(fork() == 0) { close(fd[W]); close(0); dup(fd[R]); close(fd[R]); execl("/bin/pr","pr",NULL); exit(1); /* Если ошибка в execl */ } close(fd[R]); close(1); dup(fd[W]); close(fd[W]); .... счет, при записи проверяем, не было .... ли ошибки записи. close(1); В этом примере полностью опущена обработка возможных ошибок. Для связывания дескрипторов стандартного ввода или вывода с каналом межпроцессной связи здесь использована функция dup(fd)", которая возвращает дупликат дескриптора fd, причем используется наименьший свободный дескриптор файла. Следо- вательно, после закрытия файла с дескриптором 0 ближайшее обращение к функции dup свяжет дескриптор 0 с заданным в аргументе dup дескриптором. После вызова dup ненужный больше дескриптор fd[0] или fd[1] закрывают. 15.3. Сигналы и прерывания Нормальный ход выполнения программы в ОС ДЕМОС может прерываться "сигналами". Сигналы могут появляться как в результате действия внешних причин (например, в результате нажатия на терминале клавиши, интерпретируемой системой как "прерывание" - interupt), так и в результате ошибок прог- раммы. Функция, изменяющая принятые по умолчанию действия по сигналу, называется signal и имеет два аргумента. Первый специфицирует сигнал, а второй представляет собой либо ссылку на функцию, либо специальное выражение, означающее требование "игнорировать" сигнал либо "стандартная реакция на сигнал". Условные обозначения записаны в файле вставок signal.h: #include <signal.h> signal (СИГНАЛ,РЕАКЦИЯ) СИГНАЛ - это один из стандартных кодов сигналов, например SIGINT, SIGKILL, ... (подробнее см. signal(2)). РЕАКЦИЯ - это либо ссылка на функцию, которая будет вызвана при полу- чении сигнала, либо один из идентификаторов: -74- SIG_IGN - игнорировать, SIG_DFL - по умолчанию. Во всех случаях функция signal возвращает старое значение описателя РЕАКЦИЯ. Существуют некоторые тонкости, которые иллюстрируются следующим фрагментом программы: #include <signal.h> main() { int onintr(); /* Описание обязательно */ if(signal(SIGINT,SIG_IGN) != SIG_IGN) { signal(SIGINT, onintr); } ... exit(0); } onintr() { unlink(tempfile); exit(1); } Проверка (if(signal...) связана с тем, что сигнал SIGINT посылается на все процессы, начатые с данного терминала. Если программа выполняется в фоновом режиме, интерпретатор shell при запуске программы устанавливает в ней игнорирова- ние сигнала SIGINT, для того, чтобы с терминала прерывались только интерактивные процессы. Переключение обработки сиг- нала SIGINT на функцию onintr без проверки перечеркнуло бы все действия shell по защите фоновых процессов. Еще одна особенность связана с возвратом из программы обработки сигнала. Если прерывание произошло во время выпол- нения программы, возврат из функции обработки прерывания приведет к нормальному продолжению ее выполнения. Если, однако, прерывание пришло во время операции чтения с терми- нала, операция чтения будет прервана, и произойдет возврат из функции чтения read с нулевым счетчиком байтов. Как пра- вило, функция обработки прерываний должна в таких случаях устанавливать какой либо флаг, а программа чтения, получив нулевой счетчик байтов после операции read, может проверить этот флаг и установить, что же произошло - достигнут конец файла или было прерывание. Если программа обладает средствами реакции на прерыва- ния и, в то же время, вызывает другие программы, желательно управлять реакцией на прерывание примерно таким образом: -75- signal(SIGINT, onintr); ... if(fork() == 0) { signal(SIGINT, SIG_DFL); execl(...) ... } signal(SIGINT, SIG_IGN); wait(&status); signal(SIGINT, onintr); В этом случае прерывания, посылаемые с терминала во время выполнения запущенной параллельно программы, будут прерывать только эту программу.  * 16. СВОДКА СИНТАКСИЧЕСКИХ ПРАВИЛ Эта сводка синтаксиса языка Си предназначена скорее для облегчения понимания и не является точной формулировкой языка. 