-\chapter{I files: l'interfaccia standard ANSI C}
+\chapter{I file: l'interfaccia standard ANSI C}
\label{cha:files_std_interface}
-%
-% Questa va per ultima. Va bene che e` la più usata, ma è basata sulle altre
-%
-\section{I file stream e gli oggetti \texttt{FILE}}
-\label{sec:filestd_stream}
+Esamineremo in questo capitolo l'interfaccia standard ANSI C per i file,
+quella che viene comunemente detta interfaccia degli \textit{stream}.
+Dopo una breve sezione introduttiva tratteremo le funzioni base per la
+gestione dell'input/output, mentre tratteremo le caratteristiche più avanzate
+dell'interfaccia nell'ultima sezione.
-Esamineremo in questa sezione l'interfaccia per i file stream, le modalità per
-crearli, e le funzioni disponibili per leggere, scrivere e compiere le varie
-operazioni connesse all'uso dei file. L'interfaccia è accessibile includendo
-l'header file \texttt{stdio.h}.
+
+\section{Introduzione}
+\label{sec:file_stream_intro}
+
+Come visto in \capref{cap:file_unix_interface} le operazioni di I/O sui file
+sono gestibili direttamente a basso livello con l'interfaccia standard unix
+che ricorre direttamente alle system call messe a disposizione dal kernel.
+
+Questa interfaccia però non provvede le funzionalità previste dallo standard
+ANSI C che invece sono realizzate attraverso opportune funzioni di libreria,
+che vengono a costituire il nucleo essenziale\footnote{queste funzioni sono
+ state implementate la prima volta da Ritchie nel 1976 e da allora sono
+ rimaste sostanzialmente immutate.} delle \acr{glibc}.
+
+
+\subsection{I \textit{file stream}}
+\label{sec:file_stream}
+
+Come più volte ribadito l'interfaccia dei file descriptor è una interfaccia di
+basso livello, che non provvede nessuna forma di formattazione dei dati, e
+nessuna forma di bufferizzazione per ottimizzare le operazioni di I/O.
+
+In \textit{Advanced Programming in the Unix Environment} Stevens esegue un
+raffronto dell'influenza delle dimensioni del blocco di dati (il parametro
+\param{buf} di \func{read} e \func{write}) nell'efficienza nelle operazioni di
+I/O con i file descriptor, evidenziando come le prestazioni ottimali si
+ottengano quando il buffer dei dati ha la stessa dimensione dei blocchi del
+filesystem (il valore dato dal campo \var{st\_blksize} di \var{fstat}).
+
+In questo caso se il programmatore non si cura di effettuare le operazioni in
+blocchi di dimensioni adeguate, le prestazioni possono deteriorarsi in maniera
+evidente. L'interfaccia degli stream provvede da sola la gestione dei dettagli
+della bufferizzazione e dell'esecuzione delle operazioni di lettura e
+scrittura effettive in blocchi di dimensioni appropriate all'ottenimento della
+massima efficienza.
+
+Per questo motivo l'interfaccia viene chiamata anche interfaccia dei
+\textit{file stream}, dato che non è più necessario doversi preoccupare di
+gestire i dettagli della comunicazione con il tipo di hardware sottostante, ed
+esso può essere sempre considerato come composto da un flusso (da cui il nome
+\textit{stream}) continuo di dati.
+
+Ma a parte le particolarità della gestione delle operazioni di lettura e
+scrittura, i file stream restano del tutto equivalenti ai file descriptor sui
+quali sono basati, ed in particolare vale quanto visto in
+\secref{sec:file_sharing} a proposito dell'accesso condiviso ed in
+\secref{sec:file_access_control} per il controllo di accesso.
+
+
+\subsection{Gli oggetti \type{FILE}}
+\label{sec:file_FILE}
Per ragioni storiche la struttura di dati che rappresenta un stream è stata
-chiamata \texttt{FILE}, questi oggetti sono creati dalle funzioni di libreria
-e contengono tutte le informazioni necessarie a gestire le operazioni sugli
+chiamata \type{FILE}, questi oggetti sono creati dalle funzioni di libreria e
+contengono tutte le informazioni necessarie a gestire le operazioni sugli
stream, come la posizione corrente, lo stato del buffer e degli indicatori di
-stato e di fine del file. Per questo motivo gli utenti non devono mai
-utilizzare direttamente o allocare queste strutture, ma usare sempre puntatori
-del tipo \texttt{FILE *} (tanto che in certi caso il termine di puntatore a
-file è diventato sinonimo di stream).
