Файл. Функциональная спецификация: последовательность, которая живет дольше программы
Что это такое
Файл - динамический объект, состоящий из последовательности компонент одного типа. От структур в оперативной памяти его отличает главное: время жизни файла обычно превышает время жизни породившей его программы. Программа завершилась - файл остался, у него есть собственное имя в операционной системе.
Начинаем с верхнего из трех уровней описания - функциональной спецификации: что такое файл математически и что с ним можно делать, безо всяких деталей про диски и байты.
Порождающие правила
Множество значений файлового типа - конечные последовательности компонент. Формально его задают три правила:
- {} - пустая последовательность - является файлом.
- Если f - файл, а t - компонента, то результат приписывания t в конец f (операция конкатенации) - тоже файл.
- Никакие другие значения файлами не являются.
Обратите внимание: определение рекурсивно - каждый непустой файл получается из файла поменьше дописыванием одной компоненты. Никакого способа вставить компоненту в середину правила не дают: файл растет только с конца.
Базовые атрибуты файлового типа
- Операции: конкатенация (добавление в конец) и присваивание (покомпонентное копирование).
- Отношение равенства: файлы равны, если равны их длины и попарно равны соответствующие компоненты.
- Функции: создание пустого файла, доступ, модификация (дозапись в конец), уничтожение.
Про доступ стоит сказать отдельно - это главная особенность файла. Он строго последовательный: чтобы прочитать k-ю компоненту, нужно сначала прочитать k - 1 предыдущих. Как магнитная лента: перемотать сразу к нужному месту нельзя, лента проматывается вся.
open()
и читается по строкам - удобный итерируемый объект. Но математически он тот же:
абстрактная последовательность строк или байтов, которую читают одну за другой
и в конец которой дописывают (режим "a", append, - это
та самая конкатенация из спецификации).
Спецификация в функциях C
Файл. Функциональная спецификация в стандартной библиотеке
Абстрактные функции спецификации узнаются в стандартной библиотеке:
#include <stdio.h>
int main(void) {
/* СОЗДАТЬ: на уровне C файл - это поток (stream) */
FILE *f = fopen("test.txt", "w");
if (f) {
/* МОДИФИКАЦИЯ: дозапись компонент в конец последовательности */
fputc('A', f);
fputc('B', f);
fclose(f);
}
return 0;
}Как файл описывается в языках целиком и как он устроен на физических носителях - в следующем уроке.
Коротко: главное
- Файл - долговременный динамический объект: живет дольше программы, имеет имя в ОС.
- Это конечная последовательность компонент одного типа.
- Порождающие правила: {} - файл; файл + компонента (конкатенация) - тоже файл.
- Доступ строго последовательный: k-я компонента - только после k - 1 предыдущих.
- Атрибуты: конкатенация, присваивание, равенство; создание, доступ, дозапись, уничтожение.
Проверьте себя
По функциональной спецификации файла: что нужно сделать, чтобы прочитать его сотую компоненту?