Übungspaket 30 Kopieren von Dateien

Transkript

1 Übungspaket 30 Kopieren von Dateien Übungsziele: Skript: 1. Öffnen und Schließen von Dateien 2. Einfaches Lesen und Schreiben 3. Behandlung der EOF-Marke 4. Kopieren ganzer Dateien Kapitel: 59 bis 67 und insbesondere Übungspaket 25 Semester: Wintersemester 2017/18 Betreuer: Kevin, Theo, Thomas und Ralf Synopsis: Wie schon im Skript geschrieben, ist das Arbeiten mit Dateien mühsam und immer wieder voller Überraschungen, selbst für fortgeschrittene Programmierer. In so einer Situation hilft nur eines: intensiv Üben. In diesem Übungspaket schauen wir uns die wichtigsten Funktionen aus dem Paket stdio.h an, üben den richtigen Umgang mit den Einund Ausgabeformatierungen und entwickeln ein kleines Programm, das ähnlich dem Unix/Linux Programm cat Dateien kopiert.

2 Teil I: Stoffwiederholung Vorab nochmals eine wesentliche Bemerkung aus dem Skript: Die Dateischnittstelle (oder auf Neudeutsch das File Handling) ist eine sehr schwere Sache! Wenn man denkt, man hat s verstanden, dann kommt meist doch wieder etwas neues dazu. Während des Lernprozesses kommt man sich des Öfteren vor, wie ein Schwein, dass in s Uhrwerk schaut. Nichtsdestotrotz versuchen wir uns mittels dieses Übungspaketes der Dateischnittstelle ein wenig auf freundschaftlicher Basis zu nähern. Also: Good Luck! Aufgabe 1: Die Dateischnittstelle FILE/*FILE Zuerst einmal beschäftigen wir uns mit den relevanten Dateien und Datenstrukturen. 1. Welche Datei muss bzw. sollte man einbinden, wenn man etwas einliest oder ausgibt? 2. Nun zur eigentlichen FILE-Datenstruktur: Diese haben wir außerordentlich vereinfacht in Skriptkapitel 63 erläutert. Ziel war, einen ersten Eindruck hiervon zu vermitteln. Für das weitere Vorgehen ist es durchaus sinnvoll, sich die Datei stdio.h einmal genauer anzuschauen. Diese Datei befindet sich unter Linux im Verzeichnis /usr/include bzw. unter Windows im include-verzeichnis des installierten Compiler wie beispielsweise C:\MinGW\include. Diese Datei ist sehr lang. Trotzdem einfach mal hineinschauen, die Betreuer werden gerne weiterhelfen. Sucht diese Datei und benennt die wesentlichen Komponenten der FILE-Datenstruktur. 3. Schauen wir uns noch kurz die folgenden Fragen zur FILE-Datenstruktur an: Arbeiten wir direkt mit der FILE-Datenstruktur? Wer arbeitet mit der FILE-Datenstruktur? Welche Funktionen sind dir bekannt? 30-1 Wintersemester 2017/18, Einführung in die Praktische Informatik

3 Aufgabe 2: Detailfragen zu den Dateizugriffen An dieser Stelle sei angemerkt, dass der Datentyp FILE * (etwas irreführend) vielfach auch File Pointer genannt wird. Wie heißt der File Pointer für die Standardeingabe? Wie heißt der File Pointer für die Fehlerausgabe? Wie heißt der File Pointer für die Standardausgabe? Mit welcher Funktion öffnet man Dateien? Welchen Rückgabewert hat diese Funktion? Wie erkennt man einen Fehler beim Öffnen? Welcher mode öffnet zum Lesen? Welcher mode öffnet zum Schreiben? Beispiel für das Öffnen zum Lesen: Beispiel für das Öffnen zum Schreiben: Wie unterscheiden sich die Funktionen scanf() und fscanf() beziehungsweise printf() und fprintf() voneinander? Einführung in die Praktische Informatik, Wintersemester 2017/

