UNIX Programming

ทั้ง ๒ entries ที่ผ่านมา คือ program arguments  และ stdin/stdout  นั้น ถือเอาเป็น ตอนที่ I น่ะครับ นั่นเป็นเรื่องของ terminal ล้วนๆ ที่ไม่ต้องลำบากในการ “เปิด” และ “ปิด” อะไรให้ยุ่งยากแต่อย่างใดเลย  ใน entry นี้จะเป็นเรื่องที่ พิเศษ มาอีกนิดหนึ่ง  เชิญครับ

“STANDARD I/O LIBRARY”
standard I/O library (ต่อไปจะเรียกแต่สั้นๆว่า library) เป็นการรวบรวม routines ต่างๆ ไว้ที่เดียวกัน เพื่อให้เกิด ประสิทธิภาพ ของงานบริการด้าน I/O สำหรับโปรแกรมภาษา C และเพื่อให้สามารถใช้งานที่ไหนก็ได้  library นี้มีอยู่ในทุกๆระบบที่สนับสนุนภาษา C ดังนั้นโปรแกรมจึงสามารถโยกย้ายจากระบบหนึ่ง ไปยังอีกระบบอื่นได้โดยไม่ต้องแก้ไขเปลี่ยนแปลงอะไรเลย

“(๒.๑) File Access”

โปรแกรมที่ยกมาให้ดูในตอน I นั้นทุกโปรแกรม อ่านข้อมูลจาก stdin และ เขียนผลลัพธ์ลงสู่ stdout ซึ่งได้นิยามเอาไว้ดีแล้ว และ โปรแกรม สามารถติดต่อได้โดยตรง    ในลำดับถัดมาเราจะเขียนโปรแกรมที่ต้องเข้าถึงแฟ้มเอกสาร ที่ยังไม่มีการติดต่อ กับโปรแกรม มาก่อนเป็นที่เรียบร้อยแล้ว เหมือนดั่งในกรณี stdin/stdout นั้น      ตัวอย่างง่ายๆ ได้แก่โปรแกรม wc ซึ่งนับจำนวนอักขระ จำนวนคำ จำนวนบรรทัดในแฟ้มเอกสารต่างๆ  เช่น

% wc x.c y.c

ก็จะพิมพ์ จำนวนบรรทัด คำ และอักขระในแฟ้มทั้งสอง และ จำนวนรวมแต่ละอย่างออกมา เป็นต้น

ปัญหาคือ เราจะให้แฟ้มเหล่านั้นถูกอ่านได้อย่างไรกัน นั่นคือจะเอาชื่อแฟ้ม ไปเชื่อมต่อกับประโยคทาง I/O ที่อ่าน-เขียนข้อมูลจริงๆ ได้อย่างไรกัน

กฏที่วางเอาไว้นั้น ง่ายมาก คือ ก่อนที่แฟ้มจะถูกอ่าน หรือ เขียน แฟ้มเอกสารต้องได้รับ การเปิด ก่อน ด้วยฟังก์ชั่นมาตรฐานใน library นี้ที่ชื่อ fopen.   ฟังก์ชั่นนี้ , fopen, จะเอาชื่อแฟ้มมา, ในที่นี้คือ x.c y.c ,  ดำเนินการบันทึกเป็นเบื้องต้นไว้ แล้วติดต่อ ถกเถียงกับระบบปฏิบัติการ  และ ได้ค่า ชื่อในวงการ มา ซึ่งจะใช้ชื่อนี้แหละ สำหรับการอ่าน และ การเขียนในลำดับต่อๆไป

ชื่อในวงการ นี้จะเป็น pointer, เรียกกันว่า file pointer, ที่ชี้ไปยัง structure ที่มีรายละเอียดของแฟ้ม เช่น ตำแหน่งของ buffer  ตำแหน่งปัจจุบันของอักขระใน buffer  แฟ้มนี้จะเปิดสำหรับอ่าน หรือ เปิดสำหรับเขียน และอื่นๆ  ซึ่งผู้ใช้งาน ไม่จำเป็นต้องรู้เลยแม้แต่น้อยนิดเกี่ยวกับ structure นี้ เพราะแฟ้ม stdio.h ได้ให้นิยามของ structure เอาไว้แล้ว ภายใต้ชื่อ FILE

