Искусство программирования для Unix

alt.test! 1-1441498

Запись и считывание файлов подобного формата могли бы осуществляться быстрее по сравнению с текстовыми файлами, но тогда возникали бы другие проблемы. Простая реализация в записях фиксированной длины создавала бы искусственные ограничения относительно длины имен групп новостей и (что более важно) на максимальное количество диапазонов номеров просматриваемых статей. Более сложный формат двоичных пакетов позволил бы избежать ограничений относительно длины, однако его невозможно было бы редактировать с помощью простых средств, а это очень важно, когда необходима переустановка только некоторых из битов чтения в отдельной группе новостей. Кроме того, данный формат не обязательно был бы переносимым на другие типы машин.

Разработчики первоначальной программы чтения новостей предпочли экономии прозрачность и способность к взаимодействию. Движение в другом направлении не было полностью ошибочным; файлы .newsrc могут достигать весьма больших размеров, и в одной из современных программ для чтения новостей (Pan в среде GNOME) используется оптимизированный по скорости частный формат, который позволяет избежать запаздывания при запуске. Но для других разработчиков в 1980 году текстовое представление было хорошим компромиссом и приобретало еще больший смысл по мере того, как скорость машин увеличивалась, а цены на накопительные устройства падали.

5.1.3. Учебный пример: PNG — формат графических файлов

PNG (Portable Network Graphics — переносимая сетевая графика) представляет собой формат для хранения растровых изображений. Он подобен GIF, и, в отличие от JPEG, в данном формате используется алгоритм сжатия без потерь. Формат PNG оптимизирован скорее для таких прикладных задач, как штриховая графика и пиктограммы, чем для фотографических изображений. Документация и высокого качества справочные библиотеки с открытым исходным кодом доступны на Web-сайте Portable Network Graphics <http://libpng.org/pub/png>.

PNG является превосходным примером вдумчиво спроектированного двоичного формата. Использование двоичного формата в данном случае целесообразно, поскольку графические файлы могут содержать такие большие объемы данных, при которых занимаемое пространство и время Internet-загрузки значительно выросли бы, если бы информация о пикселях хранилась в текстовом виде. Первостепенная значимость придавалась экономичности транзакций за счет недостаточной прозрачности [52] . Однако разработчики позаботились о возможности взаимодействия. В PNG определяется порядок байтов, полная длина слова, порядок следования байтов и заполнение между полями (которое считается недостатком).

52

Не следует путать рассматриваемую здесь прозрачность конструкции с прозрачностью пикселей, которая поддерживается в PNG-изображениях.

PNG-файл состоит из последовательности больших блоков данных, каждый из которых представлен в самоописательном формате и начинается с названия типа блока и длины блока. Благодаря такой организации нет необходимости включать в PNG-формат номер версии. Новые типы блоков могут быть добавлены в любое время. Регистр первой литеры в имени типа сообщает использующему PNG программному обеспечению о возможности безопасно игнорировать данный блок.

Заголовок PNG-файла также заслуживает изучения. Он продуманно спроектирован, для того чтобы упростить обнаружение различных распространенных видов повреждения файлов (например, в 7-битовых каналах передачи или при отсечении символов CR и LF).

Стандарт PNG можно определить как точный, завершенный и хорошо описанный. Он вполне мог бы послужить эталоном при написании стандартов файловых форматов.

5.2. Метаформаты файлов данных

Метаформат файлов данных представляет собой набор синтаксических и лексических соглашений, которые либо формально стандартизированы, либо достаточно хорошо "укоренились" в практике, и поэтому существуют стандартные служебные библиотеки для осуществления операций маршалинга и демаршалинга.

В операционной системе Unix развились или были заимствованы метаформаты, пригодные для широкого спектра прикладных задач. Хорошей практикой является использование одного из них (вместо какого-либо уникального частного формата) везде, где это возможно. Преимущества начинаются с количества частного кода для синтаксического анализа и создания файлов, написания которого можно избежать, используя служебную библиотеку. Однако наиболее важным преимуществом является то, что разработчики и даже многие пользователи немедленно распознают данные форматы и могут их удобно использовать, что сокращает издержки, связанные с изучением новых программ.

При последующем изложении ссылка на "традиционные инструментальные средства Unix" означает комбинацию утилит grep(1), sed(1), awk(1), tr(1) и cut(1) для выполнения поиска и преобразования текста. Perl и другие языки сценариев имеют собственную поддержку синтаксического анализа построчных форматов, поддерживаемых данными средствами.

Ниже представлены стандартные форматы, которые могут послужить в качестве моделей.

5.2.1. DSV-стиль

Аббревиатура DSV расшифровывается как Delimiter-Separated Values (формат с разделителями значений). В первом учебном примере рассматривался файл /etc/passwd, имеющий DSV-формат с символом двоеточия в качестве разделителя значений. В операционной системе Unix двоеточие является стандартным разделителем для DSV-форматов, в которых значения полей могут содержать пробелы.

Формат файла /etc/passwd (одна запись в строке, поля разделены двоеточиями) является весьма традиционным в Unix и часто используется для данных, представленных в виде таблиц. Другие классические примеры включают в себя файл /etc/group, описывающий группы пользователей, и файл /etc/inittab, который применяется для управления запуском и остановом служебных программ в Unix на различных уровнях выполнения операционной системы.

Ожидается, что организованные в таком стиле файлы данных поддерживают включение в поля данных символов двоеточия, предваренных символами обратной косой черты. В более общем смысле ожидается, что считывающий данные код поддерживает продолжение записи путем исключения знака переключения для символов начала новой строки и позволяет включать данные, содержащие непечатаемые символы, используя знаки переключения в стиле С.

Данный формат является наиболее подходящим в ситуациях, когда данные имеют табличную организацию, снабжены ключами (именами в первом поле), а записи, как правило, короткие (менее 80 символов). Описываемый формат хорошо обрабатывается с помощью традиционных инструментальных средств Unix.

Иногда встречаются и другие разделители полей, такие как символ канала (|) или даже символ ASCII NUL. В практике Unix старой школы привычно было поддерживать символы табуляции — форма представления, которая отражена в установках по умолчанию для утилит cut(1) и paste(1). Однако постепенно данная форма представления изменялась, по мере того как разработчики форматов осознавали множество мелких неудобств, возникающих ввиду того, что символы табуляции и пробелы визуально неразличимы.