4 Teil II: Quiz Aufgabe 1: Eingabe gemischter Datentypen Auch wenn man schon eine ganze Weile dabei ist, so sind viele doch immer wieder davon überrascht, wie in der Programmiersprache C die Eingabe verarbeitet wird. Zu diesem Thema haben wir folgendes Quiz entwickelt. Zunächst aber mal einige Anmerkungen: Wir haben ein C-Programm, das die Funktion scanf() mit verschiedenen Formaten aufruft. Jeder Aufruf von scanf() liest immer nur einen Parameter ein. Anschließend wird sofort der Rückgabewert der Funktion scanf() sowie der eingelesene Wert ausgegeben. Die Routinen für die eigentliche Ein-/Ausgabe haben wir ausgelagert und am Ende dieses Übungsteils abgedruckt. Alle Funktionen haben einen Namen, der immer mit do anfängt und mit dem entsprechenden Datentyp aufhört. Beispiel: do int() verarbeitet einen Wert vom Typ int. Das Programm liest und schreibt immer auf die Standardein- bzw. -ausgabe. Im Hauptprogramm werden die entsprechenden Routinen aufgerufen und mit der entsprechenden Formatangabe versorgt. Mit anderen Worten: Aus dem Funktionsnamen und der Formatangabe lässt sich die Ausgabe direkt ableiten. Eure Aufgabe ist es nun, sich die Programmeingabe anzuschauen und vorherzusagen, was die entsprechenden Ausgaben sein werden. Dazu ist es durchaus ratsam, sich nochmals eben die Dokumentation der Formatierungen %d, %c und %e anzuschauen. Die Eingabedatei bzw. die Eingabedaten sehen wie folgt aus: Die Eingabedatei: AB abc Die Daten zeichenweise dargestellt: 1 2 \n \n 5 6 \n A B \n a b c EOF Zur besseren Veranschaulichung haben wir die Funktion debug char() geschrieben, die die Ausgaben etwas aufbereitet: Sonderzeichen wir Tabulator und Zeilenwechsel werden zusätzlich als C-Escape-Sequenzen dargestellt. Zur Erinnerung: Die Standardein- und -ausgabe kann mittels < und > umgeleitet werden, ohne dass das Programm davon etwas bemerkt. Beispiel: a.exe < test.txt 30-3 Wintersemester 2017/18, Einführung in die Praktische Informatik

5 Das Programm: 1 int main ( int argc, char ** argv ) 2 { 3 do_int ( "%d" ); 4 do_int ( "%d" ); 5 do_char ( "%c" ); 6 do_char ( "%c" ); 7 do_int ( "%3d" ); 8 do_char ( "%c" ); 9 do_int ( "%d" ); 10 do_char ( "%c" ); 11 do_int ( "%d" ); 12 do_char ( "%c" ); 13 do_int ( "%d" ); 14 do_nchar ( "%4c", 4 ); 15 do_int ( "%d" ); 16 } Die Funktionen do int(), do char() und do nchar() befinden sich auf der nächsten Seite. Die Eingabedatei: zeichenweise dargestellt 1 2 \n \n 5 6 \n A B \n a b c EOF Die auszufüllende Tabelle: Was wird wie abgearbeitet? Zeile Datentyp res Wert Anmerkungen 3 int 1 12 ein int eingelesen, wie zu erwarten war Einführung in die Praktische Informatik, Wintersemester 2017/

6 Die einzelnen, sehr komprimierten Verarbeitungsroutinen: 1 # include <stdio.h> 2 3 void do_ int ( char * fmt ) 4 { 5 int i, res = scanf ( fmt, & i ); 6 printf ( " int : res =%2 d ", res ); 7 if ( res == 1 ) 8 printf ( "i=%d\n", i ); 9 else printf ( "i=---\n" ); 10 } void debug_char ( char c, int ok ) // prettyprint char 13 { 14 if (! ok ) 15 printf ( " --- " ); 16 else if ( c == \t ) 17 printf ( "\\t" ); 18 else if ( c == \n ) 19 printf ( "\\n" ); 20 else printf ( "%c", c ); 21 } void do_char ( char * fmt ) 24 { 25 char c; 26 int res = scanf ( fmt, & c ); 27 printf ( " char : res =%2 d c=", res ); 28 debug_char ( c, res == 1 ); 29 printf ( "\n" ); 30 } void do_nchar ( char * fmt, int len ) 33 { 34 int i, res ; 35 char c[ 10 ]; 36 res = scanf ( fmt, c ); // or & c[ 0 ] 37 printf ( " char : res =%2 d c=", res ); 38 for ( i = 0; i < len ; i ++ ) 39 debug_char ( c[ i ], res > 0 ); 40 printf ( "\n" ); 41 } 30-5 Wintersemester 2017/18, Einführung in die Praktische Informatik

