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

    1.      #include <stdio.h>
    2.      #include <stdlib.h>
    4.      int main(int argc, char* argv[])
    5.      {
    6.          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 */
    7.          return 0;
    8.      }
    9.  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>`
    11.  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. 略
      2. 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的信息(在*nix下这俩玩意儿都是一个东西)
        • 行了就这么简单
      3. 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！

    1.   while(1)
    2.   {
    3.       system("cls"); /* 系统的清屏命令 */
    4.       do{
    5.           puts("-------------------------------------------------");
    6.           puts("-------------------------------------------------");
    7.           puts("That is a System Back Up Software for Windows! ");
    8.           puts("List of the software function : ");
    9.           puts("1. Back Up ");
    10.           puts("2. Set Back Up TO-PATH ");
    11.           puts("3. Read Me ");
    12.           puts("4. Exit ");
    13.           puts("-------------------------------------------------");
    15.           puts("Your Select: ");
    16.           fscanf(stdin, "%d", &select);
    17.           getchar(); /* 读取上方 fscanf 留在流里面的换行符 '\n' */
    18.           }while ((select < 1) || (select > 4)); /* 如果选择无效 */
    19.           system("cls");
    21.           switch(select)
    22.           {
    23.           case 1 :
    24.               break;
    25.           case 2 :
    26.               break;
    27.           case 3 :
    28.               break;
    29.           case 4 :
    30.               exit(0); /* 退出程序 */
    31.           default :
    32.               break;
    33.           }/** switch(select) **/
    34.       }/** while(1) **/
    35.       system("pause");
    36.       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

      1.   /*头文件包裹一定要切记*/
      2.   #ifndef INCLUDE_SHOWFILES_H
      3.   #define INCLUDE_SHOWFILES_H
      4.   /* 代码写在里面，这样就不会发生重定义，也能节省资源 */
      5.   #endif

    • 新建源文件showFiles.c

      1.   - 记得包含头文件`#include <showFiles.h>`

    • showFiles.h 稍后进行解释

      1.   #include <stdio.h>
      2.   #include <stdlib.h>
      3.   #include <Windows.h> /* Windows API */
      4.   #include <string.h>  /* 字符串函数 */
      5.   #include <tchar.h>     /* _ftprintf */
      6.   #include <setjmp.h>  /* setjmp, longjmp */
      8.   #define TRY_TIMES 3  /* 重新尝试获取的最大次数 */
      9.   #define MIN_PATH_NAME _MAX_PATH /* 最小的限制 */
      10.   #define LARGEST_PATH_NAME 32767 /* 路径的最大限制 */
      12.   /* 我们需要在这里面包含函数的声明 */
      13.   /** 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
      14.    * @version 1.0 2015/09/28
      15.    * @author  wushengxin
      16.    * @param   from_dir_name 源目录，即用于扫描的目录
      17.               depth         递归的深度，用于在屏幕上格式化输出，每次增加 4
      18.    * @function 用于输出显示目录结构的，可以改变输出流
      19.    */
      20.   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

      1.   /* 首先是需要的一系列变量 */
      2.   int times = 0; /* 用来配合 setjmp和longjmp重新获取句柄HANDLE的 */
      3.   /** 操作时获取文件夹，文件信息的的必要变量 **/
      4.   HANDLE file_handle;    
      5.   WIN32_FIND_DATAA file_data;
      6.   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。

        1.  char dir_path_1[PATH_MAX] = "../";
        2.  char dir_path_2[PATH_MAX] = "..\\";
        3.  /* 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了
      • 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

    1.       /** 
    2.        * @version 1.0 2015/09/28
    3.        * @author  wushengxin
    4.        * @param   src 外部传进来的，用于向所分配空间中填充的路径
    5.        * @function 用于在堆上为存储的路径分配空间。
    6.        */
    7.       char * make_path(const char * src);
    9.       /*
    10.        * @version 1.0 2015/09/28
    11.        * @author  wushengxin
    12.        * @param   src 外部传进来的，是由 make_path 所分配的空间，将其释放
    13.        * @function 用于释放 make_path 分配的内存空间
    14.        */
    15.       void rele_path(char * src);
    17.       /*
    18.        * @version 1.0 2015/09/28
    19.        * @author  wushengxin
    20.        * @param   src_path 用于 FindFirstFile()
    21.                   src_file 用于添加找到的目录名，形成新的目录路径
    22.        * @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
    23.       */            
    24.       void adjust_path(char * __restrict src_path, char * __restrict src_file);
    26.       /*
    27.        * @version 1.0 2015/09/28
    28.        * @author  wushengxin
    29.        * @param   src 外部传入的，用于调整
    30.        * @function 用于替换路径中的 / 为 \ 的
    31.        */
    32.       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 的要求.aspx)可以具体看看。

