0x0C-开始行动

写在最前方

  • 对于线程的概念以及意义,我说一些

    • 现在我只说,一个多线程的技术对于C语言程序而言就像,原本只有你一个人在干活,现在突然有许多人愿意追随你,变成了以你为核心的多人合作模式,共同完成同一个任务
    • 导致的结果就是,这个任务被切分成多个模块,有可能很多人一起做同一个模块,有可能某些模块只有一个人在做,这就带来了什么问题呢?
    • "我" 对这个任务的掌控力度变低了,试想本来就是我一个人在开发这个程序,程序的每部分都是我一个字符一个字符敲上去的,自然了解程序的每个部分。但是现在,突然多了一些人来和你一起完成这个任务,必然导致有一部分程序代码不是由你亲自写下去的,虽然你指示他们怎么做,做出什么样的功能。
    • 但是毕竟不是你亲自写的,所以他们在协调工作的时候,很大可能性会出现问题,这个问题在多线程变成里面就是资源争夺问题,也就是同一个内存块, 在同一时刻被多于一个的线程访问,那么该如何处理呢?
    • C语言到现在已经支持多线程(然而零零散散的,虽然C11标准支持多线程库)了,并没有办法实际用在编程里,我一般使用 各平台的 API 或者 Glib 进行多线程编程,前者是不需要配置环境直接上手,缺点就是无法跨平台(万恶的Windows)。后者则是需要配置环境,且这个库说实话的确很臃肿,对于我们即将写的这个备份程序有些杀鸡用牛刀。
  • 好吧,如果硬要说的官方一点那就是:

    • 应用程序,进程,线程的区别:
    • 应用程序是一组数据和指令。
    • 多进程就相当于启动了多个应用程序,彼此之间独立(虚拟内存)
    • 进程就是应用程序运行起来的名称,两者的区别在于进程是有状态的,即它会变。
    • 线程和进程十分相似,都有状态,但是它的状态比进程少,并且线程之间可以十分轻易的共享数据,而这点是多进程无法比拟的(进程间共享数据开销极大)。
    • 状态指的就是程序运行起来产生的一些值,因为是运行后产生的所以形象的叫他们状态,例如寄存器里的值,**栈(而不是堆,线程并没有自己的堆)**的值
  • 看完上面的解释,就准备开始着手写程序了

写在中间

  • 首先我使用的是 Visual Studio 2013作为编译器
  • 创建 Win32控制台应用程序
  • 记得创建C源文件
  • 如果不小心点成C++也没事,改成.c就行。
  1. 创建一个入口源文件Entery.c,用于放置main函数

     	#include <stdio.h>
     	#include <stdlib.h>
    
     	int main(int argc, char* argv[])
     	{
     		system("pause"); /* 因为Windows的命令行命令对大小写不敏感,所以命令无所谓大小写,从环境变量的配置就能知道这一点 */
     		return 0;
     	}
     因为等一下需要构造一个字符显示界面模拟GUI的功能,故添加`#include <stdlib.h>`
    
     当然并不是只因为这个原因。但是现在是为了使用其中的`system()`函数调用系统命令。
    
  • 好,那么接下来...

  • **等一下,要直接写程序了吗?**程序功能呢?程序结构呢?从哪里开始写呢?

    • 这些都没有考虑啊!!
  • 所以,停下来我们好好构思构思!

    • 问题:

      1. 我们要做什么? : 一个多线程的备份程序
      2. 我们要怎么做? : 这个问题有点大,应该拆开
      3. 我们从哪里开始做? : 这个问题比较好回答。
    • 回答:

      1. 我们要实现把某个路径备份到某个特定路径
        • 首先要实现路径的设置,也就是说由键盘输入路径
        • 得到了路径之后,要得到该路径下所有文件夹和文件信息(在*nix下这俩玩意儿都是一个东西)
        • 行了就这么简单
      2. 先从输出所有文件和文件夹的结构开始
    • 问题:

      1. 怎么得到文件和文件夹的信息?
    • 回答:

      1. MSDN放在网上,虽然现在不提供离线版本了,但是也没有被墙啊。所以不懂的时候就一个字,查API文档!对于十分基本的API, MSDN甚至会给出示例代码。恰好,这就是一个。
  • 题外话

    • 其实会写这个程序没什么大不了,重要的是学习能力,一个自我学习的能力,就比如当我不知道一个东西,也无从下手的情况下,我应该进行联想,联想可能与他相关的各种方面,并且亲自去查,不厌其烦的查,遍地撒网,重点捞鱼。
  • 首先我们需要实现一个功能,就是遍历输出路径下的所有文件夹和文件

  • 在这之前,我们先设计一下界面,稍后...3, 2, 1,出现!

      while(1)
      {
      	system("cls"); /* 系统的清屏命令 */
      	do{
      		puts("-------------------------------------------------");
      		puts("-------------------------------------------------");
      		puts("That is a System Back Up Software for Windows! ");
      		puts("List of the software function : ");
      		puts("1. Back Up ");
      		puts("2. Set Back Up TO-PATH ");
      		puts("3. Read Me ");
      		puts("4. Exit ");
      		puts("-------------------------------------------------");
    
      		puts("Your Select: ");
      		fscanf(stdin, "%d", &select);
      		getchar(); /* 读取上方 fscanf 留在流里面的换行符 '\n' */
      		}while ((select < 1) || (select > 4)); /* 如果选择无效 */
      		system("cls");
    
      		switch(select)
      		{
      		case 1 :
      			break;
      		case 2 :
      			break;
      		case 3 :
      			break;
      		case 4 :
      			exit(0); /* 退出程序 */
      		default :
      			break;
      		}/** switch(select) **/
      	}/** while(1) **/
      	system("pause");
      	return 0;
    

    突然出现的这一段代码就是设计的界面,其实很简单,看看就懂了,不再多说。

    英文莫怪。

  • 紧接着,我们来实现第一个功能,显示结构,让我们吧这个功能函数叫做show_structure

    • 新建头文件showFiles.h

        /*头文件包裹一定要切记*/
        #ifndef INCLUDE_SHOWFILES_H
        #define INCLUDE_SHOWFILES_H
        /* 代码写在里面,这样就不会发生重定义,也能节省资源 */
        #endif
      
    • 新建源文件showFiles.c - 记得包含头文件#include <showFiles.h>

    • showFiles.h 稍后进行解释

        #include <stdio.h>
        #include <stdlib.h>
        #include <Windows.h> /* Windows API */
        #include <string.h>  /* 字符串函数 */
        #include <tchar.h>	 /* _ftprintf */
        #include <setjmp.h>  /* setjmp, longjmp */
      
        #define TRY_TIMES 3  /* 重新尝试获取的最大次数 */
        #define MIN_PATH_NAME _MAX_PATH /* 最小的限制 */
        #define LARGEST_PATH_NAME 32767 /* 路径的最大限制 */
      
        /* 我们需要在这里面包含函数的声明 */
        /** 加上文档注释,不太喜欢死板的硬套,选择自己觉得重要的信息记录吧
         * @version 1.0 2015/09/28
         * @author  wushengxin
         * @param   from_dir_name 源目录,即用于扫描的目录
        			depth         递归的深度,用于在屏幕上格式化输出,每次增加 4
         * @function 用于输出显示目录结构的,可以改变输出流
         */
        void show_structure(const char * from_dir_name, int depth);
      

    题外话,在Visual Studio中,会强制要求你使用他们编写的安全函数,例如fscanf_s,如果你不想用的话,那就将它关闭吧,具体怎么操作,就当是一个小问题留给你自己。

    • showFiles.c 先不写太多,这里比较重要的是写法

        /* 首先是需要的一系列变量 */
        int times = 0; /* 用来配合 setjmp和longjmp重新获取句柄HANDLE的 */
        /** 操作时获取文件夹,文件信息的的必要变量 **/
        HANDLE file_handle;    
        WIN32_FIND_DATAA file_data;
        LARGE_INTEGER file_size;
      

      file_handle : 文件的句柄,后期操作的主要对象

      file_data : 文件的信息,各种属性

      file_size : 文件的大小有可能非常大,需要使用特定的结构体保存

  • 到这里我们停下来,因为下一步我们要去实现获取路径的操作。

    • 问题:
      1. 我们要怎么样获取路径
      2. 我们获取到的路径要怎么存储
      3. 存储的路径要符合什么格式
    • 回答:
      1. 有两个路径:备份的来源路径,备份的目的路径。前者用键盘输入,后者在程序内部首先指定一个。

