《操作系统》 实验1_unix——io参考
任务1在当前用户目录下创建数据文件student.txt，文件的内部信息存储格式为Sname:S#:Sdept:Sage:Ssex，即“姓名:学号:学院:年龄:性别”，每行一条记录，输入不少于10条学生记录，其中包括学生本人记录。编写程序task41.c，从文件中查找Sdept字段值为“计算机与网络安全学院”的文本行，输出到文件csStudent.txt中，保存时各字段顺序调整为S#:Sname:
任务1
在当前用户目录下创建数据文件student.txt，文件的内部信息存储格式为Sname:S#:Sdept:Sage:Ssex，即“姓名:学号:学院:年龄:性别”，每行一条记录，输入不少于10条学生记录，其中包括学生本人记录。编写程序task41.c，从文件中查找Sdept字段值为“计算机与网络安全学院”的文本行，输出到文件csStudent.txt中，保存时各字段顺序调整为S#:Sname:Sage: Ssex:Sdept。
提示：从终端读入一个文本行到字符串 char buf[MAXSIZE]可调用函数可调用函数：
“fgets(buf, MAXSIZE, stdin);”，其中stdin是表示键盘输入设备的文件指针。
源代码
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#define SEARCH_EDU "" //待查学院
#define FILE_NAME "./student.txt" //打开文件名
#define FILE_OUT "./csStudent.txt" //输出文件名
#define MAXSIZE 1024
typedef struct STUDENT
{
char name[20];//姓名
char sno[20];//学号
char edu[50];//学院
char age[4];//年龄
char sex[4];//性别
}Student;
int main()
{
Student students;
FILE* stuFile = fopen(FILE_NAME,"r");
FILE* outFILE = fopen(FILE_OUT,"w");
int i,j;
char buf[MAXSIZE];
//读取文件学生信息到内存
while(!feof(stuFile))
{
fgets(buf,MAXSIZE,stuFile);
sscanf(buf, "%[^:]:%[^:]:%[^:]:%[^:]:%[^\n]\n", students.name,
students.sno,students.edu,students.age,students.sex);
//输出指定学院的学生到文件
if(strcmp(students.edu,SEARCH_EDU) == 0)
{
fprintf(outFILE,"%s:%s:%s:%s:%s\n", students.sno,
students.name,students.age,students.sex,students.edu);
}
}
fclose(stuFile);
fclose(outFILE);
return 0;
}
编译过程
测试数据
运行结果
解决问题
feof() 函数
发现运行最后多出了一行
查找了feof函数：
注意：feof判断文件结束是通过读取函数fread/fscanf等返回错误来识别的，故而判断文件是否结束应该是在读取函数之后进行判断。比如，在while循环读取一个文件时，如果是在读取函数之前进行判断，则如果文件最后一行是空白行，可能会造成内存错误。
feof(fp)有两个返回值:如果遇到文件结束，函数feof（fp）的值为非零值，否则为0。
ASCI C提供一个feof函数，用来判断文件是否结束。
“C”语言的“feof()”函数和数据库中“eof()”函数的运作是完全不同的。数据库中“eof()”函数读取当前指针的位置，“C”语言的“feof()”函数返回的是最后一次“读操作的内容”。 多年来把“位置和内容”相混，从而造成了对这一概念的似是而非。
那么，位置和内容到底有何不同呢？举个简单的例子，比如有人说“你走到火车的最后一节车箱”这就是位置。而如果说“请你一直向后走，摸到铁轨结束”这就是内容。也就是说用内容来判断会“多走一节”。这就是完全依赖于“while(!feof(FP)){…}”进行文件复制时，目标文档总会比源文档“多出一些”的原因。
在“C”文件读取操作时不能完全依赖于“while(!feof(FP)){…}”的判断。下面代码是改进后的代码，该代码执行后output文件内容和input文件内容一致，与使用“while(!feof(FP)){…}”相比，output文件的结尾符号（EOF）没有被读入到input文件中。
feof()可以用EOF代替吗？不可以。fgetc返回-1时，有两种情况：读到文件结尾或是读取错误。因此我们无法确信文件已经结束, 因为可能是读取错误! 这时我们需要feof()。
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#define SEARCH_EDU "计算机与网络安全学院" //待查学院
#define FILE_NAME "./student.txt" //打开文件名
#define FILE_OUT "./csStudent.txt" //输出文件名
#define MAXSIZE 1024
typedef struct STUDENT
{
char name[20];//姓名
char sno[20];//学号
char edu[50];//学院
char age[4];//年龄
char sex[4];//性别
}Student;
int main()
{
Student students;
FILE* stuFile = fopen(FILE_NAME,"r");
FILE* outFILE = fopen(FILE_OUT,"w");
int i,j;
char buf[MAXSIZE];
//读取文件学生信息到内存
//更改函数
fgets(buf,MAXSIZE,stuFile);
while(!feof(stuFile))
{
sscanf(buf, "%[^:]:%[^:]:%[^:]:%[^:]:%[^\n]\n", students.name,