  • showFiles.c 继续 show_structure 的实现

    • shows_tructure

      1.       size_t length = strlen(from_dir_name);
      2.       char * dir_buf = make_path(from_dir_name);  //路径
      3.       char * dir_file_buf = make_path(from_dir_name); //文件
      4.       if (dir_buf == NULL || dir_file_buf == NULL)
      5.           return; /* 如果分配失败就结束函数 */
      6.       adjust_path(dir_buf, dir_file_buf); /* 调整路径和文件格式到标准格式 */
      7.       repl_str(dir_buf);
      8.       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。

      1.           int times = 0;
      2.           size_t len_of_src = strlen(src); /* 需要分配的长度 */
      3.           size_t len_of_dst = MIN_PATH_NAME;
      5.           if (len_of_src > MIN_PATH_NAME - 10) /* \\?\ //* 8个字符 */
      6.           { /* 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 */
      7.               len_of_dst = LARGEST_PATH_NAME;
      8.               if (len_of_src > LARGEST_PATH_NAME - 10)
      9.               { 
      10.                   fprintf(stderr, "The Path Name is larger than 32767, Which is not Support!\n%s", src);
      11.                   return NULL;
      12.               }
      13.           }    
      14.           setjmp(alloc_jmp); /* alloc_jmp to here */
      15.           char * loc_buf = malloc(len_of_dst + 1);
      16.           if (loc_buf == NULL)
      17.           {
      18.               fprintf(stderr, "ERROR OCCUR When malloc the memory at %s\n Try the %d th times", __LINE__, times+1);
      19.               if (times++ < TRY_TIMES)
      20.                   longjmp(alloc_jmp, 0); /* alloc_jmp from here */
      21.               return NULL;
      22.           }
      23.           //sprintf(loc_buf, "\\\\?\\%s", src); /* 作为日后的扩展 */
      24.           strcpy(loc_buf, src);
      25.           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

      1.   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 */
      2.   if (length == 1) /* 处理情况为，当用户输入的是根目录的情况 例如: C */
      3.   {
      4.       strcat(src_file, ":/");
      5.   }
      6.   else if (src_path[length - 1] != '\\' && src_path[length - 1] != '/')
      7.   {
      8.       strcat(src_file, "/");
      9.   }
      10.   else
      11.   {
      12.       src_path[length - 1] = '/';
      13.   }
      14.   strcpy(src_path, src_file);
      15.   strcat(src_path, "/*");
      16.   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

      1.       size_t length = strlen(src);
      2.       for (size_t i = 0; i <= length; ++i)
      3.       {
      4.           if (src[i] == '/')
      5.               src[i] = '\\';
      6.       }
      7.       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

      1.   /* 开始调用 Windows API 获取路径下的文件和文件夹信息 */
      2.   setjmp(get_hd_jmp);
      3.   fileHandle = FindFirstFileA(dir_buf, &fileData);
      4.   if (fileHandle == INVALID_HANDLE_VALUE) /* 如果无法获取句柄超过上限次数，就退出 */
      5.   {
      6.       fprintf(stderr, "The Handle getting Failure! \n");
      7.       if (times++ < TRY_TIMES)
      8.           longjmp(get_hd_jmp, 0);
      9.       return;
      10.   }

      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。

      在 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 * 的 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 ANSI 的 WIN32_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：

      1.   do{
      2.       char * tmp_dir_file_buf = make_path(dir_file_buf);
      3.       if (fileData.dwFileAttributes & FILE_ATTRIBUTE_DIRECTORY)
      4.       { /* 如果是文件夹 */
      5.           fprintf(stderr, "%*s%s\t<DIR>\t\n", depth, "", fileData.cFileName);
      6.           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 */
      7.               strcmp(fileData.cFileName, "..") == 0)
      8.               continue;
      9.           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 */
      10.           show_structure(tmp_dir_file_buf, depth + 4);
      11.       }
      12.       else
      13.       {
      14.           fileSize.LowPart = fileData.nFileSizeLow;   /* 输出大小 */
      15.           fileSize.HighPart = fileData.nFileSizeHigh;
      16.           fprintf(stderr, "%*s%s    \t%ld bytes\t\n", depth, "", fileData.cFileName, 
      17.                                        fileSize.QuadPart);
      18.       }
      19.       rele_path(tmp_dir_file_buf); /* 这个的实现稍后放出 */
      20.   } while (FindNextFileA(fileHandle, &fileData));

      代码是仿照 MSDN 提供的 官方例子.aspx)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：

      1.       FindClose(fileHandle);
      2.       rele_path(dir_buf);
      3.       rele_path(dir_file_buf);
      4.       return;

    • rele_path : 4 lines

      1.   free(src);
      2.   src = NULL;
      3.   return;

  • 最后在 Entry.c 的 main 函数中，在 switch 的 case 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)

    1.   char tmp[_MAX_PATH];
    2.   ...
    3.   case 1 :
    4.       scanf("%s", tmp);
    5.       printf("Enter : %s\n", tmp);
    6.       getchar();  /* 前方提到过，作用是清理标准输入流 */
    7.       show_structure(tmp, 0);
    8.       system("pause");
    9.       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。