      2. 这里有两种方案:用系统栈存,用堆存

        • 前者是方便的内存管理,完全不用程序员操心,但是栈的大小比较小,一般只有几兆而已,这也是为什么递归容易爆栈的原因。速度较快
        • 后者是近似巨大的内存上限,对于32位系统的Windows应用程序而言,可以有2~3GB的分配空间(4GT机制),64位就更为可怕了(Windows8 最大有512GB, Windows7 最大有 192GB,服务器系列大概是1~2TB)。速度较慢
        • 不熟练的程序员应该尽可能选择前者。
        • 这里采用后者,前者的代码也会一并附上。
      3. 对于微软API处理自己的Windows路径,一般要求末尾以/或者\结尾,前者在C语言中不是转义,所以比较好存储,如果需要使用后者,可以选择如此\\就行了。

         char dir_path_1[PATH_MAX] = "../";
         char dir_path_2[PATH_MAX] = "..\\";
         /* 两种效果一致,且占的空间也相同 */
        
    • 注意
      • 这里有涉及到一个问题,那就是Windows下的路径限制,在windef.h中定义了一个常量PATH_MAX的值为260,也就是说最大的路径长路为260字节,但是如果我们的路径名超过了这个长度怎么办呢?
      • 这里直接给出了解决办法,就是添加前缀\\?\,这样长度限制就增加到了32767
      • 此处不予以实现,日后遇见情况的话可以当作一个解决的办法。
  • 解决了上一个关于路径的问题,我们就需要考虑一下如何设计实现这个功能,首先要达到模块化的目的,即尽量减少每个函数的功能。

    • 问题
      • 都需要什么功能?
    • 回答
      • 一个主要的函数用来递归(也可以用循环,循环的好处就也在于不容易爆栈)
      • 一个用来专门给路径分配空间的函数
      • 一个用来释放分配空间的函数
      • 一个对输入的路径进行处理的函数,让路径变得规范
  • showFiles.h 变个魔术 3, 2, 1,添加了如下代码

      	/** 
      	 * @version 1.0 2015/09/28
      	 * @author  wushengxin
      	 * @param   src 外部传进来的,用于向所分配空间中填充的路径
      	 * @function 用于在堆上为存储的路径分配空间。
      	 */
      	char * make_path(const char * src);
    
      	/*
      	 * @version 1.0 2015/09/28
      	 * @author  wushengxin
      	 * @param   src 外部传进来的,是由 make_path 所分配的空间,将其释放
      	 * @function 用于释放 make_path 分配的内存空间
      	 */
      	void rele_path(char * src);
    
      	/*
      	 * @version 1.0 2015/09/28
      	 * @author  wushengxin
      	 * @param   src_path 用于 FindFirstFile()
      				src_file 用于添加找到的目录名,形成新的目录路径
      	 * @function 用于调整用户从键盘输入的路径字符串,使他们变得一致,便于处理
      	*/			
      	void adjust_path(char * __restrict src_path, char * __restrict src_file);
    
      	/*
      	 * @version 1.0 2015/09/28
      	 * @author  wushengxin
      	 * @param   src 外部传入的,用于调整
      	 * @function 用于替换路径中的 / 为 \ 的
      	 */
      	void repl_str(char * src);
    

