Системное программирование в среде Windows

Программисты, работающие с UNIX и Linux, столкнутся в Windows с рядом интересных особенностей. Так, в Windows дескрипторы HANDLE являются "непрозрачными". Они не представляют собой ряд последовательно возрастающих целых чисел. В то же время, например, в UNIX дескрипторы файлов 0, 1 и 2 имеют специальное назначение, что должно обязательно учитываться при написании программ. Ничего подобного в Windows вы не обнаружите.

Многие из различий, например грань между идентификаторами процессов и дескрипторами файлов, в Windows оказываются стертыми. В Windows объекты обеих типов описываются дескрипторами типа HANDLE. Во многих важных функциях могут наравне использоваться дескрипторы файлов, процессов, событий, каналов и других объектов.

Программистам, которые, работая в UNIX, привыкли к коротким именам функций и параметров и использовали преимущественно строчные буквы, придется приспосабливаться к более пространному стилю Windows. Стиль Windows близок к стилю интерфейса компании Hewlett Packard (ранее — DEC и Compaq); программистам, работающим с OpenVMS, многое покажется знакомым. Указанное сходство между OpenVMS и Windows частично объясняется тем, что Дэвид Катлер (David Cutler), создатель первоначальной архитектуры VMS, предполагал, что она должна играть ту же роль, что и NT или Windows.

Радикальные отличия касаются такого хорошо знакомого нам всем понятия, как процессы. В Windows процессы не обладают свойствами наследования, хотя и могут быть организованы в виде объектов заданий.

В завершение следует отметить, что в текстовых файлах Windows конец строки отмечается последовательностью управляющих символов CR-LF, а не LF, как в это принято в UNIX. 

О целесообразности привлечения функций стандартной библиотеки C для обработки файлов

Несмотря на всю уникальность возможностей Windows, старый добрый язык С и его стандартная библиотека ANSI С по-прежнему могут с успехом использоваться при решении большинства задач, связанных с обработкой файлов. Кроме того, библиотека С (указание на ее соответствие стандарту ANSI С мы будем часто опускать) содержит большое число очень нужных функций, аналогов которых среди системных вызовов нет. К их числу относятся, например, функции, описанные в заголовочных файлах <string.h>, <stdlib.h> и <signal.h>, а также функции форматированного и символьного ввода/вывода. В то же время, имеются и такие функции, как fopen и fread, описанные в заголовочном файле <stdio.h>, для которых находятся близко соответствующие им системные вызовы.

В каких же случаях при обработке файлов можно обойтись библиотекой С, а в каких необходимо использовать системные вызовы Windows? Тот же вопрос можно задать и в отношении использования потоков (streams) ввода/вывода C++ или системы ввода/вывода, которая предоставляется платформой .NET. Простых ответов на эти вопросы не существует, но если во главу угла поставить переносимость программ на платформы, отличные от Windows, то в тех случаях, когда приложению требуется только обработка файлов, а не, например, управление процессами или другие специфические возможности Windows, предпочтение следует отдавать библиотеке С и потокам ввода/вывода C++. Вместе с тем, многими программистами ранее уже делались попытки выработать рекомендации относительно адекватности использования библиотеки С в тех или иных случаях, и эти же рекомендации должны быть применимы и в отношении Windows. Кроме того, с учетом возможностей расширения функциональности, а также повышения производительности и гибкости программ, обеспечиваемые Windows, нередко оказывается более удобным или даже необходимым не ограничиваться библиотекой С, в чем вы постепенно станете убеждаться уже начиная с главы 3. К числу возможностей Windows, не поддерживаемых библиотекой С, относятся блокирование и отображение файлов (необходимое для разделения общих областей памяти), асинхронный ввод/вывод, произвольный доступ к файлам чрезвычайно крупных размеров (4 Гбайт и выше) и взаимодействие между процессами.

В случае простых программ вам будет вполне достаточно использовать функции библиотеки С, предназначенные для работы с файлами. Воспользовавшись библиотекой С, можно написать переносимое приложение даже без изучения Windows, однако возможности выбора при этом будут ограниченными. Так, в главе 5 для повышения производительности программы и упрощения программирования применено отображение файлов, однако библиотека С такие возможности не предоставляет. 

Что требуется для работы с данной книгой

Ниже перечислено все то, что необходимо вам для создания и выполнения примеров, приведенных в этой и последующих главах книги.

Разумеется, прежде всего, вам потребуется весь ваш опыт в области разработки приложений; предполагается также, что язык С вам знаком. Однако прежде, чем браться за решение упражнений и разбор примеров, вы должны убедиться в том, что располагаете всем необходимым аппаратным и программным обеспечением, перечень которого приводится ниже.