+stato e di fine del file.
+
+Per questo motivo gli utenti non devono mai utilizzare direttamente o allocare
+queste strutture, ma usare sempre puntatori del tipo \type{FILE *} ottenuti
+dalla libreria stessa (tanto che in certi casi il termine di puntatore a file
+è diventato sinonimo di stream).
+
+Tutte le funzioni della libreria che operano sui file accettano come parametri
+solo variabili di questo tipo, che diventa accessibile includendo l'header
+file \file{stdio.h}.
+
+
\subsection{Gli stream standard}
-\label{sec:filestd_stdfiles}
+\label{sec:file_std_stream}
-Quando un programma viene lanciato il processo ha sempre tre stream
-predefiniti aperti, che rappresentano i canali standard di input/output
-prestabiliti per il processo; anche questi tre stream sono definiti
-nell'header \texttt{stdio.h} e sono:
+Ai tre file descriptor standard (vedi \secref{sec:file_std_descr}) aperti per
+ogni processo, corrispondono altrettanti stream predefiniti per ogni processo,
+che rappresentano i canali standard di input/output prestabiliti; anche questi
+tre stream sono definiti nell'header \file{stdio.h} e sono:
\begin{itemize}
-\item \texttt{FILE * stdin} Lo \textit{standard input} cioè lo stream da cui
+\item \var{FILE * stdin} Lo \textit{standard input} cioè lo stream da cui
il processo riceve ordinariamente i dati in ingresso. Normalmente è associato
dalla shell all'input del terminale e prende i caratteri dalla tastiera.
-\item \texttt{FILE * stdout} Lo \textit{standard input} cioè lo stream su cui
+\item \var{FILE * stdout} Lo \textit{standard input} cioè lo stream su cui
il processo invia ordinariamente i dati in uscita. Normalmente è associato
dalla shell all'output del terminale e scrive sullo schermo.
-\item \texttt{FILE * stderr} Lo \textit{standard input} cioè lo stream su cui
+\item \var{FILE * stderr} Lo \textit{standard input} cioè lo stream su cui
il processo è supposto inviare i messaggi di errore. Normalmente anch'esso
è associato dalla shell all'output del terminale e scrive sullo schermo.
\end{itemize}
+Nelle \acr{glibc} \var{stdin}, \var{stdout} e \var{stderr} sono effettivamente
+tre variabili che possono essere usate come tutte le altre, ad esempio si può
+effettuare una redirezione dell'output di un programma con il semplice codice:
+\begin{lstlisting}[labelstep=0,frame=,indent=1cm]{}
+ fclose (stdout);
+ stdout = fopen ("standard-output-file", "w");
+\end{lstlisting}
+ma in altri sistemi possono essere definite come macro, e deve essere pertanto
+usata \func{freopen}.
+
+
+\subsection{Le modalità di bufferizzazione}
+\label{sec:file_buffering}
+
+La bufferizzazione è una delle caratteristiche principali della interfaccia
+degli stream; lo scopo è quello di ridurre al minimo il numero di system call
+(\func{read} o \func{write}) eseguite nelle operazioni di input/output. Questa
+funzionalità è assicurata automaticamente dalla libreria, ma costituisce anche
+una degli aspetti più comunemente fraintesi.
+
+I caratteri che vengono scritti su uno stream normalmente vengono accumulati e
+poi trasmessi in blocco in maniera asincrona (quello che viene chiamato il
+\textit{flush} dei dati) quando il buffer è pieno, questo tipo di
+comportamento vale anche per la lettura (cioè dal file viene letto un blocco
+di dati, anche se se ne sono richiesti una quantità inferiore).
+
+Se si sta facendo dell'input/output interattivo però bisogna tenere presente
+le caratteristiche con cui viene effettuata la bufferizzazione, pena il
+rischio di non vedere apparire l'output o di ottenere degli effetti
+indesiderati nella visualizzazione.