สิ่งที่จำเป็นต้องระบุไว้ ก็มีเพียง การประกาศใช้งาน FILE เท่านั้น ดังตัวอย่าง

FILE *fp, *fopen();

ซึ่งบอกว่า fp เป็น pointer ไปยัง FILE และ fopen เป็นฟังก์ชั่นที่คืนค่า pointer มายัง FILE  ขอให้ทราบเอาง่ายๆว่า FILE นั้นเป็น ชนิดๆหนึ่ง คล้ายๆกับ int นั่นเอง อย่าคิดมาก

การเรียกใช้งานของฟังก์ชั่น fopen ก็ตรงไปตรงมา ดังนี้

    fp = fopen(name, mode);

โดยที่ name เป็นชื่อแฟ้มเอกสารที่เราต้องการทำงานด้วย   และ   mode นั้นคือลักษณะการทำงานกับแฟ้มเอกสารนั้นว่า เราจะ  อ่าน("r") หรือ เขียน("w") หรือ เขียนต่อท้าย("a") ทั้ง name และ mode เป็นอักขระ

ถ้าแฟ้มที่เราต้องการเปิดเพื่อ เขียน หรือ เขียนต่อท้าย นั้นยังไม่มี แฟ้มก็จะถูกสร้างขึ้นมา  การเปิด แฟ้มเอกสารที่มีอยู่แล้ว เพื่อ เขียน นั้น มีผลให้ สาระของแฟ้มเอกสารนั้น ถูกเขียนทับไป  และความพยายาม ที่จะอ่านแฟ้ม ที่ไม่มีอยู่เลย ยังผลให้ เกิด ความผิดพลาด ขึ้นมา   ในกรณีที่เกิด ความผิดพลาด ขึ้น ฟังก์ชั่น fopen จะคืนค่า NULL ซึ่งเป็น null pointer มาให้ผู้ใช้งาน และค่านี้ ได้รับ การนิยาม ไว้แล้ว ในแฟ้ม stdio.h

ในลำดับถัดมา ที่จำเป็นต้องทำคือ การอ่าน หรือ การเขียน หลังจากแฟ้มเอกสารได้รับ การเปิด ขึ้นมาแล้ว    ในการนี้ สามารถกระทำได้หลายทาง แต่ที่ง่ายที่สุดคือ  getc  และ  putc   โดยที่ getc จะคืนค่าถัดมาจากแฟ้มที่อ่าน มาให้, ฟังก์ชั่นนี้ ต้องการ file pointer เพื่อบอกว่า จะเอาจากแฟ้มไหน ดังนี้แล้ว

    c = getc(fp);

ก็จะนำค่าจากแฟ้มเอกสารที่อ้างอิงถึงโดย file pointer fp นั้น มาไว้ยัง c  และฟังก์ชันนี้ จะคืนค่า EOF ในกรณีที่อ่านไป จนถึงตำแหน่งสุดท้าย ของแฟ้มเอกสารแล้ว    putc  ก็จะกลับกันกับ  getc  กล่าวคือ

    putc(c, fp);

จะนำค่าอักขระ c ไปเก็บไว้ยังแฟ้ม ที่ชี้ไปโดย fp  แล้วคืนค่า c กลับมา    ทั้ง ๒ ฟังก์ชั่น จะคืนค่า  EOF ในกรณีที่เกิดความผิดพลาดขึ้น

