Unix programming with standard I/O (2)

Phần 2: Chương trình hiển thị nội dung file theo từng trang màn hình

1. Đặt vấn đề

Khi xem nội dung một file dài, chúng ta thường muốn nội dung file đó được hiển thị lần lượt theo từng trang màn hình. Hai lệnh phổ biến để xem nội dung file là cat và more không đáp ứng được nhu cầu này (chúng không có khả năng này, hoặc có nhưng không tiện dụng, “tác giả” cũng không biết rõ về tất cả các khả năng của hai lệnh này). Bởi vậy, chúng ta sẽ phát triển một chương trình tên là p làm nhiệm vụ in ra nội dung một file theo từng trang màn hình (screenful-at-a-time). Chương trình sẽ đợi người dùng ấn một phím để chuyển sang hiển thị trang tiếp theo. Giống như vis, p nhận dữ liệu vào từ cả file lẫn standard input. Ví dụ:

p nhận dữ liệu vào từ file

$ p vis.c

p nhận dữ liệu vào từ standard input

$ grep  ‘#define’  *.[ch]  |  p

Ở phiên bản đầu tiên, p sẽ hiển thị nội dung file theo từng khối, mỗi khối 22 dòng (phần lớn các terminal gồm 24 dòng văn bản). Một cách đơn giản để nhắc người dùng ấn một phím để tiếp tục là không in ra kí tự new line nằm cuối dòng thứ 22. Khi đó, con trỏ sẽ nằm ở cuối dòng thứ 22 thay vì đầu dòng thứ 23. Khi người dùng ấn phím enter, kí tự new line còn thiếu của dòng 22 sẽ được thêm vào, nhờ đó dòng tiếp theo (dòng 23) sẽ được in ra ở đúng vị trí của nó. Nếu người dùng ấn ctrl-d hay q thay vì enter, p sẽ kết thúc. Chúng ta sẽ không quan tâm đến các dòng quá dài. Ngoài ra, khi hiển thị nhiều file cùng lúc thì nội dung các file sẽ được in ra liên tục mà không có sự phân cách gì cả. Tức là, đầu ra của hai lệnh sau đây là như nhau

$ p file1 file2 …

và

$ cat file1 file2 …  |  p

Chú ý rằng lệnh cat in ra nội dung các file một cách liên tục mà không có sự phân cách gì cả. Nếu muốn nội dung các file được phân cách bởi tên file, chúng ta có thể dùng vòng lặp sau đây (ôn lại lập trình shell luôn )

$ for i in filenames
> do
>      echo $i:
>      cat $i
> done  |  p

Có rất nhiều tính năng có thể được đưa vào chương trình p. Quan điểm của chúng ta là: Trước hết tạo ra một phiên bản đơn giản, sau đó dần dần thêm vào các tính năng phức tạp hơn khi cần thiết. Những tính năng được thêm vào phải là những cái mà người dùng thực sự muốn, chứ không phải những cái mà chúng ta nghĩ rằng họ muốn.

2. Phiên bản đầu tiên của p

Cấu trúc của p cũng tương tự như vis: Hàm main duyệt qua các file đầu vào và gọi một hàm tên là print để xử lí từng file. Dưới đây là hàm main

Unix programming with standard I/O (1)

Lời tựa

Dạo này đang thời kì nông nhàn nên quay lại với blog. Gần một tháng nay không có bài viết mới nào, có lẽ do các blogger đều đang bận bịu với những kế hoạch riêng của mình. Dạo này không thích những thứ loằng ngoằng phức tạp nữa, cũng chả thích mình là guru nữa, đau đầu lắm . Bây giờ chỉ thích những thứ đơn giản nhưng đẹp đẽ. Ngẫm ra làm phần mềm cũng chẳng cần đến những thứ cao siêu hay phức tạp, vấn đề chỉ là kết hợp những thứ thật đơn giản thành một hệ thống lớn làm việc được mà thôi.

Đấy là lí do mà dạo này “tác giả” quay sang đọc cuốn “The Unix programming environment” của Brian W.Kernighan và Rob Pike. Công nhận hai bác này viết sách cực hay. Cuốn sách không chỉ trình bày các công cụ hay ngôn ngữ mà quan trọng hơn là nêu bật lên được triết lí của Unix: Viết các chương trình đơn giản, mỗi chương trình chỉ làm một nhiệm vụ nhưng có khả năng tương tác tốt với nhau để thực hiện những nhiệm vụ phức tạp hơn.

