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Windows系统下使用C语言编写单线程的文件备份程序

2020-01-26 14:43:10
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来源:转载
供稿:网友

写在最前方

源路径:即 From-Path,你准备要备份的资料
目的路径: 即 To-Path,你准备要存储备份的资料的地方
稍微回想一下,上一次写的代码,本次的任务是遍历目录及其子目录,那么这回要干的就是将上次遍历过的数据,挪一下窝,到我们想要他们去的位置。
这涉及到两个操作,遍历 和 拷贝,前一个动作我们在上一回已经实现了,只需做小小的改动,就能够使用。后一个动作也是需要靠 Windows API来完成,至于哪些,稍后再提。
现在先让我们完成一个魔法,3, 2, 1!:

 do{   puts("-------------------------------------------------");   fprintf(stdout, "The Default Path is : %s /n", DEFAULT_TO_PATH);   fprintf(stdout, "Now The Path is   : %s /n", get_backup_topath());   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. Show TO-PATH History");   puts("4. Read Me ");   puts("5. Exit ");   puts("-------------------------------------------------");

对界面稍微有了一些改动。

新增了第三行和第四行的 系统默认目的路径和当前使用的目的路径。

新增了倒数第四行的查看目的路径历史纪录的功能。

在main函数外头需要 extern DEFAULT_TO_PATH;因为引用了setPath.c里的一个全局变量。

写在中间

我们曾经提到要让函数的功能更加清晰,为了达到这个目的,应该把可能用到的一些原生库函数包裹一下,让可能发生的错误尽量掌握在我们自己的手里

安全函数

新建 safeFunc.h safeFunc.c
考虑一下我们需要包裹的函数: malloc, free, fopen 三个库函数。

为了不让后方的多线程实现产生更多的以后,不单独使用全局错误输出。
让我来将他们实现一下
我不会省略一些看似不必要的东西,例如注释,而是完整的呈现出来,如果觉得篇幅过长,可以选择跳跃的阅读。
魔法来了,3, 2, 1!

  

  #include <stdio.h> /* size_t */   #include <stdlib.h>   #include <setjmp.h>   #define TRY_TIMES 3   typedef struct _input_para{     char * file; /* 待打开或创建的文件名 */     char * mode; /* 打开的模式 */   }params;   jmp_buf malc_jmp; /*Malloc_s*/   jmp_buf fopn_jmp; /*Fopen*/   /**    * @version 1.0 2015/10/01    * @author wushengixin    * @param  ... 参看结构体说明         可传入任意的个数的,形式为 .file = "xxx", .mode = "x" 的参数    * function 用于使用默认参数,并调用函数 Fopen 进行打开操作    */   #define Fopen_s(...) Fopen((params){.file = NULL, .mode = "r", __VA_ARGS__})   FILE* Fopen(const params file_open);   /**    * @version 1.0 2015/10/01    * @author wushengxin    * param  sizes 输入需要分配的大小    * function 用于隐藏一些对错误的处理,并调用malloc库函数分配空间    */   void * Malloc_s(size_t sizes);   /**    * @version 1.0 2015/10/01    * @author wushengxin    * @param  input 外部传入的等待释放的指针    * function 用于隐藏一些对错误的处理,并调用free库函数进行释放指针    */   void Free_s(void * input);

里面用到了一些新的特性,如果使用 GCC/Clang作为编译器的,记得要开启-std=c11 支持。

  这几个函数就不再详细解释,而是简略说几个,接下来放上实现代码:

   FILE* Fopen(const params file_open)   {     int times = 0;     FILE* ret_p = NULL;     if (file_open.file == NULL)     {       fputs("The File Name is EMPTY! Comfirm it and Try Again", stderr);       return ret_p;     }     setjmp(fopn_jmp); /* fopn_jmp To there */     ret_p = fopen(file_open.file, file_open.mode);     if (ret_p == NULL)     {       if (times++ < TRY_TIMES)        longjmp(fopn_jmp, 0); /* fopn_jmp From here */       fprintf(stderr, "The File : %s Open with Mode (%s) Fail!/n", file_open.file, file_open.mode);     }     return ret_p;   }   void * Malloc_s(size_t sizes)   {     int times = 0;     void * ret_p = NULL;     if (sizes == 0)       return NULL;     setjmp(malc_jmp); /* malc_jmp To There */     ret_p = malloc(sizes);     if (ret_p == NULL)     {       if (times++ < TRY_TIMES) /* malc_jmp From Here */         longjmp(malc_jmp, 0);       fputs("Allocate Memory Fail!", stderr);     }     return ret_p;   }   void Free_s(void * input)   {     if (input == NULL)     {   #if !defined(NOT_DEBUG_AT_ALL)       fputs("Sent A NULL pointer to the Free_s Function!", stderr);   #endif       return;     }     free(input);     input = NULL;   }

  第一个函数是用外部定义的宏 `Fopen_s`启动它,这里没有实现隐藏它。

  最后一个函数中使用了预处理的机制,如果在头文件中定义了 `#define NOT_DEBUG_AT_ALL`,这个输出将不在出现
安全函数已经撰写完成,接下来就是干正事了

setPath.h

我们首先要将程序里保存上默认的目的路径,首先想到用常量#define ...
其次应该要确保当前目的路径不被其他非法的渠道访问,那就应该用一个static 字符数组存储。
接下来就是要提供一个函数当作接口(这里用了接口这个术语不知道合不合适),来获取当前实际在使用的目的路径 get_backup_topath。
这里还需要将之前实现过的 repl_str ,再次实现一次,因为之前的显示功能只是测试,并不会实际应用到程序当中。
完成这两个功能函数以后,再去考虑实现怎么样设置路径,存储路径,以及使用文件流操作来缓存历史目的路径

   #include "safeFunc.h"   #define SELF_LOAD_DEFAULT_PATH "C:/"   #define MIN_PATH_NAME _MAX_PATH /* 最小的限制 */   #define LARGEST_PATH_NAME 32767 /* 路径的最大限制 */   /*    * @version 1.0 2015/10/02    * @author  wushengxin    * @function 用于返回当前使用的目的路径    */   const char * get_backup_topath();   /**   * @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);

  对应的实现中,会定义一个静态的字符数组,且在头文件中能够看见,很多是在`showFiles`里定义过的。

  定义过的函数,例如 `repl_str`需要把`showFiles.c`中的**实现**,使用`#if 0 ... #endif` 进行注释掉,不然会发生重定义的错误。
setPath.c

   #include "setPath.h"   static char to_path_buf[LARGEST_PATH_NAME] = SELF_LOAD_DEFAULT_PATH;   const char * DEFAULT_TO_PATH = SELF_LOAD_DEFAULT_PATH;   const int LARGEST_PATH = LARGEST_PATH_NAME;   const char * get_backup_topath()   {     return to_path_buf;   }   void repl_str(char * src)   {     size_t length = strlen(src);     for (size_t i = 0; i <= length; ++i)     {       if (src[i] == '/')         src[i] = '//';     }     return;   }

有了上面的代码,主界面就再次能够无误运行了,那么剩下的就是实现,设置目的路径,存储目的路径到本地,显示目的路径,分别对应主界面的2, 3。
怎么实现比较好,再开始之前,分析一下会遇到的情况:
我们在得到目的路径之后,会将其拷贝给默认路径 to_path_buf,并且将其存储到本地缓存文件中,以便下次程序开始时可以直接使用上一次的路径
还可以使用另一个文件存储所有用过的历史路径,包含时间信息。
那么这就要求我们首先实现存储目的路径的功能,其次再实现设置目的路径的功能,最后实现显示目的路径的功能
注:两个看似无用的全局变量(const)是为了其他文件的可见性而设立的,且相对于#define能够省一些无足轻重的空间。