16.1. Выражения Основными выражениями являются следующие: выражение: первичное_выражение * выражение & выражение - выражение ! выражение ~ выражение ++ l_значение -- l_значение l_значение ++ l_значение -- sizeof выражение (имя типа) выражение выражение бинарная_операция выражение выражение ? выражение : выражение l_значение операция_присваивания выражение выражение , выражение -76- первичное_выражение: идентификатор константа строка ^ (выражение) первичное_выражение (список выражений) необ первичное_выражение [выражение] l_значение . Идентификатор первичное выражение -> идентификатор l_значение: идентификатор первичное_выражение [выражение] l_значение . Идентификатор первичное_выражение -> идентификатор * выражение (l_значение) Операции первичных выражений () [] . -> имеют самый высокий приоритет и группируются слева направо. Унарные операции * & - ! ~ ++ -- sizeof(имя типа) имеют более низкий приоритет, чем операции первичных выраже- ний, но более высокий, чем приоритет любой бинарной опера- ции. Эти операции группируются справа налево. Условная опе- рация группируется справа налево, все бинарные операции группируются слева направо и их приоритет убывает в следую- щем порядке: бинарная операция: * / % + - >> << < > <= >= == != & ~ | && || ?: Все операции присваивания имеют одинаковый приоритет и груп- пируются справа налево: = += -= *= ?= %= >>= <<= &= ~= |= Операция запятая имеет самый низкий приоритет и группируется -77- слева направо. 16.2. Описания Описание: спецификаторы_описания список_инициа- лизируемых_описателей; необ Спецификаторы_описания: спецификатор_типа спецификаторы_описания необ спецификатор_класса_памяти специфи- каторы_описания необ спецификатор_класса_памяти: auto static extern register typedef спецификатор_типа: char short int long unsigned float double спецификатор_структуры_или_объединения определяющее_тип_имя спецификатор_перечисления список_инициализируемых_описателей: инициализируемый_описатель инициализируемый_описатель,спи- сок_инициализируемых_описателей инициализируемый_описатель описатель_инициализатор необ описатель: идентификатор (описатель) * описатель описатель () -78- описатель [константное выражение ] необ спецификатор_структуры_или_объединения: struct список_описателей_структуры struct идентификатор {список_опи- саний_структуры} struct идентификатор union {список_описаний_структуры} union идентификатор {список_опи- саний_структуры} union идентификатор список_описаний_структуры: описание_структуры описание_структуры список_опи- саний_структуры описание структуры: спецификатор_типа список_описа- телей_структуры список_описателей_структуры описатель_структуры описатель_структуры,список_описа- телей_структуры описатель_структуры: описатель описатель: константное выражение :константное_выражение инициализатор: = выражение = {список_инициализатора} = {список_инициализатора} список инициализатора: выражение список_инициализатора,список_ини- циализатора {список_инициализатора} имя_типа: спецификатор_типа абстракт- ный_описатель -79- абстрактный_описатель: пусто {абстрактный_описатель} * абстрактный_описатель абстрактный_описатель () абстрактный_описатель [констант- ное_выражение] необ определяющее_тип_имя: идентификатор спецификатор_перечисления: enum список_перечисления enum идентификатор список_перечисления enum идентификатор список_перечисления: перечисляемое список_перечисления, перечисляемое перечисляемое: идентификатор идентификатор = константное выражение 16.3. Операторы составной_оператор: {список_описаний список_операторов} необ необ список_описаний: описание описание список_описаний список_операторов: оператор оператор список_операторов -80- оператор: составной оператор выражение; if (выражение) оператор if (выражение) оператор else оператор while (выражение) оператор do оператор while (выражение); for(выражение1;выражение2;выражение3) необ необ необ оператор switch (выражение) оператор case константное_выражение : оператор default: оператор break; continue; return; return выражение; goto идентификатор; идентификатор : оператор ; 16.4. Внешние определения программа: внешнее_определение внешнее_определение программа внешнее_определение: определение_функции определение_данных определение_функции: спецификатор_типа описатель_функ- необ ции тело_функции описатель_функции: описатель (список_параметров) необ список_параметров: идетификатор идентификатор , список_параметров тело_функции: список_описаний_типа оператор_функции оператор_функции: {список описаний список_операторов} необ -81- определение данных: extern спецификатор_типа спи- необ необ сок инициализируемых описателей; необ static спецификатор типа список необ необ инициализируемых описателей; необ 16.5. Препроцессор #define идентификатор строка_лексем #define идентификатор(идентифика- тор,...,идентификатор) строка_лексем #undef идентификатор #include "имя_файла" #include <имя_файла> #if константное_выражение #ifdef идентификатор #ifndef идентификатор #else #endif #line константа "имя_файла" необ  * 17. Примеры программ на Си Пример 1: функции fgets и fputs (см. раздел "Стандарт- ная библиотека ввода/вывода. Ввод/вывод строк"). -82- #include <stdio.h> char *fgets(s,n,iop) /*взять<=n символов*/ char *s; /* из iop */ int n; register FILE *iop; { register int c; register char *cs; cs = s; while(--n>0&&(c=getc(iop)) !