    具体功能在文档里已经写的很清楚了,唯一要解释的就是最后两个函数,本来是一体的,后来被我拆开成了两个函数,为了也是功能更加清晰

    倒数第二个函数 adjust_path 的作用是将路径处理成符合 Windows 函数 FindFirstFile要求可以具体看看。

  • showFiles.c 继续 show_structure 的实现

    • shows_tructure

        	size_t length = strlen(from_dir_name);
        	char * dir_buf = make_path(from_dir_name);  //路径
        	char * dir_file_buf = make_path(from_dir_name); //文件
        	if (dir_buf == NULL || dir_file_buf == NULL)
        		return; /* 如果分配失败就结束函数 */
        	adjust_path(dir_buf, dir_file_buf); /* 调整路径和文件格式到标准格式 */
        	repl_str(dir_buf);
        	repl_str(dir_file_buf);
      

      这是调用 WINDOWS API 之前的所有操作,来一一实现他们

      首先是分配空间给路径

    • make_path : 24 lines·

      对于这个函数的功能便是,为需要存储的路径分配空间。

        		int times = 0;
        		size_t len_of_src = strlen(src); /* 需要分配的长度 */
        		size_t len_of_dst = MIN_PATH_NAME;
      
        		if (len_of_src > MIN_PATH_NAME - 10) /* \\?\ //* 8个字符 */
        		{ /* 这里用了10这个神奇的垃圾数,所以必须做一点注释,以防忘记 */
        			len_of_dst = LARGEST_PATH_NAME;
        			if (len_of_src > LARGEST_PATH_NAME - 10)
        			{ 
        				fprintf(stderr, "The Path Name is larger than 32767, Which is not Support!\n%s", src);
        				return NULL;
        			}
        		}	
        		setjmp(alloc_jmp); /* alloc_jmp to here */
        		char * loc_buf = malloc(len_of_dst + 1);
        		if (loc_buf == NULL)
        		{
        			fprintf(stderr, "ERROR OCCUR When malloc the memory at %s\n Try the %d th times", __LINE__, times+1);
        			if (times++ < TRY_TIMES)
        				longjmp(alloc_jmp, 0); /* alloc_jmp from here */
        			return NULL;
        		}
        		//sprintf(loc_buf, "\\\\?\\%s", src); /* 作为日后的扩展 */
        		strcpy(loc_buf, src);
        		return loc_buf;	
      

      对于 10 这个数的考虑是,至少留出 8 个空位给所说的字符,加 2 凑整。

      对于函数 malloc ,在这里没有进行包裹,是因为这只是一个预热的功能,后期在实现备份的时候,会对它进行包装,也使得错误处理的代码隐藏,让函数功能更加清晰。

    • adjust_path : 16 lines

      其次是调整路径的函数,功能就是调整路径

        size_t length = strlen(src_path); /* 两个参数的长度在此函数调用之前必定一致 */
        if (length == 1) /* 处理情况为,当用户输入的是根目录的情况 例如: C */
        {
        	strcat(src_file, ":/");
        }
        else if (src_path[length - 1] != '\\' && src_path[length - 1] != '/')
        {
        	strcat(src_file, "/");
        }
        else
        {
        	src_path[length - 1] = '/';
        }
        strcpy(src_path, src_file);
        strcat(src_path, "/*");
        return;		
      

      当用户输入的是一个字符的根目录,我们要将其处理为 C:/ 这样的形式

      当用户输入的是不带/结尾的,我们需要将其添加上 /

      当用户输入以 \ 结尾的路径时,将其替换为 /,虽然后方又全部换成了 \

      将目录处理为带 /* 结尾的,以达到 API 的要求

      src_file 用于将目录下的子目录名连接。生成新的目录。 src_path 用于递交给 API 扫描目录下的所有文件和文件夹。

    • repl_str : 7 lines

        	size_t length = strlen(src);
        	for (size_t i = 0; i <= length; ++i)
        	{
        		if (src[i] == '/')
        			src[i] = '\\';
        	}
        	return;
      

      不再赘述这个函数的功能

      到此处,所有在第一个 Windows API 之前调用的函数都实现了,接下来要做什么?

