C - UNIXシステム・インタフェース (明示的なビット演算、ビットフィールドとファイルサイズ、実行速度)

プログラミング言語C 第2版 ANSI規格準拠
B.W. カーニハン D.M. リッチー (著)
石田 晴久 (翻訳)

開発環境

• OS X Lion - Apple(OS)
• Emacs、BBEdit - Bare Bones Software, Inc. (Text Editor)
• プログラミング言語: C
• Clang (コンパイラ)

プログラミング言語C 第2版 ANSI規格準拠 (B.W. カーニハン D.M. リッチー (著)、 石田 晴久 (翻訳)、共立出版)の第8章(UNIXシステム・インタフェース)、8.4(ランダム・アクセス - Lseek)、8.5(例 - Fopen と Getc の実現)の演習8-2を解いてみる。

その他参考書籍

• プログラミング言語Cアンサー・ブック 第2版 (クロビス・L．トンド、スコット・E．ギンペル(著)、矢吹 道郎(翻訳))

演習 8-2.

コード

sample.c

#define NULL 0
#define EOF (-1)
#define BUFSIZ 1024
#define OPEN_MAX 20

struct _flags{
    unsigned int is_read : 1;
    unsigned int is_write : 1;
    unsigned int is_unbuf : 1;
    unsigned int is_eof : 1;
    unsigned int is_err : 1;
};

typedef struct _iobuf {
    int cnt;
    char *ptr;
    char *base;
    struct _flags flag;
    int fd;
} FILE;
FILE _iob[OPEN_MAX];

#define stdin (&_iob[0])
#define stdout (&_iob[1])
#define stderr (&_iob[2])

int _fillbuf(FILE *);
int _flushbuf(int, FILE *);

#define feof(p) (((p)->flag & _EOF) != 0)
#define ferror(p) (((p)->flag & _ERR) != 0)
#define fileno(p) ((p)->fd)

#define getc(p) (--(p)->cnt >= 0 \
               ? (unsigned char) *(p)->ptr++ : _fillbuf(p))
#define putc(x,p) (--(p)->cnt >= 0 \
               ?  *(p)->ptr++ = (x) : _flushbuf((x), p))

#define getchar() getc(stdin)
#define putchar(x) putc((x), stdout)

#include <fcntl.h>
#define PERMS 0666

FILE *fopen(char *name, char *mode)
{
    int fd;
    FILE *fp;
    
    if (*mode != 'r' && *mode != 'w' && *mode != 'a')
        return NULL;
    for (fp = _iob; fp < _iob + OPEN_MAX; fp++)
        if (fp->flag.is_read == 0 && fp->flag.is_write == 0)
            break;
    if (fp >= _iob + OPEN_MAX)
        return NULL;
    
    if (*mode == 'w')
        fd = creat(name, PERMS);
    else if (*mode == 'a') {
        if ((fd = open(name, O_WRONLY, 0)) == -1)
            fd = creat(name, PERMS);
        lseek(fd, 0L, 2);
    } else
        fd = open(name, O_RDONLY, 0);
    if (fd == -1)
        return NULL;
    fp->fd = fd;
    fp->cnt = 0;
    fp->base = NULL;
    if (*mode == 'r') {
        fp->flag.is_read = 1;
        fp->flag.is_write = 0;
    } else {
        fp->flag.is_read = 0;
        fp->flag.is_write = 1;
    }
    fp->flag.is_unbuf = 0;
    fp->flag.is_eof = 0;
    fp->flag.is_err = 0;
    return fp;
}

int _fillbuf(FILE *fp)
{
    int bufsize;
    
    if (fp->flag.is_read == 0 || fp->flag.is_eof == 1 ||
            fp->flag.is_err == 1)
        return EOF;
    bufsize = fp->flag.is_unbuf == 1 ? 1 : BUFSIZ;
    if (fp->base == NULL)
        if ((fp->base = (char *) malloc(bufsize)) == NULL)
            return EOF;
    fp->ptr = fp->base;
    fp->cnt = read(fp->fd, fp->ptr, bufsize);
    if (--fp->cnt < 0) {
        if (fp->cnt == -1)
            fp->flag.is_eof = 1;
        else
            fp->flag.is_err = 1;
        fp->cnt = 0;
        return EOF;
    }
    return (unsigned char) *fp->ptr++;
}

#include <stdarg.h>

void filecopy(int ifd, int ofd)
{
    char buf[BUFSIZ];
    int n;
    
    while ((n = read(ifd, buf, BUFSIZ)) > 0)
        write(ofd, buf, n);
}

void error(char *fmt, ...)
{
    va_list args;
    
    va_start(args, fmt);
    fprintf(stderr, "error: ");
    vfprintf(stderr, fmt, args);
    fprintf(stderr, "\n");
    va_end(args);
    exit(1);
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    int fd;
    void filecopy(int, int);
    void error(char *, ...);
    char *prog = argv[0];
    if (argc == 1)
        filecopy(0, 1);
    else
        while (--argc > 0)
            if ((fd = open(*++argv, O_RDONLY, 0)) == -1)
                error("%s: can't open %s\n",
                    prog, *argv);
            else {
                filecopy(fd, 1);
                close(fd);
            }
    return 0;
}

入出力結果(Terminal)

$ wc -c sample.c cat.c a.out cat.out
    3281 sample.c
    2941 cat.c
   13484 a.out
    9388 cat.out
   29094 total
$ time ./a.out *

real 0m0.017s
user 0m0.001s
sys 0m0.003s
$ time ./cat.out *

real 0m0.017s
user 0m0.001s
sys 0m0.003s
$

前問のプログラムのfopenを、今回作成したfopenに置き換えて実行速度を計測。sample.c、a.outは明示的なビット演算を使わずにフィールを使って書き直したもの。cat.out明示的なビット演算を使ったもの。明示的なビット演算を使わないでフィールドを使った方が、cのコードのサイズも、コンパイルして出来上がった、実行プログラムのサイズも大きくなった。実行速度に関しては今回はあまり差が無かった。