+
+Per questo motivo, la libreria definisce tre distinte modalità di
+bufferizzazione, adatte a situazioni diverse, di cui occorre essere ben
+consapevoli:
+\begin{itemize}
+\item \textit{unbuffered}: in questa modalità i caratteri non sono
+ bufferizzati e vengono trasmessi individualmente al file non appena
+ possibile (effettuando immediatamente una \func{write}).
+\item \textit{line buffered}: in questo caso i caratteri vengono trasmessi
+ al file in blocco ogni volta che viene incontrato un carattere di
+ \textit{newline} (il carattere ASCII \verb|\n|).
+\item \textit{fully buffered}: in questo caso i caratteri vengono trasmessi da
+ e verso il file in blocchi di dimensione opportuna.
+\end{itemize}
+
+Lo standard ANSI C specifica soltanto che lo standard output e lo standard
+input siano aperti in modalità \textit{fully buffered} quando non fanno
+riferimento ad un dispositivo interattivo, e che lo standard error non sia mai
+aperto in modalità \textit{fully buffered}.
+
+Linux, come BSD e SVr4, specifica il comportamento di default in maniera più
+precisa, e cioè impone che lo standard error sia sempre \textit{unbuffered}
+(in modo che i messaggi di errore siano mostrati il più rapidamente possibile)
+e che standard input e standard output siano aperti in modalità \textit{line
+ buffered} quando sono associati ad un terminale (od altro dispositivo
+interattivo) ed in modalità \textit{fully buffered} altrimenti.
+
+Il comportamento specificato per standard input e standard output vale anche
+per tutti i nuovi stream aperti da un processo; la selezione comunque avviene
+automaticamente, e la libreria apre lo stream nella modalità più opportuna a
+seconda file o al dispositivo scelto.
+
+La modalità \textit{line buffered} è quella passibile di maggiori
+fraintendimenti, la descrizione che se ne è data infatti non è precisa, dato
+che le dimensioni del buffer di I/O sono fisse e se le si eccedono può essere
+effettuato un \textit{flush} dei dati anche prima che si sia inviato un
+carattere di \textit{newline}.
+
+
-\subsection{La bufferizzazione}
-\label{sec:filestd_buffering}
\section{Funzioni base}
-\label{sec:filestd_base_func}
+\label{sec:file_ansi_base_func}
+
+Esamineremo in questa sezione le funzioni base dell'interfaccia degli stream,
+analoghe a quelle di \secref{sec:file_base_func} per i file descriptor. In
+particolare vedremo come aprire, leggere, scrivere e cambiare la posizione
+corrente in uno stream.
+
\subsection{Apertura di uno stream}
-\label{sec:filestd_open}
+\label{sec:file_fopen}
+
\subsection{Lettura e scrittura su uno stream}
-\label{sec:filestd_io}
+\label{sec:file_io}
+
\subsection{Posizionamento su uno stream}
-\label{sec:filestd_seek}
+\label{sec:file_fseek}
+
\subsection{Input/output binario}
-\label{sec:filestd_binary_io}
+\label{sec:file_binary_io}
+
\subsection{Input/output di linea}
-\label{sec:filestd_line_io}
+\label{sec:file_line_io}
+
\subsection{Input/output formattato}
-\label{sec:filestd_formatted_io}
+\label{sec:file_formatted_io}
+
\subsection{Chiusura di uno stream}
-\label{sec:filestd_close}
+\label{sec:file_fclose}
+
\section{Funzioni avanzate}
-\label{sec:filestd_adv_func}
+\label{sec:file_stream_adv_func}
+
+
+\subsection{Il controllo della bufferizzazione}
+\label{sec:file_buffering-ctrl}
\subsection{Dettagli dell'implementazione}
-\label{sec:filestd_details}
+\label{sec:file_stream_details}
+
\subsection{File temporanei}
-\label{sec:filestd_temp_file}
+\label{sec:file_temp_file}
+
\subsection{Efficienza}
-\label{sec:filestd_efficiency}
+\label{sec:file_stream_efficiency}
+
projects / gapil.git / blobdiff