高水準入出力ライブラリによるファイルの扱い

システム・プログラム

                                       電子・情報工学系
                                       新城 靖
                                       <yas@is.tsukuba.ac.jp>

このページは、次の URL にあります。
http://www.hlla.is.tsukuba.ac.jp/~yas/coins/syspro-2000/2000-04-24 /file-lib.html
あるいは、次のページから手繰っていくこともできます。
http://www.hlla.is.tsukuba.ac.jp/~yas/coins/
http://www.is.tsukuba.ac.jp/~yas/index-j.html

■文字単位のフィルタ

----------------------------------------------------------------------
   1:	/*
   2:	        filter-char.c -- 文字単位の簡単なフィルタ
   3:	        ~yas/syspro1//file/filter-char.c
   4:	        $Header: /home/lab2/OS/yas/syspro1/file/RCS/filter-char.c,v 1.4 1998/04/27 16:41:23 yas Exp $
   5:	        Start: 1997/04/21 18:23:13
   6:	*/
   7:	
   8:	#include <stdio.h>      /* stdin, stdout, fopen(), fclose(), getc(), */
   9:	#include <ctype.h>      /* toupper() */
  10:	
  11:	extern void filter_char_upper( FILE *in, FILE *out );
  12:	
  13:	main( int argc, char *argv[] )
  14:	{
  15:	    int i ;
  16:	    FILE *fp ;
  17:	        if( argc == 1 )
  18:	            filter_char_upper( stdin, stdout );
  19:	        else
  20:	        {
  21:	            for( i=1 ; i< argc ; i++ )
  22:	            {
  23:	                if( (fp = fopen( argv[i],"r" )) == NULL )
  24:	                {
  25:	                    perror( argv[i] );
  26:	                    exit( -1 );
  27:	                }
  28:	                filter_char_upper( fp, stdout );
  29:	                fclose( fp );
  30:	            }
  31:	        }
  32:	}
  33:	
  34:	void filter_char_upper( FILE *in, FILE *out )
  35:	{
  36:	    int c ;     /* int型。char は、不可 */
  37:	        while( (c=getc(in)) != EOF )
  38:	        {
  39:	            putc( toupper(c),out );
  40:	        }
  41:	}
----------------------------------------------------------------------

実行例

----------------------------------------------------------------------
% ./filter-char 
abc
ABC
asdfjkl;
ASDFJKL;
^D
% 
----------------------------------------------------------------------

fopen()は、ファイルを開くライブラリ関数である。"r" は、読み込み専用でファイルを開くことを意味している。fopen()は、結果として FILE 構造体へのポインタを返す。これは、stdio.h で宣言されている配列 _iob[] の要素へのポインタである。これは、次のようなライブラリ関数で使われる。

    fgetc()           fputs()           getc()         getw()
    fgets()           fread()           ungetc()
    fprintf()         fscanf()
    fputc()           fwrite()          putc()         putc()
    fflush()          fseek()           ftell()
    frewind()         fclose()          fdopen()       freopen()
    ferrror()         feof()            clearerr()     fileno()

このような、struct FILE を使うライブラリ関数群は、次のような名前で呼ばれる。

高水準入出力ライブラリ。システム・コールが低水準として。fprintf() など。
ストリーム入出力。stream とは、もともと流れの意味。磁気テープのことをストリーマと言うこともある。マニュアルには、File *型の変数を stream と書いている。（fseek(), frewind() など例外あり。）
バッファ付き入出力。後述。
stdio。をincludeする。Ｃ言語の標準の一部（ＯＳから独立している、UNIXでなくても使える）。（注意：UNIXのシェルの働きによる標準入出力と紛らわしい。）

putc() は、第１引数で指定された文字を第２引数で与えられたストリームへ出力する。

fclose() は、ファイルを閉じるライブラリ関数である。

Java 風に書くとこうなる。

class FILE {
    int fgetc();
    int fputs(String str);
    size_t fread(byte buf, size_t size, size_t nmemb);
    ...
}

	FILE stdin ;
	FILE stdout ;
	int x = stdin.fgetc();
	stdout.fputs("hello");

