Джонсон Харт - Системное программирование в среде Windows

• Название: Системное программирование в среде Windows
• Автор: Джонсон Харт
• Издательство: Издательский дом "Вильямс"
• Жанр: Программирование
• Год: 2005
• ISBN: 5-8459-0879-5

Эта книга посвящена вопросам разработки приложений с использованием интерфейса прикладного программирования операционных систем компании Microsoft (Windows 9х, Windows XP, Windows 2000 и Windows Server 2003). Основное внимание уделяется базовым системным службам, включая управление файловой системой, процессами и потоками, взаимодействие между процессами, сетевое программирование и синхронизацию. Рассматривается методика переноса приложений, написанных в среде Win32, в среду Win64. Подробно описываются все аспекты системы безопасности Windows и ее практического применения. Изобилие реальных примеров, доступных также и на Web-сайте книги, существенно упрощает усвоение материала.

Книга ориентирована на разработчиков и программистов, как высокой квалификации, так и начинающих, а также будет полезна для студентов соответствующих специальностей.

---

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.

• 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.

Копирование файлов с использованием стандартной библиотеки С

Как видно из текста программы 1.1, стандартная библиотека С поддерживает объекты потоков ввода/вывода FILE, которые напоминают, несмотря на меньшую общность, объекты Windows HANDLE, представленные в программе 1.2.

Программа 1.1. срC: копирование файлов с использованием библиотеки С

/* Глава 1. Базовая программа копирования файлов cp. Реализация, использующая библиотеку С. */

/* cp файл1 файл2: Копировать файл1 в файл2. */

#include <stdio.h>

#include <errno.h>

#define BUF_SIZE 256

int main(int argc, char *argv[]) {

 FILE *in_file, *out_file;

 char rec [BUF_SIZE];

 size_t bytes_in, bytes_out;

 if (argc != 3) {

  printf("Использование: срС файл1 файл2\n");

  return 1;

 }

 in_file = fopen(argv [1], "rb");

 if (in_file == NULL) {

  perror(argv[1]);

  return 2;

 }

 out_file = fopen(argv [2], "wb");

 if (out_file == NULL) {

  perror(argv [2]);

  return 3;

 }

 /* Обработать входной файл по одной записи за один раз. */

 while ((bytes_in = fread(rec, 1, BUF_SIZE, in_file)) > 0) {

  bytes_out = fwrite(rec, 1, bytes_in, out_file);

  if (bytes_out != bytes_in) {

   perror("Неустранимая ошибка записи.");

   return 4;

  }

 }

 fclose (in_file);

 fclose (out_file);

 return 0;

}

Этот простой пример может служить наглядной иллюстрацией ряда общепринятых допущений и соглашений программирования, которые не всегда применяются в Windows.

1. Объекты открытых файлов идентифицируются указателями на структуры FILE (в UNIX используются целочисленные дескрипторы файлов). Указателю NULL соответствует несуществующий объект. По сути, указатели являются разновидностью дескрипторов объектов открытых файлов.

2. В вызове функции fopen указывается, каким образом должен обрабатываться файл — как текстовый или как двоичный. В текстовых файлах содержатся специфические для каждой системы последовательности символов, используемых, например, для обозначения конца строки. Во многих системах, включая Windows, в процессе выполнения операций ввода/вывода каждая из таких последовательностей автоматически преобразуется в нулевой символ, который интерпретируется в языке С как метка конца строки, и наоборот. В нашем примере оба файла открываются как двоичные.

3. Диагностика ошибок реализуется с помощью функции perror, которая, в свою очередь, получает информацию относительно природы сбоя, возникающего при вызове функции fopen, из глобальной переменной errno. Вместо этого можно было бы воспользоваться функцией ferror, возвращающей код ошибки, ассоциированный не с системой, а с объектом FILE.

4. Функции fread и fwrite возвращают количество обработанных байтов непосредственно, а не через аргумент, что оказывает существенное влияние на логику организации программы. Неотрицательное возвращаемое значение говорит об успешном выполнении операции чтения, тогда как нулевое — о попытке чтения метки конца файла.

5. Функция fclose может применяться лишь к объектам типа FILE (аналогичное утверждение справедливо и в отношении дескрипторов файлов UNIX).

6. Операции ввода/вывода осуществляются в синхронном режиме, то есть прежде чем программа сможет выполняться дальше, она должна дождаться завершения операции ввода/вывода.

7. Для вывода сообщений об ошибках удобно использовать входящую в библиотеку С функцию ввода/вывода printf, которая даже будет использована в первом примере Windows-программы.

Преимуществом реализации, использующей библиотеку С, является ее переносимость на платформы UNIX, Windows, а также другие системы, которые поддерживают стандарт ANSI С. Кроме того, как показано в приложении В, в том, что касается производительности, вариант, использующий функции ввода/вывода библиотеки С, ничуть не уступает другим вариантам реализации. Тем не менее, в этом случае программы вынуждены ограничиваться синхронными операциями ввода/вывода, хотя влияние этого ограничения будет несколько ослаблено использованием потоков Windows (начиная с главы 7).