“Tác giả” bài viết này, trong thời gian tạm thời chưa bị phân tâm bởi việc fix bug nhàm chán thường nhật, muốn trích ra đây một số phần của cuốn sách, vừa để giải trí, vừa để ôn lại C và Unix, cũng vừa là để học tập tư duy lập trình trên Unix. Đồng thời, việc làm này cũng khôi phục lại phần nào tình cảm của “tác giả” đối với công việc lập trình, vốn đã bị phai nhạt khá nhiều sau một thời gian làm việc trong một dự án chán ngắt và không hề thể hiện được một chút gì gọi là “vẻ đẹp” của lập trình Unix.

Tác giả cũng khuyến cáo các độc giả (nếu có ) nên tìm đọc bản tiếng Anh của cuốn sách (tác giả cũng không có bản mềm, chỉ có bản cứng), bởi trình độ kĩ thuật và tiếng Anh của tác giả đều chỉ ở mức sơ cấp.

Loạt bài viết này trích ra từ các chương 6, 7, 8, 9 của cuốn “The Unix programming environment”. Các chương này trình bày quá trình phát triển một số chương trình đơn giản, qua đó làm nổi bật lên các kĩ thuật và các triết lí lập trình trên Unix. Các chương trình này, theo tác giả cuốn sách, đều là các chương trình nhỏ và không có mặt trong 7th Edition của Unix. Nếu hệ điều hành hiện thời của bạn cũng không có chúng, bạn sẽ thấy chúng rất có ích. Trong trường hợp ngược lại, việc so sánh thiết kế của những chương trình sẵn có với những chương trình trong sách cũng mang lại nhiều điều bổ ích.

Chúng ta cùng bắt đầu với các chương trình nhập xuất dữ liệu (I/O).

Phần 1 Chương trình in ra các kí tự đặc biệt: VIS

1. Standard input and output: vis

Rất nhiều chương trình đọc dữ liệu từ một đầu vào và ghi dữ liệu ra một đầu ra. Khi đó việc sử dụng các thao tác vào ra (I/O) đối với đầu vào chuẩn (standard input) và đầu ra chuẩn (standard output) là đủ đáp ứng yêu cầu của chương trình.
Chúng ta hãy bắt đầu xây dựng một chương trình đơn giản tên là vis (viết tắt của visible). vis sao chép dữ liệu từ standard input sang standard output, đồng thời hiển thị tất cả các kí tự vốn không thể in được (non-printing character) dưới dạng \nnn, trong đó nnn là giá trị octal của kí tự đó. Ví dụ: Chúng ta chuẩn bị file đầu vào x như sau:

$ cat x
abc
def

Sử dụng vis để hiện thị x, kí tự ctrl-a sẽ được hiển thị là 01, kí tự ctrl-b sẽ được hiển thị là 02.

$ vis x
abc01
def02

Chương trình vis sẽ có ích trong việc phát hiện các kí tự lạ được ghi vào file vì một lí do nào đó. Chú ý rằng phiên bản đầu tiên của vis sẽ chỉ nhận dữ liệu vào từ standard input chứ chưa có khả năng đọc file. Khi cần in ra nội dung của nhiều file, chúng ta có thể nhờ đến lệnh cat như sau:

$ cat file1 file2 file3 … | vis

Chương trình vis của chúng ta sẽ có chức năng giống với lệnh sed sau đây:

$ sed –n l x
abc1
def2

Tuy nhiên trong một số trường hợp sed chỉ làm việc được với các file văn bản (text), bởi vậy việc viết mới chương trình vis vẫn là cần thiết.

Trong phiên bản đầu tiên của vis, chúng ta sử dụng hai hàm getchar và putchar. Hàm getchar đọc vào kí tự tiếp theo từ standard input (mặc định là terminal, cũng có thể là một file hay một pipeline, các chương trình không biết điều đó). Hàm putchar ghi một kí tự ra standard output, mặc định cũng là terminal.

Dưới đây là phiên bản đầu tiên của vis