students.sno,students.edu,students.age,students.sex);
//输出指定学院的学生到文件
if(strcmp(students.edu,SEARCH_EDU) == 0)
{
fprintf(outFILE,"%s:%s:%s:%s:%s\n", students.sno,
students.name,students.age,students.sex,students.edu);
}
fgets(buf,MAXSIZE,stuFile);
}
fclose(stuFile);
fclose(outFILE);
return 0;
}
结果：
fputs() 、fgets()函数
fputs() 函数也是用来显示字符串的，它的原型是：
1 #include <stdio.h>
2 int fputs(const char*s,FILE *stream);c
s代表要输出的字符串的首地址，可以是字符数组名或字符指针变量名。
stream 表示向何种流中输出，可以是标准输出流 stdout，也可以是文件流。标准输出流即屏幕输出，printf 其实也是向标准输出流中输出的。
fputs() 和 puts() 有两个小区别：
- puts() 只能向标准输出流输出，而 fputs() 可以向任何流输出。
- 使用 puts() 时，系统会在自动在其后添加换行符；而使用 fputs() 时，系统不会自动添加换行符。
那么这是不是意味着使用 fputs() 时就要在后面添加一句“printf("\n")；”换行呢？看情况！如果输入时使用的是 gets()，那么就要添加 printf 换行；但如果输入时用的是 fgets()，则不需要。
使用 fgets() 时，换行符会被 fgets() 读出来并存储在字符数组的最后，这样当这个字符数组被输出时换行符就会被输出并自动换行。
但是也有例外，比如使用fgets（）时指定了读取的长度，如只读取 5 个字符，事实上它只能存储 4 个字符，因为最后还要留一个空间给 ‘\0’，而你却从键盘输入了多于 4 个字符，那么此时“敲”回车后换行符就不会被 fgets() 存储。数据都没有地方存放，哪有地方存放换行符呢！此时因为 fgets() 没有存储换行符，所以就不会换行了。
任务2
调用Unix I/O库函数，编写程序task42.c，从键盘读入5个学生的成绩信息，包括学号、姓名、语文、数学、英语，成绩允许有一位小数，存入一个结构体数组，结构体定义为：
typedef struct _subject { char sno[20]; //学号 char name[20]; //姓名 float chinese; //语文成绩 float math; //数学成绩 float english; //英语成绩 } subject;将学生信息，逐条记录写入数据文件data，最后读回第1、3、5条学生成绩记录，显示出来，检查读出结果是否正确。
源代码
#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
#define SIZE 5
typedef struct _subject
{
char sno[20];//学号
char name[20];//姓名
float chinese;//语文成绩
float math;//数学成绩
float english;//英语成绩
}subject;
int main()
{
subject subs[SIZE];
subject sub;
int fd;
int i;
printf("请输入五位学生的信息：\n");
printf("分别输入学号、姓名 、语文成绩、数学成绩、英语成绩：\n");
fd = open("data.txt",O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC,0777);
for(i = 0; i < SIZE; i++)
{
scanf("%s%s%f%f%f",subs[i].sno,subs[i].name,&subs[i].chinese,&subs[i].math, &subs[i].english);
write(fd,(void*)&subs[i],sizeof(subject));
}
close(fd);
fd = open("data.txt",O_RDONLY,0);
for(i = 0; i < SIZE; i++)
{
read(fd,(void*)&sub,sizeof(subject));
if(i % 2 == 0)
printf("%s %s %.1f %.1f %.1f\n",sub.sno,sub.name,sub.chinese,
sub.math,sub.english);
}
close(fd);
}
编译过程
测试数据
运行结果
解决问题
任意类型数据文件的读写
read、write函数在内存和文件之间传输一个数据块内容，这个数据块在 内存中的地址为buf，在文件中位置为pos。这个数据块位于内存中时，其内容可以是任何类 型，如整型、浮点型、字符串、数组、结构体、联合体，因此，UNIX I/O可以实现任意类 型数据的文件读写功能。
在本题中读入的数据为结构体，，而不是字符串，因此文件data不是文 本文件，用cat、more等命令查看其内容时，显示结果可能是乱码。
任务3
在Linux环境下，可以调用库函数gettimeofday测量一个代码段的执行时间，请写一个程序task43.c，测量read、write、fread、fwrite函数调用所需的执行时间，并与prof/gprof工具测的结果进行对比，看是否基本一致。并对四个函数的运行时间进行对比分析。
提示：由于一次函数调用时间太短，测量误差太多，应测量上述函数多次（如10000次）运行的时间，结果才会准确。
源代码
#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/time.h>
double caltime(struct timeval time_start, struct timeval time_end) {
double wa= time_end.tv_usec - time_start.tv_usec;