存储目的路径 store_hist_path

setPath.h

    #include <time.h>    /**     * @version 1.0 2015/10/02     * @version wushengxin     * @param  path 需要存储的路径     * @function 用于存储路径到本地文件 "show_hist" 和 "use_hist"      */    void store_hist_path(const char * path);setPath.c    void store_hist_path(const char * path)    {      time_t ctimes;       time(&ctimes); /* 获取时间 */      FILE* input_use = Fopen_s(.file = "LastPath.conf", .mode = "w"); /* 每次写入覆盖 */      FILE* input_show = Fopen_s(.file = "PathHistory.txt", .mode = "a");      if (!input_show || !input_use)      {    #if !defined(NOT_DEBUG_AT_ALL)        fputs("Open/Create the File Fail!", stderr);    #endif        return;      }      fprintf(input_use, "%s/n", path); /* 写入 */      fprintf(input_show, "%s %s", path, ctime(&ctimes));      fclose(input_show);      fclose(input_use);      return;    }

    `time`和`ctime` 函数的使用网路上的介绍更加全面,这里不做解释。

    完成了存储的函数之后,便是实现从键盘读取并且设置默认路径
设置目的路径 set_enter_path

在此处需要停下来在此思考一下,如果用户输入了错误的路径(无效路径或者恶意路径),也应该被读取吗?所以应该增加一个检查,用于确认路径的有效性。
setPath.h

    #include <string.h>    #include <io.h> /* _access */    enum {NOT_EXIST = 0, EXIST = 1};    /**     * @version 1.0 2015/10/02     * @author  wushengxin     * @function 用于读取从键盘输入的路径并将之设置为默认路径,并存储。     */    void set_enter_path();    /**     * @version 1.0 2015/10/02     * @author  wushengxin     * @param  path 用于检查的路径     * @function 用于检查用户输入的路径是否是有效的     */    int is_valid_path(const char * path);

setPath.c

    int is_valid_path(const char * path)    {/* _access 后方有解释 */      if (_access(path, 0) == 0) /* 是否存在 */        return EXIST;      else        return NOT_EXIST;    }    void set_enter_path()    {      int intJudge = 0; /* 用来判断是否决定完成输入 */      char tmpBuf[LARGEST_PATH_NAME]; /** 临时缓冲区 **/      while (1)      {        printf("Enter The Path You want!/n");        fgets(tmpBuf, LARGEST_PATH_NAME*sizeof(char), stdin); /* 获取输入的路径 */        sscanf(tmpBuf, "%s", to_path_buf);        if (is_valid_path(to_path_buf) == NOT_EXIST)        {          fprintf(stderr, "Your Enter is Empty, So Load the Default Path/n");          fprintf(stderr, "%s /n", SELF_LOAD_DEFAULT_PATH);          strcpy(to_path_buf, SELF_LOAD_DEFAULT_PATH);        }        fprintf(stdout, "Your Enter is /" %s /" ?(1 for yes, 0 for no) /n", to_path_buf);        fgets(tmpBuf, LARGEST_PATH_NAME*sizeof(char), stdin);        sscanf(tmpBuf, "%d", &intJudge); /* 获取判断数的输入 */        if (intJudge != 0)        {          if (to_path_buf[strlen(to_path_buf) - 1] != '/')            strcat(to_path_buf, "/");/* 如果最后一个字符不是'/',则添加,这里没考虑是否越界 */          store_hist_path(to_path_buf);          break;        } /* if(intJudge) */      }/* while (1) */      return;    }/* set_enter_path */

    这一组函数的功能稍微复杂,大体来说便是 `读取路径输入->检查路径有效性->读取判断数->是否结束循环`

    其中`_access` 函数有些渊源,因为这个函数被大家所熟知的是这个形式 `access`,但由于这个形式是 **POSIX** 标准,故 **Windows** 将其实现为`_access`,用法上还是一样的,就是名字不同而已。
显示历史路径 show_hist_path

setPath.h

    /**     * @version 1.0 2015/10/02     * author  wushengxin     * function 用于在窗口显示所有的历史路径     */    void show_hist_path();

setPath.c

    void show_hist_path()    {      system("cls");      char outBufName[LARGEST_PATH_NAME] = {'/0'};      FILE* reading = Fopen_s(.file = "PathHistory.txt", .mode = "r");      if (!reading)      return;      for (int i = 1; i <= 10 && (!feof(reading)); ++i)        {        fgets(outBufName, LARGEST_PATH_NAME*sizeof(char), reading);        fprintf(stdout, "%2d. %s", i, outBufName);      }      fclose(reading);      system("pause");      return;    }

