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.

---

Как и их эквиваленты в UNIX, программы, основанные на функциях для работы с файлами, входящих в библиотеку С, способны выполнять операции произвольного доступа к файлам (с использованием функции fseek или, в случае текстовых файлов, функций fsetpos и fgetpos), но это является уже потолком сложности для функций ввода/вывода стандартной библиотеки С, выше которого они подняться не могут. Вместе с тем, Visual C++ предоставляет нестандартные расширения, способные, например, поддерживать блокирование файлов. Наконец, библиотека С не позволяет управлять средствами защиты файлов.

Резюмируя, можно сделать вывод, что если простой синхронный файловый или консольный ввод/вывод — это все, что вам надо, то для написания переносимых программ, которые будут выполняться под управлением Windows, следует использовать библиотеку С.

Копирование файлов с использованием Windows

В программе 1.2 решается та же задача копирования файлов, но делается это с помощью Windows API, а базовые приемы, стиль и соглашения, иллюстрируемые этой программой, будут использоваться на протяжении всей этой книги.

Программа 1.2. cpW: копирование файлов с использованием Windows, первая реализация 

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

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

#include <windows.h>

#include <stdio.h>

#define BUF_SIZE 256

int main (int argc, LPTSTR argv []) {

 HANDLE hIn, hOut;

 DWORD nIn, nOut;

 CHAR Buffer [BUF_SIZE];

 if (argc != 3) {

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

  return 1;

 }

 hIn = CreateFile(argv [1], GENERIC_READ, 0, NULL, OPEN_EXISTING, 0, NULL);

 if (hIn == INVALID_HANDLE_VALUE) {

  printf("Невозможно открыть входной файл. Ошибка: %х\n", GetLastError());

  return 2;

 }

 hOut = CreateFile(argv[2], GENERIC_WRITE, 0, NULL, CREATE_ALWAYS, FILE_ATTRIBUTE_NORMAL, NULL);

 if (hOut == INVALID_HANDLE_VALUE) {

  printf("Невозможно открыть выходной файл. Ошибка: %x\n", GetLastError()); 

  return 3;

 }

 while (ReadFile(hIn, Buffer, BUF_SIZE, &nIn, NULL) && nIn > 0) {

  WriteFile(hOut, Buffer, nIn, &nOut, NULL);

  if (nIn != nOut) {

   printf ("Неустранимая ошибка записи: %x\n", GetLastError());

   return 4;

  }

 }

 CloseHandle(hIn);

 CloseHandle(hOut);

 return 0;

}

Этот простой пример иллюстрирует некоторые особенности программирования в среде Windows, к подробному рассмотрению которых мы приступим в главе 2.

1. В программу всегда включается файл <windows.h>, в котором содержатся все необходимые определения функций и типов данных Windows.[10]

2. Все объекты Windows идентифицируются переменными типа Handle, причем для большинства объектов можно использовать одну и ту же общую функцию CloseHandle.

3. Рекомендуется закрывать все ранее открытые дескрипторы, если в необходимость в них отпала, чтобы освободить ресурсы. В то же время, при завершении процессов относящиеся к ним дескрипторы автоматически закрываются ОС, и если не остается ни одного дескриптора, ссылающегося на какой-либо объект, то ОС уничтожает этот объект и освобождает соответствующие ресурсы. (Примечание. Как правило, файлы подобным способом не уничтожаются.)

4. Windows определяет многочисленные символические константы и флаги. Обычно они имеют длинные имена, нередко поясняющие назначение данного объекта. В качестве типичного примера можно привести имена INVALID_HANDLE_VALUE и GENERIC_READ.

5. Функции ReadFile и WriteFile возвращают булевские значения, а не количества обработанных байтов, для передачи которых используются аргументы функций. Это определенным образом изменяет логику организации работы циклов.[11] Нулевое значение счетчика байтов указывает на попытку чтения метки конца файла и не считается ошибкой.

6. Функция GetLastError позволяет получать в любой точке программы коды системных ошибок, представляемые значениями типа DWORD. В программе 1.2 показано, как организовать вывод генерируемых Windows текстовых сообщений об ошибках.

7. Windows NT обладает более мощной системой защиты файлов, описанной в главе 15. В данном примере защита выходного файла не обеспечивается.

