Язык программирования Си. Издание 3-е, исправленное

Структура данных, описывающая файл, содержится в ‹stdio.h›, который необходимо включать (с помощью #include) в любой исходный файл, если в том осуществляется стандартный ввод-вывод. Этот же заголовочный файл включен и в исходные тексты библиотеки ввода-вывода.

В следующем фрагменте, типичном для файла ‹stdio.h›, имена, используемые только в библиотечных функциях, начинаются с подчеркивания. Это сделано для того, чтобы они случайно не совпали с именами, фигурирующими в программе пользователя. Такое соглашение соблюдается во всех программах стандартной библиотеки.

#define NULL 0
#define EOF (-1)
#define BUFSIZ 1024
#define OPEN_MAX 20 /* max число одновременно открытых файлов */
typedef struct _iobuf {
 int cnt; /* количество оставшихся символов */
 char *ptr; /* позиция следующего символа */
 char *base; /* адрес буфера */
 int flag; /* режим доступа */
 int fd; /* дескриптор файла */
} FILE;

extern FILE _iob[OPEN_MAX];

#define stdin (&iob[0])
#define stdout (&_iob[1])
#define stderr (&_iob[2])

enum _flags {
 _READ = 01, /* файл открыт на чтение */
 _WRITE = 02, /* файл открыт на запись */
 _UNBUF = 04, /* файл не буферизируется */
 _EOF = 010, /* в данном файле встретился EOF */
 _ERR = 020 /* в данном файле встретилась ошибка */
};

int _fillbuf(FILE *);
int _flushbuf(int, FILE *);

#define feof(p) (((p)-›flag & _EOF) != 0)
#define ferror(p) (((p)-›flag & _ERR) != 0)
#define fileno(p) ((p)-›fd)

#define getc(p) (--(p)-›cnt ›= 0 \
 ? (unsigned char) *(p)-›ptr++ : _fillbuf(p))
#define putc(x,p) (--(p)-›cnt ›= 0 \
 ? *(p)-›ptr++ = (x) : _flushbuf((x),p))

#define getchar getc(stdin)
#define putchar(x) putc((x), stdout)

Макрос getc обычно уменьшает счетчик числа символов, находящихся в буфере, и возвращает символ, после чего приращивает указатель на единицу. (Напомним, что длинные #define с помощью обратной наклонной черты можно продолжить на следующих строках.) Когда значение счетчика становится отрицательным, getc вызывает _fillbuf, чтобы снова заполнить буфер, инициализировать содержимое структуры и выдать символ. Типы возвращаемых символов приводятся к unsigned; это гарантирует, что все они будут положительными.

Хотя в деталях ввод-вывод здесь не рассматривается, мы все же привели полное определение putc. Сделано это, чтобы показать, что она действует во многом так же, как и getc, вызывая функцию _flushbuf, когда буфер полон. В тексте имеются макросы, позволяющие получать доступ к флажкам ошибки и конца файла, а также к его дескриптору.

Теперь можно написать функцию fopen. Большая часть инструкций fopen относится к открытию файла, к соответствующему его позиционированию и к установке флажковых битов, предназначенных для индикации текущего состояния. Сама fopen не отводит места для буфера; это делает _fillbuf при первом чтении файла.

#include <fcntl.h>
#include "syscalls.h"
#define PERMS 0666 /* RW для собственника, группы и проч. */

/* fopen: открывает файл, возвращает файловый указатель */
FILE *fopen(char *name, char *mode)
{
 int fd;
 FILE *fp;

 if (*mode != 'r' && *mode != 'w' && *mode != 'a'
 return NULL;
 for (fp = _iob; fp < _iob + OPEN_MAX; fp++)
 if ((fp->flag & (_READ | _WRITE)) == 0)
 break; /* найдена свободная позиция */
 if (fp >= _iob + OPEN_MAX) /* нет свободной позиция */
 return NULL;

 if (*mode == 'w')
 fd = creat(name, PERMS);
 else if (*mode == 'a') {
 if ((fd = open(name, O_WRONLY, 0)) == -1)
 fd = creat(name, PERMS);
 lseek(fd, 0L, 2);
 } else
 fd = open(name, O_RDONLY, 0);
 if (fd == -1) /* невозможен доступ по имени name */
 return NULL;
 fp->fd = fd;
 fp->cnt = 0;
 fp->base = NULL;
 fp->flag = (*mode == 'r') ? _READ : _WRITE;
 return fp;
}

Приведенная здесь версия fopen реализует не все режимы доступа, оговоренные стандартом; но, мы думаем, их реализация в полном объеме не намного увеличит длину программы. Наша fopen не распознает буквы b, сигнализирующей о бинарном вводе-выводе (поскольку в системах UNIX это не имеет смысла), и знака +, указывающего на возможность одновременно читать и писать.

Для любого файла в момент первого обращения к нему с помощью макровызова getc счетчик cnt равен нулю. Следствием этого будет вызов _fillbuf. Коли выяснится, что файл на чтение не открыт, то функция _fillbuf немедленно возвратит EOF. В противном случае она попытается запросить память для буфера (если чтение должно быть с буферизацией).

После получения области памяти для буфера _fillbuf обращается к read, чтобы его наполнить, устанавливает счетчик и указатели и возвращает первый символ из буфера. В следующих обращениях _fillbuf обнаружит, что память для буфера уже выделена.

#include "syscalls.h"
/* _fillbuf: запрос памяти и заполнение буфера */
int _fillbuf(FILE *fp)
{
 int bufsize;