=EOF) if ((*cs++ = c)=='\n') break; *cs = '\0'; return((c==EOF && cs==s) ? NULL : s); } fputs(s,iop) /*поместить строку s в */ register char *s; /* файл iop */ register FILE *iop; { register int c; while (c = *s++) putc(c,iop); } Пример 2. Программа для разделения одного большого файла на несколько частей так, чтобы каждая часть начиналась со строки .sh 1 ... -83- #include <stdio.h> #define NEWH ".sh 1" /*Признак разделения*/ /* Трансляция: cc -o ds ds.c Запуск: ds откуда кудапреф кудасуфф результат: ds a pref suff переписывает файл a в файлы pref00.suff, pref01.suff, ... */ main (ac,av) char **av; { int nfile=0; /* Порядковый номер файла*/ char str[512]; /* Буфер для строки*/ if(ac != 4) { fprintf(stderr, "Неверное число аргументов0); exit(1); } /* freopen аналогично fopen, но изменяет указанный описатель файла, а не создает новый. Здесь мы переопределяем stdin */ if(!freopen(av[1],"r",stdin)) { fprintf(stderr, "Не могу открыть:%s0,av[1]); exit(2); } /* Переопределили файл станд. вывода */ of(av[2],nfile,av[3]); while( gets(str)) { /* strncmp(s1,s2,l) сравнивает две строки и возвращает 0, если первые l символов совпадают */ if(strncmp(str,NEWH,strlen(NEWH))== 0) { fclose(fp); nfile++; /* Это просто информационное сообщение */ fprintf(stderr, "Начало части %d0,nfile); fp = of(av[2],nfile,av[3]); } puts(str); if(ferror(stdout)) { -84- fprintf(stderr, "Ош записи в файл номер %.2d0,nfile); exit(4); } } exit (0); } /* Эта функция создает имя файла из трех частей и открывает его как стандартный вывод */ of(s1,n,s2) char *s1,*s2; { register FILE *f; char buf[100]; /* sprintf возвращает свой первый аргумент */ if(( f = freopen( sprintf(buf,"%s%02d.%s",s1,n,s2) ,"w",stdout))== NULL) { fprintf(stderr, "Не могу открыть файл:%s0,buf); exit(4); } return; } -85- СОДЕРЖАНИЕ ''АННОТАЦИЯ'' ................... 2 1. ВВЕДЕНИЕ .......................................... 1 2. СИНТАКСИЧЕСКАЯ НОТАЦИЯ ............................ 3 2.1. Ключевые слова .................................. 3 2.2. Константы ....................................... 4 2.2.1. Целые константы ............................... 4 2.2.2. Длинные (long) константы ...................... 4 2.2.3. Символьные константы .......................... 4 2.2.4. Вещественные константы ........................ 5 2.3. Строки .......................................... 5 2.4. Характеристики аппаратных средств ............... 6 3. ОБ'ЕКТЫ ЯЗЫКА СИ .................................. 6 3.1. Интерпретация идентификаторов ................... 6 3.2. Объекты и l_значения ............................ 8 3.3. Преобразования .................................. 8 3.3.1. Символы и целые ............................... 8 3.3.2. Типы float и double ........................... 9 3.3.3. Вещественные и целочисленные величины ......... 9 3.3.4. Указатели и целые ............................. 9 3.3.5. Целое без знака ............................... 9 3.3.6. Арифметические преобразования ................. 10 4. ВЫРАЖЕНИЯ ......................................... 10 4.1. Первичные выражения ............................. 11 4.2. Унарные операции ................................ 13 4.3. Мультипликативные операции ...................... 14 4.4. Аддитивные операции ............................. 15 4.5. Операции сдвига ................................. 16 4.6. Операции отношения .............................. 16 4.7. Операции равенства .............................. 17 4.8. Побитовая операция 'и' .......................... 17 4.9. Побитовая операция исключающего 'или' ........... 17 4.10. Побитовая операция включающего 'или' ............ 17 4.11. Логическая операция 'и' ......................... 18 4.12. Операция логического 'или' ...................... 18 4.13. Условная операция ............................... 18 4.14. Операция присваивания ........................... 19 4.15. Присваивание структуры .......................... 20 4.16. Операция 'запятая' .............................. 20 4.17. Старшинство и порядок вычисления. ............... 20 5. ОПИСАНИЯ .......................................... 22 5.1. Спецификаторы класса памяти ..................... 22 5.2. Спецификаторы типа .............................. 23 5.3. Описатели ....................................... 24 5.4. Смысл описателей ................................ 