อนึ่ง เมื่อโปรแกรมเริ่มทำงานนั้น แฟ้ม ๓ แฟ้มจะ ถูกเปิด ให้โดย อัตโนมัติทันที และ file pointer ก็จะกำหนดให้ ในทันที โดยอัตโนมัติ ด้วยเช่นกัน คือ  standard input, standard output และ standard error และ file pointer ของทั้ง ๓ นี้คือ stdin, stdout, stderr ตามลำดับ  และโดยปกติแล้ว ทั้ง ๓ file pointer นี้จะต่อตรงกับ terminal เสมอ แต่ก็อาจจะ redirect ไปยังที่อื่น หรือ pipe ต่อไปยังโปรแกรมอื่น อีกก็ได้  stdin, stdout, stderr นั้นเป็นวัตถุ ที่นิยามไว้แล้ว ในชนิด FILE * จึงสามารถใช้ได้กับวัตถุอื่นใด ที่เป็นชนิด FILE * ได้

เอาล่ะ เมื่อได้ความรู้มาเท่านี้แล้ว เรามาลองยกร่างโปรแกรมง่ายๆ ที่ชื่อ wc กันดูบ้าง ดังนี้

ถ้าโปรแกรมนี้ มี arguments มันก็จะ process arguments ไปจนหมด ถ้าไม่มี ก็จะรับจาก standard input  ซึ่งโดยลักษณะนี้ ทำให้โปรแกรม สามารถเรียกใช้งาน แบบเดี่ยวๆ ได้ หรือ สามารถใช้ร่วม เป็นส่วนหนึ่ง ของ process ใหญ่ได้    โปรแกม wc มีรายละเอียด, แฟ้มชื่อ wc.c,  และ Makefile ดังนี้

/*

 * wc.c

 */ 

#include <stdio.h>

int main(argc, argv)
int argc;
char *argv[];
{
  int c, i, inword;
  FILE *fp, *fopen();
  long linect, wordct, charct;
  long tlinect = 0, twordct = 0, tcharct = 0;

  i = 1;
  fp = stdin;
  do {
    if (argc > 1 && (fp=fopen(argv[i], "r")) == NULL) {
      fprintf(stderr, "wc: can't open %s\n", argv[i]);
      continue;
    }
    linect = wordct = charct = inword = 0;
    while((c = getc(fp)) != EOF) {
      charct++;
      if (c == '\n')
    linect++;
      if (c ==  ' ' || c == '\t' || c == '\n')
    inword = 0;
      else if (inword == 0) {
    inword = 1;
    wordct++;
      }
    }
    printf("%7ld %7ld %7ld", linect, wordct, charct);
    printf(argc > 1 ? " %s\n" : "\n", argv[i]);
    fclose(fp);
    tlinect += linect;
    twordct += wordct;
    tcharct += charct;
  } while (++i < argc);
  if (argc > 2)
    printf("%7ld %7ld %7ld total\n", tlinect, twordct, tcharct);
  return(0);
}


ฟังก์ชั่น fprintf ก็เหมือนกับฟังก์ชั่น printf เพียงแต่เราระบุ file pointer ชนิด FILE ไว้เป็น argument แรกก่อนเขาอื่น เท่านั้นเอง 

ฟังก์ชั่น fclose ก็เป็นฟังก์ชั่น ที่ตรงข้ามกับ fopen  มันทำหน้าที่ ตัดการเชื่อมต่อ ระหว่าง file pointer และ ชื่อข้างนอก ที่สร้างขึ้นมา โดยฟังก์ชั่น fopen นั้น และ ปลดปล่อย file pointer นั้น เพื่อให้ระบบ สามารถมี file pointer ไว้ใช้งานได้พอเพียง 

ขณะเดียวกัน fclose ก็จะกวาดล้าง buffer ที่ฟังก์ชั่น putc ได้รวบรวมเอาไว้นั้น ออกมาด้วยพร้อมกันเลย ฟังก์ชั่น fclose นี้ จะถูกเรียกมาโดยอัตโนมัติ ในทุกโปรแกรมที่ หยุดการทำงาน