double sa= time_end.tv_sec - time_start.tv_sec;
double ms = wa / 1000000.0 + sa;
return ms;
}
void myread(int fd1, char buf) {
read(fd1,&buf,1);
}
void mywriter(int fd1, char buf) {
write(fd1,&buf,1);
}
void myfread(FILE *fp, char buf) {
fread(&buf, 1, 1, fp);
}
void myfwriter(FILE *fp, char buf) {
fwrite(&buf, 1, 1, fp);
}
int main()
{
int fd1;//文件标识符
FILE *fp;//文件指针
char buf;//缓冲区
struct timeval time_start;//开始测试时间
struct timeval time_end;//结束测试时间
//测试输入:read系
fd1 = open("test.txt",O_RDONLY);
fp = fopen("file.txt", "r");
//测试read()
gettimeofday(&time_start,NULL);
for(int i; i < 100000000; i++)
myread(fd1,buf);
gettimeofday(&time_end,NULL);
printf("read() %lfs\n",caltime(time_start, time_end));
//测试fread()
gettimeofday(&time_start,NULL);
for(int i; i < 100000000; i++)
myfread(fp,buf);
gettimeofday(&time_end,NULL);
printf("fread() %lfs\n",caltime(time_start, time_end));
close(fd1);
fclose(fp);
//测试输出：write系
fd1 = open("test.txt",O_WRONLY,0777);
fp = fopen("file.txt", "w");
//测试write()
gettimeofday(&time_start,NULL);
for(int i; i < 100000000; i++)
mywriter(fd1,buf);
gettimeofday(&time_end,NULL);
printf("write() %lfs\n",caltime(time_start, time_end));
//测试fwrite()
gettimeofday(&time_start,NULL);
for(int i; i < 100000000; i++)
myfwriter(fp,buf);
gettimeofday(&time_end,NULL);
printf("fwrite() %lfs\n",caltime(time_start, time_end));
close(fd1);
fclose(fp);
}
编译过程
运行结果
解决问题
使用prof/gprof测量程序运行时间
Linux/Unix环境提供了prof/gprof工具来收集一个程序各函数的执行次数和占用CPU时间等统计信息，使用prof/gprof工具查找程序性能问题，要求编译命令添加-p选项(prof)或-pg选项(gprof)，程序执行时就会产生执行跟踪文件mon.out(或gmon.out)，再运行prof（或gprof）程序读取跟踪数据，产生运行报告。现在用gprof对以下程序各函数运行性能（占用CPU时间）进行测量。
先输入源代码
#include <stdio.h>
int fast_multiply(x, y)
{
return x * y;
}
int slow_multiply(x, y)
{
int i, j, z;
for (i = 0, z = 0; i < x; i++)
z = z + y;
return z;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
int i,j;
int x,y;
for (i = 0; i < 2000; i ++) {
for (j = 0; j < 3000 ; j++) {
x = fast_multiply(i, j);
y = slow_multiply(i, j);
}
}
printf("x=%d, y=%d\n", x, y);
return 0;
}
然后编译和执行该程序，检查是否函数性能跟踪数据文件gmon.out：
编译
$ gcc -pg -o multiply multiply.c
运行
$ ./multiply
x=5995001, y=5995001
查看文件
$ ls gmon.out
gmon.out
最后，用gprof命令产看各函数执行时间：
$ gprof multiply gmon.out
Flat profile:
Each sample counts as 0.01 seconds.
% cumulative self self total
time seconds seconds calls us/call us/call name
99.44 14.11 14.11 6000000 2.35 2.35 slow_multiply
0.42 14.17 0.06 main
0.14 14.19 0.02 6000000 0.00 0.00 fast_multiply
在这里，slow_multipy和fast_multiply执行600000次所花运行时间为14.11s和0.02秒。
任务4
在Linux系统环境下，编写程序task44.c,对一篇英文文章文件的英文单词词频进行统计。
（1） 以“单词：次数”格式输出所有单词的词频（必做）
（2） 以“单词：次数”格式、按词典序输出各单词的词频（选做）
（3） 以“单词：次数”格式输出出现频度最高的10个单词的词频
例如，若某个输入文件内容为：
GNU is an operating system that is free software—that is, it respects users’ freedom.
