8.2. Низкоуровневый ввод-вывод (read и write)

Ввод-вывод основан на системных вызовах read и write, к которым программа на Си обращается с помощью функций с именами read и write. Для обеих первым аргументом является дескриптор файла. Во втором аргументе указывается массив символов вашей программы, куда посылаются или откуда берутся данные. Третий аргумент — это количество пересылаемых байтов.

  int n_read = read(int fd, char *buf, int n);
  int n_written = write(int fd, char *buf, int n);

Обе функции возвращают число переданных байтов. При чтении количество прочитанных байтов может оказаться меньше числа, указанного в третьем аргументе. Нуль означает конец файла, а –1 сигнализирует о какой-то ошибке. При записи функция возвращает количество записанных байтов, и если это число не совпадает с требуемым, следует считать, что запись не произошла.

За один вызов можно прочитать или записать любое число байтов. Обычно это число равно или 1, что означает посимвольную передачу без буферизации, или чему-нибудь вроде 1024 или 4096, соответственно размеру физического блока внешнего устройства. Эффективнее обмениваться большим числом байтов, поскольку при этом требуется меньше системных вызовов. Используя полученные сведения, мы можем написать простую программу, копирующую свой ввод на свой вывод и эквивалентную программе копирования файла, описанной в главе 1. С помощью этой программы можно копировать откуда угодно и куда угодно, поскольку всегда существует возможностьперенаправить ввод или вывод на любой файл или устройство.

  #include "syscalls.h"

  main()   /* копирование ввода на вывод */
  {
      char buf[BUFSIZ];
      int n;

      while ((n = read(0, buf, BUFSIZ)) > 0)
          write(i, buf, n);
      return 0;
  }

Прототипы функций, обеспечивающие системные вызовы, мы собрали в файле syscalls.h, что позволяет нам включать его в программы этой главы. Однако имя данного файла не зафиксировано стандартом.

Параметр BUFSIZ также определен в syscalls.h; в каждой конкретной системе он имеет свое значение. Если размер файла не кратен BUFSIZ, то какая-то операция чтения вернет значение меньшее, чем BUFSIZ, а следующее обращение к read даст в качестве результата нуль.

Полезно рассмотреть, как используются read и write при написании программ более высокого уровня — таких как getchar, putchar и т.д. Вот, к примеру, версия программы getchar, которая осуществляет небуферизованный ввод, читая по одному символу из стандартного входного потока.

  #include "syscalls.h"

  /* getchar: небуферизованный ввод одного символа */
  int getchar(void)
  {
      char c;

      return (read(0, &c, 1) == 1) ? (unsigned char) c : EOF;
  }

Переменная c должна быть типа char, поскольку read требует указатель на char. Приведение c к unsigned char перед тем, как вернуть ее в качестве результата, исключает какие-либо проблемы, связанные с распространением знака.

Вторая версия getchar осуществляет ввод большими блоками, но при каждом обращении выдает только один символ.

  #include "syscalls.h"

  /* getchar: простая версия с буферизацией */
  int getchar(void)
  {
      static char buf[BUFSIZ];
      static char *bufp = buf;
      static int n = 0;

      if (n == 0) {   /* буфер пуст */
          n = read(0, buf, sizeof(buf));
          bufp = buf;
      }
      return (--n >= 0) ? (unsigned char) *bufp++ : EOF;
  }

Если приведенные здесь версии функции getchar компилируются с включением заголовочного файла <stdio.h> и в этом заголовочном файле getchar определена как макрос, то нужно задать строку #undef с именем getchar.