剩下最后一个收尾工作

初始化路径
每次程序启动的时候,我们都会读取本地文件,获取上一次程序使用的最后一个路径,作为当前使用的目的路径
初始化目的路径 init_path

setPath.h

    /**     * @versions 1.0 2015/10/02     * @author  wushengxin     * @function 用于每次程序启动时初始化目的路径     */    void init_path();

setPath.c

    void init_path()    {      int len = 0;      char last_path[LARGEST_PATH_NAME] = { '/0' };      FILE* hist_file = Fopen_s(.file = "LastPath.conf", .mode = "r");      if (!hist_file) /* 打开失败则不初始化 */        return;      fgets(last_path, LARGEST_PATH_NAME, hist_file);      len = strlen(last_path);      if (len > 1)      {        last_path[len - 1] = '/0'; /* 消除一个多余的 ‘/n' */        strcpy(to_path_buf, last_path);      }      return;    }

    这样就大功告成了,对于这个函数中的后`8`行代码,没使用惯用的`fgets 配合 sscanf` 是因为如果这么干的话,需要搭配一个`memset`函数清零,后面会有解释。

对于memset的解释
这个函数对于大的内存块的初始化实际上是很慢的,当然我们这个30KB左右大概的内存可能影响还没有那么大,但是上兆以后,调用memset就是一种性能问题了,很多情况下,编译器在开启高优化等级之后会自动帮你取消memset的隐式调用
什么隐式调用,例如 init_path的第二行代码,声明并且用花括号初始化这个数组的时候,就会调用隐式memset。

写在中间

上面完成了界面的大部分功能,剩下的便是备份这个主要功能。
在完成备份之前,首先想想要如何构造这个备份模型

既然是备份,如果不想扩展为多线程的形式,参考第一次写的遍历函数(show_structure)直接找到文件便调用Windows API(稍后介绍)进行复制即可,不需要讲待备份的文件路径保存下来。
如果要考虑多线程扩展,我们就需要从长计议。
对于一个备份模型,最好的莫过于使用一个队列,依旧实行的是遍历模式,但是将找到的文件路径保存,并放入一个先进先出的队列中,这样我们就能够保证在扩展成多线程的时候,可以有一个很清晰的模型参考。
那么现在的任务就是实现这个用于备份的队列模型。
队列模型

  • 应该有一个容器空间:用于存放路径
  • 有队首队尾标志
  • O(1)复杂度的检查队列是否为空的接口或标志
  • O(1)复杂度的返回容器容量的接口或标志,容器容量应该固定不变

使用一些面向对象的黑魔法,保存一些操作函数防止代码混乱。

  • 初始化函数
  • 释放函数
  • 弹出操作函数
  • 压入操作函数
  • 队列实体

考虑到要存储的是字符串,并且由于Windows API的参数需求,对于一个文件,我们需要存储的路径有两个<源路径,目的路径>,对此应该再使用一个路径模型结构体包裹他们,则空间的类型就相应改变一下
新建 Queue.h Queue.c

Queue.h

  typedef struct _vector_queue queue;  typedef struct _combine combine;      |  返回值  | | 函数类型名 ||  参数类型  |  typedef int       (*fpPushBack)(queue * __restrict, const char * __restrict, const char * __restrict);  typedef const combine * (*fpPopFront)(queue *);  typedef void      (*fpDelete)(queue *);