The development of GNU made it possible to use a computer without software that would trample your freedom.
则输出应该是：
GNU:2
is:3
it:2
……
提示：可以调用字符串处理函数、二叉树处理函数等库函数
源代码
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>
#include<malloc.h>
#include<string.h>
//#include<algorithm>
//#include <unistd.h>
#define MAXSIZE 200
typedef struct Word {
char word[30]; //设单词最长为30个字母
int count; //该单词出现的次数
}WordNode;
typedef struct article {
WordNode Word[MAXSIZE]; //单词的集合
int num; //这篇文章不同的英文单词的种数
}Article;
void Insert_word(char* temp, Article* a) {
if (a->num == MAXSIZE) {
printf("单词表已经满，输入失败\n");
return;
}
if (temp == NULL)
return;
if (a->num == 0) { //情况1：单词表里暂时还没有保存单词
a->Word[0].word[0] = '\0';
strcpy(a->Word[0].word, temp);
a->Word[0].count = 1;
a->num = 1;
}
else {
int i;
for (i = 0; i < a->num; i++) {
if (strcmp(temp, a->Word[i].word) == 0) {//情况2：该单词已经存在
a->Word[i].count++;
return;
}
}
a->Word[a->num].word[0] = '\0';
strcpy(a->Word[a->num].word, temp); //情况2：该单词是首次输入
a->Word[a->num].count = 1;
a->num++;
}
}
void divide_word(char* temp) {
int i;
if (temp == NULL) {
return;
}
for (i = 0; temp[i] != '\0'; i++) {
if (!((temp[i] >= 'A' && temp[i] <= 'Z') || (temp[i] >= 'a' && temp[i] <= 'z'))) {
temp[i] = ' ';
}
}
}
//按照高频前十输出
void paixu(Article* article) {
int i, j;
for (i = 0; i < article->num - 1; i++) {
for (j = 0; j < article->num - 1 - i; j++) {
if (article->Word[j].count < article->Word[j + 1].count) {
WordNode temp = article->Word[j];
article->Word[j] = article->Word[j + 1];
article->Word[j + 1] = temp;
}
}
}
}
//void sort(Article* article) {
// int i, j;
// for (i = 0; i < article->num - 1; i++) {
// for (j = 0; j < article->num - 1 - i; j++) {
// if (strcmp(article->Word[j].word , article->Word[j + 1].word) > 0) {
// WordNode temp = article->Word[j];
// article->Word[j] = article->Word[j + 1];
// article->Word[j + 1] = temp;
// }
// }
// }
//}
//字典排序，快速排序
void swap(Article* article,int i,int j) {
WordNode temp = article->Word[i];
article->Word[i] = article->Word[j];
article->Word[j] = temp;
}
void quick_sort_recursive(Article* article,int start, int end) {
if(start >= end) return ;
int mid = end;
int left = start, right = end - 1;
while(left < right) {
while(strcmp(article->Word[left].word,article->Word[mid].word) < 0 && left < right)
left++;
while(strcmp(article->Word[right].word,article->Word[mid].word) >= 0 && left < right)
right--;
swap(article, left, right);
}
if(strcmp(article->Word[left].word,article->Word[end].word) > 0) {
swap(article, left, end);
}
else
left++;
if(left) {
quick_sort_recursive(article, start, left - 1);
}
quick_sort_recursive(article, left + 1, end);
}
void quick_sort(Article* article) {
quick_sort_recursive(article, 0, article->num - 1);
}
void main()
{
Article article = {.num=0};
char temp[1000];
int i;
FILE* fd = fopen("./test44.txt", "r");
while (!feof(fd)) {
char* p;
fscanf(fd, "%s", temp);
divide_word(temp); //有可能一次读入不止一个单词，所以要分隔开
p = strtok(temp, " "); //strtok把temp分成多个字符串
do {
Insert_word(p, &article);
} while ((p = strtok(NULL, " ")) != NULL);//合适调整循环跳出条件
}
quick_sort(&article);
printf("按词典序输出,所有单词的词频如下:\n");
for (i = 0; i < article.num; i++) {
printf("%s:%d\n", article.Word[i].word, article.Word[i].count);
}
printf("\n最高词频的前十个单词：\n");
paixu(&article); //使用稳定排序法，才能符合题目要求
for (i = 0; i < 10; i++) {
printf("%s:%d\n", article.Word[i].word, article.Word[i].count);
}
}
编译过程
测试数据
有“AI”的1024 = 2048，欢迎大家加入2048 AI社区
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