7 Teil III: Fehlersuche Aufgabe 1: Zählen von Vokalen in einer Datei Diesmal hat sich unser Programmierer Dr. V. Error versucht. Sein Programm soll die Anzahl der Vokale in einer Datei ermitteln. Bei der Dateiverarbeitung hat er aber nicht ganz aufgepasst. Finde und korrigiere die Fehler in folgendem Programm: 1 # include <stdio.h> 2 3 int cntvowels ( FILE fp ) 4 { 5 int c, cnt ; 6 for ( cnt = 0; (c = getc ())!= EOF ; ) 7 cnt += c== a c== e c== i c== o 8 c== A c== E c== I c== O 9 c== u c== U ; 10 return cnt ; 11 } int main ( int argc, char ** argv ) 14 { 15 int i, cnt ; 16 int fp; 17 for ( i = 1; i < argc ; i ++ ) 18 if (( fp = fopen ( argv [ i ], "w" ))!= 0 ) 19 { 20 cnt = cntvowels ( fp ); 21 printf ( stdout," %s : %d vokale \n",argv [i], cnt ); 22 fclose ( *fp ); 23 } 24 else printf ( stderr, 25 " %s : fehler beim oeffnen \n", argv [i] ); 26 } Einführung in die Praktische Informatik, Wintersemester 2017/

8 Teil IV: Anwendungen Das Ziel des Anwendungsteils ist es, die Funktion des Unix/Linux-Kommandos cat teilweise nachzuimplementieren. Dieses Kommando macht nichts anderes als eine oder mehrere Dateien in eine andere zu kopieren. Für den Programmieranfänger ist diese Aufgabe schon nicht mehr ganz einfach, da sie einerseits einen (relativ einfachen) inhaltlichen Teil (das Kopieren einer Datei in eine andere) hat, andererseits auch eine Einbindung in die reale Computerwelt beinhaltet. Um hier klar zu sehen, gehen wir in drei Schritten vor: Zuerst diskutieren wir die generelle Aufgabenstellung, dann kümmern wir uns um die eigentliche Funktionalität und letztlich beschäftigen wir uns mit der Parameterversorgung. Vorüberlegungen: Design des cat-kommandos Nochmals von vorne: Das Linux cat-kommando kopiert eine oder mehrere Dateien in eine neue Datei. Dabei macht es sich einige Eigenschaften des Betriebssystems, insbesondere das Umlenken von Dateien zunutze. Das bedeutet: das cat-kommando schreibt seine Ausgaben immer auf die Standardausgabe, also in der Regel auf den Bildschirm. Will man die Ausgaben, was meist der Fall ist, in einer anderen Datei haben, muss man die Bildschirmausgaben einfach umlenken. Ok, hier ein paar Beispiele: cat cat datei-1 cat d-1 d-2... d-n cat > out cat in-1 > out cat in-1... in-n > out cat - cat d-1 - d-2 Kopiert die Tastatureingaben auf den Bildschirm. Kopiert die Datei datei-1 auf den Bildschirm. Kopiert die Datei d-1, d-2... d-n nacheinander auf den Bildschirm. Kopiert die Tastatureingaben in die Datei out Kopiert die Datei in-1 in die Datei out Kopiert die Datei in-1... in-n nacheinander in die Datei out Kopiert die Tastatureingabe (die Datei -) auf den Bildschirm. Kopiert zuerst die Datei d-1, dann die Tastatureingabe und schließlich die Datei d-2 auf den Bildschirm. Soweit, so gut. Wichtig für das Verständnis ist nun, dass das Kommando gar nicht merkt, dass es die Ausgaben nicht auf den Bildschirm sondern ggf. in eine Datei schreibt. Dieses Umlenken erledigt das Betriebssystem und ist (nahezu) für das Kommando unsichtbar. Das heißt, das Kommando cat schreibt prinzipiell immer und alles auf die Standardausgabe. Was können wir aus obiger Beschreibung an Informationen für uns herausziehen? 30-7 Wintersemester 2017/18, Einführung in die Praktische Informatik