และนี่คือ Makefile ของแฟ้มโปรแกรมที่ใช้ชื่อว่า wc.c

CC=clang
CFLAGS= -g
PROG= wc
SRCS= wc.c

NO_MAN=

.include <bsd.prog.mk>


อนึ่ง หากท่านสนใจในเรื่องของ Makefile ลองเข้าไปอ่านดูได้ที่ /usr/share/mk/bsd.README และแฟ้มอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องได้ครับ

ขออนุญาตพัก ตอน II ช่วงแรกไว้ ที่นี่ก่อนครับ  ขอขอบคุณ ที่สละเวลามาอ่าน

FreeBSD: programming -->getopt

เพื่อนๆ หลายท่านคงเคยใช้งานโปรแกรม แบบที่ต้องกำหนด option ด้วย เช่น

% find -n -x pattern filename
% grep -v R-dep

ซึ่งโปรแกรมลักษณะนี้ อำนวยความสะดวกให้ผู้ใช้มาก ในแง่ที่ว่า สามารถเพิ่มคุณลักษณะวิเศษไปจากเดิมได้ นิดหน่อย โดยไม่ต้องสั่งโปรแกรมเดิมมาทำงานซ้ำ

n, x หรือ v ในตัวอย่างนั้น เรียกว่า option การกำหนด option ให้กับโปรแกรมที่เขียนขึ้น แม้จะทำได้เองโดยง่าย แต่ในโลกของ unix แล้ว การใช้บริการของ system functions นั้นเป็นสิ่งที่ ต้องทำ เพราะอย่างน้อย ก็ ลดภาระ ของผู้พัฒนาโปรแกรม และ ทำให้ ตัดความกังวล เรื่อง ความปลอดภัยของระบบไปได้มาก

ความปลอดภัย เป็นเรื่องที่ล้อเล่นไม่ได้ น่ะ และในยามที่เรามีกฏหมายเกี่ยวกับคอมพิวเตอร์มาใช้งานแล้วเช่นนี้ หากโปรแกรมที่เราเขียนขึ้น มีช่องโหว่ว ก็ลำบากมากอยู่ ถ้าใช้กันผ่าน network

ในโอกาสพิเศษเช่นนี้ จึงใคร่ขอนำเสนอเรื่องสั้นๆ ไม่ยาวนัก แต่พอให้เกิดปัญญา มาตกลงปรองดองกันได้ ระหว่าง การเขียน code ขึ้นมาเอง กับการใช้บริการของ system functions (ผ่าน library)

function ที่ว่านี้ เรียกว่า getopt(3) ซึ่งเมื่อเปิด manual page ใน section ที่ 3 ดูก็ทราบรายละเอียดได้ว่า

ต้อง link กับ standard C library (-lc) ในตอน compile ตัวอย่างคือ
% cc -o programme programme.c -lc
function นี้กำหนด prototype ไว้แล้วใน unistd.h header files ทำให้เราต้องรวมบรรทัด
#include <unistd.h>
เข้าไปด้วย

ตัวอย่าง ที่เขียนขึ้นจริงๆกับ โปรแกรมเรื่องสั้นภาค ๒ ที่เพิ่งส่งไปเมื่อวันอังคารที่ผ่านมานี้ ขอตัดมาให้ดูแต่เพียงบางส่วนเท่านั้น คือ

@ |getopt(3)|, one of many functions from system services
@<Getoption@>=
sflag = 0;
interactive=0;
while ((ch = getopt(argc, argv, "is:d:")) != -1) { <----
  switch (ch) {
   case 'i':@/
      interactive = 1;@/
      break;@/
   case 's':
      if ((fp = fopen(optarg, "r")) == NULL) {
       fprintf(stderr,"%s: %s: %s\n",programme, optarg, strerror(errno));
       status = OPEN_FILE;
      }
      sflag = 1;
      strcpy(filename,optarg); /* for later used */
      break;
   case 'd':
      if ((fp = fopen(optarg, "r")) == NULL) {
       fprintf(stderr,"%s: %s: %s\n",programme, optarg, strerror(errno));
       status = OPEN_FILE;
       }
      strcpy(filename,optarg); /* for later used */
      break;
   case '?':@/
   default:@/
      fprintf(stderr,"usage: %s -[[i]s|[i]d] data-filename\n%s\n", programme,
      strerror(errno));
      status = USAGE;
      break;
   }
  }