8. Такие функции, как CreateFile, обладают богатым набором дополнительных параметров, но в данном примере использованы значения по умолчанию.

Копирование файлов с использованием вспомогательной функции Windows

Для повышения удобства работы в Windows предусмотрено множество вспомогательных функций (convenience functions), которые, объединяя в себе несколько других функций, обеспечивают выполнение часто встречающихся задач программирования. В некоторых случаях использование этих функций может приводить к повышению производительности (см. приложение В). Например, благодаря применению функции CopyFile значительно упрощается программа копирования файлов (программа 1.3). Помимо всего прочего, это избавляет нас от необходимости заботиться о буфере, размер которого в двух предыдущих программах произвольно устанавливался равным 256.

Программа1.3.cpCF: копирование файлов с использованием вспомогательной функции Windows

/* Глава 1. Базовая программа копирования файлов cp. Реализация, в которой для повышения удобства использования и производительности программы используется функция Windows CopyFile. */

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

#include <windows.h>

#include <stdio.h>

int main (int argc, LPTSTR argv []) {

 if (argc != 3) {

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

  return 1;

 }

 if (!CopyFile(argv[1], argv[2], FALSE)) {

  printf("Ошибка при выполнении функции CopyFile: %x\n", GetLastError());

  return 2;

 }

 return 0;

} 

Резюме

Ознакомительные примеры, в качестве которых были использованы три простые программы копирования файлов, демонстрируют многие из отличий, существующих между программами, в которых применяется с одной стороны библиотека С, а с другой — Windows. Отличия в производительности различных вариантов реализации анализируются в приложении В. Примеры, в которых используется Windows, наглядно демонстрируют стиль программирования и некоторые соглашения, принятые в Windows, но дают лишь отдаленное представление о тех функциональных возможностях, которые Windows предлагает программистам.

Целевыми платформами для данной книги и содержащихся в ней примеров являются системы NT5 (Windows XP, 2000 и Server 2003). Тем не менее, большая часть материала книги применима также к ранним версиям NT и системам Windows 9x (95, 98 и Me).

В следующих главах

Главы 2 и 3 посвящены гораздо более пристальному рассмотрению функций ввода/вывода и файловой системы. Они включают в себя такие темы, как консольный ввод/вывод, обработка символов ASCII и Unicode, работа с файлами и каталогами, а также программирование реестра. В указанных главах разрабатываются базовые методики и закладывается фундамент для остальной части книги.

Дополнительная литература

Полная информация о рекомендуемых ниже книгах приведена в библиографическом списке в конце книги.

Win32

Двумя доступными в настоящее время книгами, в которых вопросы программирования для Windows рассматриваются с всех возможных точек зрения, являются [5] и [31]. В то же время, существует множество других книг, которые не обновлялись и не отражают прогресс, достигнутый с момента выхода Windows 95 или Windows NT.

По каждой функции Microsoft Visual C++ имеется оперативная гипертекстовая справочная документация, но ту же информацию можно получить, посетив домашнюю страницу компании Microsoft — http://www.microsoft.com, где вы найдете целый ряд ссылок на технические статьи, посвященные различным аспектам Windows. Начните с раздела MSDN (Microsoft Developer's Network) и произведите поиск по любой интересующей вас теме. Вы обнаружите огромное разнообразие официальной документации, описаний продуктов, примеров программного кода, а также другую полезную информацию.

Win64

Win64 обсуждается в нескольких книгах, но обширный материал по этой теме можно найти на домашней странице компании Microsoft. 

Архитектура Windows NT и история ее развития

Читателям, которые хотят больше узнать о целях проектирования Windows NT или понять основные принципы, лежащие в основе ее архитектуры, будет полезна книга [38]. В этой книге рассматриваются объекты, процессы, потоки, виртуальная память, ядро и подсистемы ввода/вывода. Вместе с тем, собственно функции API, а также Windows 9x и СЕ в ней не обсуждаются. Рекомендуем время от времени заглядывать в упомянутую книгу для получения дополнительной информации. Кроме того, обратитесь к ранее вышедшим книгам [9] и [37], в которых содержится важный ретроспективный анализ эволюции NT.