引数の FILE *stream が、オブジェクトとなり、普通の引数からは消える。呼出しの時には、オブジェクトを指定する。

■バッファと FILE 構造体

----------------------------------------------------------------------
   1:	/*
   2:	        filestruct-print.c -- _filestruct[] の内容を表示する
   3:	        ~yas/syspro1/file/filestruct-print.c
   4:	        $Header: /home/lab2/OS/yas/syspro1/file/RCS/filestruct-print.c,v 1.3 1998/04/27 16:59:12 yas Exp $
   5:	        Start: 1997/05/05 18:31:55
   6:	*/
   7:	
   8:	#include <stdio.h>
   9:	
  10:	#if     0
  11:	typedef struct {
  12:	    int                  _cnt;
  13:	    unsigned char       *_ptr;
  14:	    unsigned char       *_base;
  15:	    unsigned short       _flag;
  16:	    unsigned char        _flag;
  17:	    unsigned char        _file;
  18:	} FILE;
  19:	extern FILE             __iob[100 ];    
  20:	#endif
  21:	
  22:	extern void filestruct_print( FILE *fp );
  23:	
  24:	main()
  25:	{
  26:	    FILE *fp ;
  27:	
  28:	        printf("stdin  == 0x%x == &_iob[%d]\n",stdin, stdin-&__iob[0] );
  29:	        printf("stdout == 0x%x == &_iob[%d]\n",stdout, stdout-&__iob[0] );
  30:	        printf("stderr == 0x%x == &_iob[%d]\n",stderr, stderr-&__iob[0] );
  31:	
  32:	        fp = fopen("filestruct-print.c","r");
  33:	        printf("fp     == 0x%x == &__iob[%d]\n",fp, fp-&__iob[0] );
  34:	
  35:	        printf("fopen()\n");
  36:	        filestruct_print( fp );
  37:	        getc( fp );
  38:	        printf("getc()\n");
  39:	        filestruct_print( fp );
  40:	        getc( fp );
  41:	        printf("getc()\n");
  42:	        filestruct_print( fp );
  43:	        fclose( fp );
  44:	        printf("fclose()\n");
  45:	        filestruct_print( fp );
  46:	}
  47:	
  48:	
  49:	void filestruct_print( FILE *fp )
  50:	{
  51:	        printf("cnt:%d, ptr:0x%x, base:0x%x, flag:0%x, flag:%d, file:%d\n",
  52:	               fp->_cnt, fp->_ptr, fp->_base, fp->_flag,
  53:	               fp->_flag,fp->_file);
  54:	}
----------------------------------------------------------------------
#define getc(p)         (--(p)->_cnt < 0 ? __filbuf(p) : (int)*(p)->_ptr++)
----------------------------------------------------------------------

_cnt: バッファに入っている文字数
_ptr: バッファの先頭番地(次に読む文字)
_base: バッファ用に確保されているメモリ領域の先頭番地
_file: UNIXのファイル記述子

実行結果


----------------------------------------------------------------------
% make filestruct-print 
cc     filestruct-print.c   -o filestruct-print
% ./filestruct-print  
stdin  == 0xfb4f044 == &_iob[0]
stdout == 0xfb4f054 == &_iob[1]
stderr == 0xfb4f064 == &_iob[2]
fp     == 0xfb4f074 == &__iob[3]
fopen()
cnt:0, ptr:0x0, base:0x0, flag:01, flag:1, file:3
getc()
cnt:1252, ptr:0x10002009, base:0x10002008, flag:09, flag:9, file:3
getc()
cnt:1251, ptr:0x1000200a, base:0x10002008, flag:09, flag:9, file:3
fclose()
cnt:0, ptr:0x0, base:0x0, flag:00, flag:0, file:3
% 
----------------------------------------------------------------------

■練習問題

★練習問題14 フィルタのプログラム

高水準入出力ライブラリ関数を持ちいて、次のようなフィルタを作りなさい。

文字単位のフィルタ
- rot13 暗号プログラム。アルファベット(大文字・小文字それぞれ)につて、次のように１３個ずらす。
```
入力: ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ abcdefghijklmnopqrstuvwxyz
出力: NOPQRSTUVWXYZABCDEFGHIJKLM nopqrstuvwxyzabcdefghijklm
```
  それ以外のものは、そのまま出力する。この暗号法を rot13 (rotation)という。これは、まったく同じルーチンで暗号化と復号化ができる。ネットワーク・ニュースなでど、ネタばらしの投稿に使われる。
- rot-N 暗号プログラム。13 ではなく、n 個ずらす。
- rot47 プログラム。JIS漢字コードの16ビットを、上下8ビットずつにわけ、それぞれを部分を47個ずらす。JIS漢字コードは、8ビットずつに分けた時に、0x21から0x7E の間にある。
- trプログラムのようなもの。
- 文字単位で Exclusive OR を使う暗号化プログラム。
- その他。
行単位のフィルタ。
- fgrep のようなもの。パタンを受け取り、マッチした行だけ標準出力へ流す。
- 行番号を付けるプログラム。nl のようなもの。(BSD では、cat -n。)
- その他。

文字単位のフィルタでは、getc(), fgetc(), getchar() と putc(), fputc(), putchar() などを使うとよい。行単位のフィルタでは、 fgets(), fputs(), fprintf() などを使うとよい。 (gets(), fscanf(), scanf() は、セキュリティ・ホールになりやすいので、使わない。)

↑[もどる] ←[4月17日] ・[4月24日] →[5月01日] [課題]

Last updated: 2000/04/23 01:30:01

Yasushi Shinjo / <yas@is.tsukuba.ac.jp>