โดยที่ตรงบรรทัด while นั่นแหละ พอเดาออกน่ะครับว่า options ที่ใช้คือ i,s,d อันนี้ไม่ได้หมายถึง index for sustainable development ของการพัฒนาอย่างยั่งยืน อะไรหรอกน่ะ แต่มันเผอิญมาตรงกัน เท่านั้นเอง

กล่าวคือ option ของโปรแกรมที่ใช้งานจริงจริง เมื่อเรียกใช้ ก็จะอยู่ในรูป

% programme -i -sfilename | -dfilename

หรือ

% programme -isfilename | -idfilename

หรือ

% programme -sfilename | -dfilename

จาก manual page ทราบว่า เรามีภาระเพียงกำหนด argument ที่ 3 ให้กับ system function นี้ ซึ่ง มีรูปแบบ ที่แน่นอน ไว้ให้แล้ว พร้อมกับเขียน code มาเพื่อรองรับ option ที่กำหนดไว้ ก็เท่านั้นเอง

และในตัวอย่าง มะไฟ ก็เพียงเลือกเอาว่า จะใช้ option i,s,d โดยที่ ๒ อันหลังนั้นต้องมีชื่อแฟ้มตามมาด้วยเสมอ กล่าวคือ ต้องอยู่ในรูป

% programme -sfilename

หรือ

% programme -dfilename

ย่างนี้เป็นต้นเสมอ จะใช้แต่ option ใด option หนึ่งโดดๆ ไม่มีชื่อแฟ้มตามมาด้วย ไม่ได้

ใน manual page นั้น เขาบอกไว้ชัดเจนว่า option ที่มี argument ตามมานั้น ให้ตามหลัง option นั้นด้วย : เสมอ เพื่อแยกจาก option อื่นที่ไม่มี argument ตามมาด้วย ส่วนที่ว่า argument ที่ตามมาด้วยนั้น จะเขียนติดต่อกันไปเลย อย่างในตัวอย่างที่ยกมาให้ดู หรือ จะมี space ตามเพื่อความสวยงาม ก็ได้ ไม่ว่ากัน

ในตัวอย่างที่ยกมานั้น option s และ option d มี : ตามอยู่ด้วย ทำให้ทราบว่า ทั้ง ๒ option นั้นมี argument ตามมาแน่นอน ซึ่งก็คือชื่อของแฟ้มเอกสาร ที่จะเปิดเพื่ออ่านข้อมูลนั่นเอง

ก็หวังว่าคงพอเข้าใจบ้าง

และเมื่อลองเทียบ ความเรียบง่ายนี้ กับ codes ที่ต้องเขียนเองขึ้นมา โดยขอให้ไปดูจากหนังสือ The C Programming Language ในบทที่ ๕ section ที่ 10 Command-line Arguments ท่านก็จะพบว่า ยุ่งเหยิงมากกว่ากันเยอะเลย เอาแค่การตีความ precedence ของ pointers & operator ก็แทบจะพูดได้ว่า

โชคดีแล้ว ที่ไม่ต้องเขียนเอง

การใช้บริการของ system function ผ่าน library ทั้งหลายที่มีให้ จึงนับว่าดีที่สุด

ขอยกคุณงามความดีนี้ ถวายเป็นราชพลี ถวายเป็นปฏิบัติบูชา ในวาระ ฉัตรมงคลสมัย อันประเสริฐยิ่งนี้

อันใดที่บกพร่อง มะไฟ ฅนยาก ขอน้อมรับไว้แต่ผู้เดียว