24 -86- 5.5. Описание структур и объединений ................. 26 5.6. Перечислимый тип ................................ 29 5.7. Инициализация ................................... 30 5.8. Имена типов ..................................... 32 5.9. Описатель typedef ............................... 33 6. ОПЕРАТОРЫ ......................................... 34 6.1. Операторное выражение ........................... 34 6.2. Составной оператор (или блок) ................... 34 6.3. Условные операторы .............................. 35 6.4. Оператор while .................................. 35 6.5. Оператор do ..................................... 35 6.6. Оператор for .................................... 35 6.7. Оператор switch ................................. 36 6.8. Оператор break .................................. 37 6.9. Оператор continue ............................... 37 6.10. Оператор возврата ............................... 38 6.11. Оператор goto ................................... 38 6.12. Помеченный оператор ............................. 38 6.13. Пустой оператор ................................. 38 7. ВНЕШНИЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ............................... 39 7.1. Внешнее определение функции ..................... 39 7.2. Внешние определения данных ...................... 40 8. ОБЛАСТЬ ДЕЙСТВИЯ ИДЕНТИФИКАТОРОВ .................. 40 8.1. Лексическая область действия .................... 41 8.2. Область действия внешних идентификаторов ........ 42 8.3. Неявные описания ................................ 42 9. ПРЕПРОЦЕССОР ЯЗЫКА 'СИ' ........................... 43 9.1. Замена лексем ................................... 43 9.2. Включение файлов ................................ 44 9.3. Условная компиляция ............................. 45 9.4. Команда #line ................................... 45 10. ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ТИПАХ ................. 46 10.1. Структуры и объединения ......................... 46 10.2. Функции ......................................... 47 10.3. Массивы, указатели и индексация ................. 47 10.4. Явные преобразования указателей ................. 48 11. КОНСТАНТНЫЕ ВЫРАЖЕНИЯ ............................. 49 12. СООБРАЖЕНИЯ О ПЕРЕНОСИМОСТИ ....................... 49 12.1. Анахронизмы ..................................... 51 13. СТАНДАРТНАЯ БИБЛИОТЕКА ВВОДА И ВЫВОДА ............. 51 13.1. Обращение к стандартной библиотеке .............. 52 13.2. Стандартный ввод и вывод ........................ 52 13.3. Форматный вывод - функция printf ................ 53 13.4. Форматный ввод - функция scanf .................. 55 13.5. Форматное преобразование в памяти ............... 58 -87- 13.6. Доступ к файлам ................................. 59 13.7. Обработка ошибок - stderr и exit .............. 61 13.8. Ввод и вывод строк .............................. 62 13.9. Функция ungetc .................................. 62 13.10.Разные стандартные функции ...................... 62 13.10.1.Управление памятью ............................ 62 13.10.2.Стандартные функции языка Си .................. 63 14. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ОПЕРАЦИОННОЙ СИСТЕМОЙ ............ 63 14.1. Подготовка программ на Си в ОС ДЕМОС ............ 64 14.2. Доступ к аргументам команды ..................... 64 15. ИНТЕРФЕЙС СИСТЕМЫ ДЕМОС ........................... 66 15.1. Ввод/вывод ...................................... 66 15.1.1. Дескрипторы файлов ............................ 66 15.1.2. Низкоуровневый ввод/вывод. .................... 67 15.1.3. Открытие, создание, закрытие и удаление ....... 68 15.1.4. Произвольный доступ - lseek ................... 69 15.2. Управление процессами ........................... 70 15.2.1. Функция system ................................ 71 15.2.2. Вызов программы на низком уровне - execl ...... 71 15.2.3. Порождение нового процесса - fork ............. 71 15.2.4. Канал межпроцессной связи ..................... 73 15.3. Сигналы и прерывания ............................ 74 16. Сводка синтаксических правил ...................... 76 16.1. Выражения ....................................... 76 16.2. Описания ........................................ 78 16.3. Операторы ....................................... 80 16.4. Внешние определения ............................. 81 16.5. Препроцессор .................................... 82 17. Примеры программ на Си ............................ 82 -88-