五个typedef不知道有没有眼前一懵。,希望能够很好的理解

前两个是结构体的声明,分别对应着 队列模型 和 路径模型。

后两个是函数指针,作用是放在结构体里,使C语言的结构体也能够拥有一些简单的面向对象功能,例如成员函数功能,原理就是可以给这些函数指针类型的变量赋值。稍后例子更加明显。试着解读一下,很简单的。

  struct _combine{  char * src_from_path; /* 源路径 */  char * dst_to_path;  /* 目的路径 */  };  struct _vector_queue{    combine **   path_contain; /* 存储路径的容器主体 */    unsigned int  rear;     /* 队尾坐标 */    unsigned int  front;    /* 队首坐标 */    int       empty;    /* 是否为空 */    unsigned int  capcity;   /* 容器的容量 */    fpPushBack   PushBack; /* 将元素压入队尾 */    fpPopFront   PopFront; /* 将队首出队 */    fpDelete    Delete;  /* 析构释放整个队列空间 */  };  /**   * @version 1.0 2015/10/03   * @author  wushengxin   * @param  object 外部传入的对象指针,相当于 this   * @function 初始化队列模型,建立队列实体,分配空间,以及设置属性。   */  int newQueue(queue* object);

可以看到,上方的函数指针类型,被用在了结构体内,此处少了一个初始化函数,是因为不打算把他当作成员函数(借用面向对象术语)

在使用的时候可以直接obj_name.PushBack(..., ..., ...);

更详细的可以看后面的实现部分。成为成员函数的三个函数,将被实现为 static 函数,不被外界访问。

queue.c

 int newQueue(queue * object) {   queue*   loc_que = object;   combine**  loc_arr = NULL;   loc_arr = (combine**)Malloc_s(CAPCITY * sizeof(combine*));   if (!loc_arr)     return 1;   loc_que->capcity = CAPCITY; /* 容量 */   loc_que->front = 0;    /* 队首 */   loc_que->rear = 0;    /* 队尾 */   loc_que->path_contain = loc_arr; /* 将分配好的空间,放进对象中 */   loc_que->PushBack = push_back;   loc_que->PopFront = pop_front;   loc_que->Delete  = del_queue;   return 0; }

在初始化函数中,可以看到,设置了队首队尾以及容量,分配了容器空间,配置了成员函数。

最后三句配置函数的语句中,push_back, pop_front, del_queue在后方以static 函数实现。

但是由于没有声明,所以切记要将三个static函数的实现放在newQueue的前方

 /**  * @version 1.0 2015/10/03  * @author  wushengxin   * @param  object 外部传入的对象指针 相当于 this  * @function 释放整个队列实体的空间  */ static void del_queue(queue * object) {   Free_s(object->path_contain);   return; } /**  * @version 1.0 2015/10/03  * @author  wushengxin  * @param  object 外部传入的对象指针 相当于 this        src  源路径        dst  目的路径  * @function 将外部传入的<源路径,目的路径> 存入队列中  */ static int push_back(queue * __restrict object, const char * __restrict src, const char * __restrict dst) {   int times = 0;   char*  loc_src = NULL; /* 本地变量,尽量利用寄存器以及缓存 */   char*  loc_dst = NULL;   combine* loc_com = NULL;   queue*  loc_que = object;   size_t  len_src = strlen(src); /* 获取路径长度 */   size_t  len_dst = strlen(dst);   size_t  rear = loc_que->rear;  /*获取队尾*/   size_t  front = loc_que->front; /*获取队首*/   loc_src = Malloc_s(len_src + 1); /* 分配空间 */   if (!loc_src)     return 1;   loc_dst = Malloc_s(len_dst + 1);   if (!loc_dst)     return 2;   strcpy(loc_src, src);   strcpy(loc_dst, dst);   loc_com = Malloc_s(sizeof(combine));   if (!loc_com)     return 3;   loc_com->dst_to_path = loc_dst;    loc_com->src_from_path = loc_src;   loc_que->path_contain[rear++] = loc_com; /* 将本地路径加入实体 */   loc_que->rear = (rear % CAPCITY);   /* 用数组实现循环队列的步骤 */   if (loc_que->rear == loc_que->front)      loc_que->empty = 0;   return 0; } /**  * @version 1.0 2015/10/03  * @author  wushengxin  * @param  object 外部传入的对象指针  */ static const combine * pop_front(queue* object) {   size_t  loc_front = object->front;          /*获取当前队首*/   combine* loc_com  = object->path_contain[loc_front]; /*获取当前文件名*/   object->path_contain[loc_front] = NULL;   /*出队操作*/   object->front = ((object->front) + 1) % 20; /*完成出队*/   if (object->front == object->rear)     object->empty = 1;   else     object->empty = 0;   return loc_com; }