  • 当然是调用API函数啦

    • show_structure

        /* 开始调用 Windows API 获取路径下的文件和文件夹信息 */
        setjmp(get_hd_jmp);
        fileHandle = FindFirstFileA(dir_buf, &fileData);
        if (fileHandle == INVALID_HANDLE_VALUE) /* 如果无法获取句柄超过上限次数,就退出 */
        {
        	fprintf(stderr, "The Handle getting Failure! \n");
        	if (times++ < TRY_TIMES)
        		longjmp(get_hd_jmp, 0);
        	return;
        }
      

      对于这一段代码的解释,其实核心就是第二句代码,其中的函数 FindFirstFileA需要解释一下。

      Windows API 文档 MSDN 中介绍的是 FindFirstFile ,但是某些情况下(定义了UNICODE宏,不知道有没有记错),这个官方提供的接口会被定义(#define)成 FindFirstFileW,如果使用 char *ANSI 字符串当成参数的话是会获取句柄失败的!并且另一个参数使用的 file_data 类型也是 ANSIWIN32_FIND_DATAA

      所以这里显式地选择调用 FindFirstFileA 而不是让 Windows 帮我们选择。

      接下来我们要做的事情就是,遍历这个目录下的所有文件和文件夹,提取出来他们的信息:

        do{
        	char * tmp_dir_file_buf = make_path(dir_file_buf);
        	if (fileData.dwFileAttributes & FILE_ATTRIBUTE_DIRECTORY)
        	{ /* 如果是文件夹 */
        		fprintf(stderr, "%*s%s\t<DIR>\t\n", depth, "", fileData.cFileName);
        		if (strcmp(fileData.cFileName, ".") == 0 ||  /* . 和 .. 便是当前文件夹和上一级文件夹, 世界上所有系统都一样 */
        			strcmp(fileData.cFileName, "..") == 0)
        			continue;
        		strcat(tmp_dir_file_buf, fileData.cFileName); /* 将文件名连接到当前文件夹路径之后,形成文件路径 */
        		show_structure(tmp_dir_file_buf, depth + 4);
        	}
        	else
        	{
        		fileSize.LowPart = fileData.nFileSizeLow;   /* 输出大小 */
        		fileSize.HighPart = fileData.nFileSizeHigh;
        		fprintf(stderr, "%*s%s    \t%ld bytes\t\n", depth, "", fileData.cFileName, 
        	   		                      fileSize.QuadPart);
        	}
        	rele_path(tmp_dir_file_buf); /* 这个的实现稍后放出 */
        } while (FindNextFileA(fileHandle, &fileData));
      

      代码是仿照 MSDN 提供的 官方例子改写的。

      其中第五句代码,用到了前方提到过的格式化输出的一个不常用的技巧,占位,忘记的可以回去看看在第一章

      采用的方法是递归,循环的方法留给看者自己实现,思路很简单,用一个队列或者栈存放所有找到的目录和文件,依次取出直到栈或者队列为空。

      以及最后一段的代码,用于收尾:

        	FindClose(fileHandle);
        	rele_path(dir_buf);
        	rele_path(dir_file_buf);
        	return;
      
    • rele_path : 4 lines

        free(src);
        src = NULL;
        return;
      
  • 最后在 Entry.cmain 函数中,在 switchcase 1 标签范围内,加上一些获取和处理输入的函数 : (因为这里只会使用一次,故采用的是系统栈而不是在堆上分配)

      char tmp[_MAX_PATH];
      ...
      case 1 :
      	scanf("%s", tmp);
      	printf("Enter : %s\n", tmp);
      	getchar();  /* 前方提到过,作用是清理标准输入流 */
      	show_structure(tmp, 0);
      	system("pause");
      	break;
    

现在编译运行

  • 成功了!对自己的代码很有信心,嗯!
  • 中文路径也是可以的,别怕
  • 对于超过260字符的路径没有测试,大概能猜到是不行的。但是解决方案上方也有提到。
  • 这就是预热的函数,比较详细,后方代码就不会如此赘述,而是更加简洁干练的上代码和解释

写在最后面

  • 总结一个词,代码横陈,但是逻辑还算清晰
  • 只是一个预热的作用,正片代码只是为了提前让思路更加清晰,且能测试出Windows API的某些潜在缺陷以及要求。
  • 下面将开始真正的进入功能的编写。


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