• Система с установленной ОС Windows.

• Компилятор С и любая подходящая среда разработки приложений, например, Microsoft Visual Studio .NET или Microsoft Visual C++ версии 6.0. Имеются также системы разработки приложений от других поставщиков, и хотя примеры из книги нами на них не тестировались, из поступивших от нескольких читателей писем нам стало известно, что примеры, пусть даже после внесения в них незначительных изменений, в некоторых случаях успешно выполнялись даже при использовании других систем. Кроме того, в приложении А содержится информация, касающаяся использования инструментальных средств с открытым исходным кодом. Примечание. Наше внимание будет сосредоточено на разработке консольных приложений Windows, и поэтому возможности Microsoft Visual Studio .NET будут задействованы далеко не в полной мере.

• Достаточный для разработки программ объем ОЗУ и наличие свободного места на жестком диске. Практически любая коммерчески доступная система предоставит вам достаточный объем памяти, место на диске и процессорную мощность, которых хватит для запуска примеров и среды разработки приложений, однако предварительно необходимо проверить, какие именно требования к ресурсам предъявляет эта среда. [9]

• Привод компакт-диска, системного или сетевого, для установки среды разработки приложений.

9

О том, какими быстрыми темпами улучшаются показатели стоимости и производительности, вы можете судить хотя бы по тому факту, что еще в 1997 году в первом издании этой книги автор, без тени смущения или неловкости, в качестве необходимых требований указывал 16 Мбайт ОЗУ и 256 Мбайт свободного места на жестком диске. Для написания настоящего, третьего издания книги используется лэптоп стоимостью менее $1000, с объемом ОЗУ в более чем 10 раз превышающим прежний (что больше ранее требуемого объема дискового пространства), 100-кратной емкостью жесткого диска и 50-кратным превышением быстродействия процессора по сравнению с аналогичными характеристиками компьютера стоимостью $2500, который использовался при подготовке первого издания.

• Оперативная документация наподобие той, которая поставляется вместе с Microsoft Visual C++. Желательно, чтобы вы установили эту документацию на своем жестком диске, поскольку к ней будет требоваться частый доступ. Дополнительную информацию вы всегда сможете получить на Web-сайте компании Microsoft.

Пример: простое последовательное копирование файла

В следующих разделах приведены примеры коротких программ, реализующих простое последовательное копирование содержимого файла тремя различными способами:

1. С использованием библиотеки С.

2. С использованием Windows.

3. С использованием вспомогательной функции Windows — CopyFile.

Кроме того, что эти примеры дают возможность сопоставить между собой различные модели программирования, они также демонстрируют возможности и ограничения, присущие библиотеке С и Windows. Альтернативные варианты реализации усилят программу, увеличивая ее производительность и повышая гибкость.

Последовательная обработка файлов является простейшей, наиболее распространенной и самой важной из возможностей, обеспечиваемых любой операционной системой, и почти в каждой большой программе хотя бы несколько файлов обязательно подвергаются этому виду обработки. Поэтому простая программа обработки файлов предоставляет прекрасную возможность ознакомиться с Windows и принятыми в ней соглашениями.

Копирование файлов, нередко осуществляемое совместно с обновлением их содержимого, и слияние отсортированных файлов являются распространенными формами последовательной обработки файлов. Примерами других приложений, осуществляющих последовательный доступ к файлам, могут служить компиляторы и инструментальные средства, предназначенные для обработки текста.

Несмотря на концептуальную простоту последовательной обработки файлов, эффективная реализация этого процесса, обеспечивающая оптимальную скорость его выполнения, может оказаться нелегкой задачей. Для этого может потребоваться использование перекрывающегося ввода/вывода, отображения файлов, потоков и других дополнительных методов.

Само по себе копирование файлов не представляет особого интереса, однако сравнение программ не только позволит вам быстро оценить, чем отличаются друг от друга различные системы, но и послужит хорошим предлогом для знакомства с Windows. В последующих примерах реализуется ограниченный вариант одной из команд UNIX — cp, осуществляющей копирование одного файла в другой и требующей задания имен файлов в командной строке. В приведенных программах организована лишь простейшая проверка ошибок, которые могут возникать на стадии выполнения, а существующие файлы просто перезаписываются. Эти и другие недостатки будут учтены в последующих Windows-реализациях этой и других программ. Примечание. Реализация программы для UNIX находится на Web-сайте книги.