一个一个的说这些函数

del_queue:释放函数,直接调用Free_s

push_back:压入函数,将外部传入的两个原始的没有组成的路径字符串,组合成一个combine,并压入路径,每次都判断并置是否为空标志位,实际上这个函数中有累赘代码的嫌疑,应该再分出一个函数,专门用来分配三个空间,防止这个函数过长(接近40行)

pop_front:弹出函数,将队列的队首combine弹出,用于复制,但是这里有一个隐患,就是要将释放的工作交给外者,如果疏忽大意的话,隐患就是内存泄漏。

没有特地的提供一个接口,用来判断是否为空,因为当编译器一优化,也会将这种接口给优化成直接使用成员的形式,某种形式上的内联。

队列模型设计完毕,可以开始设计备份模型
备份模型可以回想一下之前的遍历函数,大体的结构一样,只是此处为了扩展成多线程,需要添加一些多线程的调用函数,以及为了规格化,需要添加一个二级界面
先设计一下二级界面

二级界面

思考一下,这个界面要做什么
选择是否开始备份
并且源路径需要在此处输入
返回上一级
新建 backup.h backup.c 文件
在主界面选择 1 以后就会调用二级界面的函数
列出二级界面的选项
1 Start Back up
2 Back To last level
backup.h

  /**   * @version 1.0 2015/10/03   * @author  wushengxin   * function 显示二级界面   */  void sec_main_windows();backup.c  void sec_main_windows()  {    char tmpBuf[256];    int selects;    do{      setjmp(select_jmp);      system("cls");      puts("-------------------1. Back Up------------------ ");      puts(" For This Select, You can choose Two Options: ");      puts(" 1. Start Back up (The Directory Path That You Enter LATER) ");      puts(" 2. Back To last level ");      puts("----------------------------------------------- ");      fprintf(stdout, "Enter Your Selection: ");      fgets(tmpBuf, 256, stdin);      sscanf(tmpBuf, "%d", &selects);      if (selects != 1 && selects != 2 )      {        fprintf(stdout, "/n Your Select /" %s /" is Invalid!/n Try Again /n", tmpBuf);        longjmp(select_jmp, 1);      }      switch (selects)      {        jmp_buf enter_path_jmp;       case 1:      {        char tmpBuf[LARGEST_PATH], tmpPath[LARGEST_PATH]; /* 使用栈分配空间,因为只用分配一次 */        setjmp(enter_path_jmp);     /* enter jump to there */        puts(" Enter the Full Path You want to BackUp(e.g: C:/Programing/)");        fprintf(stdout, " Or Enter q to back to select/nYour Enter : ");        fgets(tmpBuf, LARGEST_PATH, stdin);        sscanf(tmpBuf, "%s", tmpPath);        if (_access(tmpPath, 0) != 0)  /*检查路径是否存在,有效*/        {          if (tmpPath[0] == 'q' || tmpPath[0] == 'Q')             longjmp(select_jmp, 0); /* 回到可以选择返回的界面 */          fprintf(stderr, "The Path You Enter is Not Exit! /n Try Again : ");          longjmp(enter_path_jmp, 0); /* enter jump from here */        }      }        break;      case 2:        return;      default:        break;      }/* switch */    } while (1);    return;  }

这个函数只说几点,首先是`switch`的`case 1`,之所以用**花括号**包裹起来的原因是,这样才能在里面定义**本地变量**,直接在冒号后面定义是**编译错误**,这个特性可能比较少用,这里提一下,前面也有说过。
写在最后方

剩下的就是编写主要的功能函数和线程调用函数了。

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