9 1. cat schreibt immer auf die Standardausgabe. 2. cat liest alle Dateien nacheinander. Das heißt, dass man nur eine Funktion benötigt, die von einem File Pointer liest und auf den anderen schreibt. Sollten mehrere Dateien gelesen werden, muss man diese Funktion nur immer wieder mit einem anderen Eingabeparameter aufrufen. 3. Sollte cat keinen Parameter bekommen, liest es von der Standardeingabe. Was heißt das für unser Programm? Wir brauchen eine Funktion copyfile(), die von einem File Pointer liest und auf einen anderen schreibt. Um möglichst flexibel zu bleiben, sehen wir zwei Parameter vor, auch wenn der zweite immer mit stdout belegt werden wird. Um diese (recht einfache) Funktion zu testen, rufen wir sie einfach mit der Standardeinund Standardausgabe auf. Ferner brauchen wir dann noch ein Hauptprogramm, das je nach Parameterlage die einzelnen Dateien öffnet, die Funktion copyfile() entsprechend aufruft und die Dateien wieder schließt. Und genau das machen wir jetzt in den nächsten beiden Aufgaben. Aufgabe 1: Kopieren einer Datei 1. Aufgabenstellung Entwickle eine Funktion copyfile, die Dateien zeichenweise liest und wieder ausgibt. Nach den oben bereits angestellten Vorüberlegungen sollten die folgenden Fragen einfach zu beantworten sein: Welche Parameter benötigt die Funktion? Welchen Typ haben die beiden Parameter? Welchen Typ sollte die Funktion haben? Was für ein Rückgabewert ist sinnvoll? Hinweis: Für das Weiterarbeiten empfiehlt es sich, die Dokumentation der Funktion fgetc() und scanf() hinsichtlich des Lesens von Zeichen und des Erreichens des Dateiendes anzuschauen. 2. Pflichtenheft: Aufgabe, Parameter, Rückgabewert, Schleifenbedingung Einführung in die Praktische Informatik, Wintersemester 2017/

10 3. Testdaten Als Testdateien bieten sich sowohl die Standardeingabe als auch die eigens erstellten C-Dateien an. Beispiele: Kommando Bedeutung mycat Lesen der Standardeingabe mycat < mycat.c Lesen der Datei mycat.c über die Standardeingabe mycat > out.txt Lesen der Standardeingabe, Schreiben in die Datei out.txt Hinweise für das interaktive Testen: Linux-Nutzer: Linux-Nutzer können das Ende der Standardeingabe einfach durch Drücken von STRG-D (bzw. CTRL-D) (gleichzeitiges Drücken der Tasten STRG und D) erzeugen. Windows-Nutzer: Unter Windows hat das interaktive Testen folgenden Haken: Der Beispielquelltext funktioniert nicht, wenn man das Zeichen EOF nicht am Zeilenanfang eingibt. Auf der Windows-Konsole cmd wird EOF durch die Tastenkombination STRG-Z erzeugt. Auch ist es immer notwendig, nach der Eingabe von STRG-Z auch noch die Enter-Taste zu betätigen. Dieses Verhalten liegt aber nicht an unserem C-Programm sondern wird durch eine andere Instanz gesteuert (vermutlich der Treiber für die Tastatureingabe der Kommandozeile), die außerhalb des Fokus dieser Lehrveranstaltung liegt. Absolut garstig wird die ganze Sache, wenn man beispielsweise zuerst die Standarteingabe in eine Datei kopiert und dabei STRG-Z schon mal irgendwo mitten in einer Zeile hatte. Wie gerade gesagt, wird das mitten in einer Zeile stehende STRG-Z nicht als Ende der Eingabe erkannt und daher mit in die Datei geschrieben. Auch die nach dem STRG-Z kommenden Zeichen werden in die Datei kopiert. Das sieht man, wenn man sich die Datei mit einem Editor anschaut. Das Programm endet ja erst, wenn STRG-Z am Anfang einer Zeile eingegeben wird! Und jetzt lasst das Programm mal genau diese Datei ausgeben Wintersemester 2017/18, Einführung in die Praktische Informatik

11 4. Implementierung 5. Kodierung Einführung in die Praktische Informatik, Wintersemester 2017/

12 Aufgabe 2: Das komplette cat-kommando 1. Aufgabenstellung Ergänze die in der vorherigen Aufgabe entwickelte Funktion copyfile() um ein entsprechendes Hauptprogramm, das die angeforderten Dateien öffnet und schließt. Entsprechende Beispiele haben wir zu Genüge in den Vorüberlegungen besprochen. Es sei nochmals daran erinnert, dass der Dateiname - für die Tastatur steht. 2. Pflichtenheft: Aufgabe, Ausgabe, Parameter, Sonderfälle 3. Implementierung Wintersemester 2017/18, Einführung in die Praktische Informatik

13 4. Kodierung 5. Testdaten Das Komplettprogramm kann jetzt einfach so getestet werden, wie wir es in den Vorüberlegungen diskutiert haben. Einführung in die Praktische Informatik, Wintersemester 2017/