File: program শেষ হলেও data যেন থাকে

Maria-র দোকানের till program সারাদিনের বিক্রির হিসাব যোগ করে রাখে একটা variable-এ। দোকান বন্ধের সময় ও program-টা থামিয়ে দেয়। পরদিন সকালে total আবার 0 থেকে শুরু হয়, আগের দিনের বিক্রির কোনো চিহ্নই থাকে না।

কিছুই crash করেনি। Program-কে যা বলা হয়েছিল ও ঠিক তা-ই করেছে; মনে রাখতে তো কেউ বলেনি।

এই lesson Maria-র বিক্রির হিসাবকে এমন একটা জায়গা দেয়, যেটা program শেষ হলেও থেকে যায়: একটা file। সাথে এটাও দেখায় যে তোমার program-গুলো এতদিন ধরেই file ব্যবহার করে আসছে।

Variable বাঁচে শুধু program চলার সময়টুকু

Variable হলো memory-র একটা বাক্স (Module 2)। Program শুরু হলে memory পায়, আর শেষ হলে পুরোটাই ফেরত দিয়ে দেয়, সাথে সব বাক্সও।

File হলো নাম দেওয়া এক সারি byte, যেটা operating system একটা disk-এ রেখে দেয়। Operating system হলো সেই software, যেটা computer আর ওর disk চালায়, যেমন Linux, Windows বা macOS। যে program file-টা লিখেছে, সেটা শেষ হয়ে গেলেও file থেকে যায়।

তাই variable টেকে program-এর এক run পর্যন্ত, আর file টেকে যতক্ষণ না কেউ ওটা মুছে ফেলে।

File open করা: fopen, একটা mode আর একটা FILE *

C একটা file read আর write করে একটা stream-এর ভিতর দিয়ে: অক্ষরের একটা স্রোত, যেখান থেকে তুমি ক্রম ধরে নাও, বা যেখানে ক্রম ধরে যোগ করো। <stdio.h>-এর fopen একটা file-এর সাথে একটা stream জুড়ে দেয়, আর তোমার হাতে ওটার একটা handle তুলে দেয়।

Handle-টার type হলো FILE *। FILE হলো একটা open stream-এর জন্য library-র রাখা record: stream-টা কতদূর এগোল, আর এখনো হাতে কী ধরে আছে। fopen ওটা সাজিয়ে দেয়, আর তোমাকে দেয় ওর ঠিকানা, মানে একটা pointer (Module 11)।

FILE *f = fopen("sales.txt", "w");

এই module-এর text file-গুলোর জন্য তিনটা mode-ই যথেষ্ট। Text file-এ থাকে লাইনে লাইনে সাজানো অক্ষর, যেকোনো text editor-এ যেটা open করা যায়।

Mode-এ একটা b জুড়ে দিলে, যেমন "rb" বা "wb", file open হয় binary file হিসেবে, byte-গুলো যেমন আছে ঠিক তেমন জমা থাকে। b-টা আসলে কাজে লাগে Windows-এ, কারণ সেখানে text mode প্রতিটা \n-কে দুইটা অক্ষর করে লেখে। Linux-এ, যেখানে Playground চলে, এতে কিছুই বদলায় না। Binary file লেখা হবে lesson 4-এ।

Maria sales.txt-এ দুইটা বিক্রি write করে, file close করে, আবার read করার জন্য open করে, আর ভিতরে যা আছে print করে। fprintf মানে সামনে একটা stream বসানো printf।

#include <stdio.h>

#define LINE_LEN 256

int main(void)
{
    FILE *f = fopen("sales.txt", "w");
    char line[LINE_LEN] = "";

    if (f == NULL) {
        perror("sales.txt");
        return 1;
    }
    fprintf(f, "rice 40\n");
    fprintf(f, "oil 12\n");
    fclose(f);

    f = fopen("sales.txt", "r");
    if (f == NULL) {
        perror("sales.txt");
        return 1;
    }
    while (fgets(line, sizeof line, f) != NULL) {
        printf("from the file: %s", line);
    }
    fclose(f);
    return 0;
}

from the file: rice 40
from the file: oil 12

Read করার loop-টা Module 10-এর: fgets একটা পুরো লাইন read করে, newline-সহ, আর লাইন ফুরিয়ে গেলে return করে NULL। এখানে ও keyboard থেকে না, f থেকে read করছে। Loop-টা খুলে খুলে দেখাবে lesson 2।

এই program Playground-এ যেমন আছে তেমনই run হয়। সেখানে একটা run file বানাতে, write করতে, close করতে আর আবার read করতে পারে; বাকি কথা আছে নিচের Playground অংশে।

তাই fopen একটা নাম আর একটা mode নিয়ে দেয় একটা FILE *, আর fprintf আর fgets ওই handle দিয়েই কাজ করে।

Mode w আগে file-টা খালি করে দেয়

পরদিন সকালে Maria-র program আবার "w" দিয়ে sales.txt open করে, আর দিনের প্রথম বিক্রিটা write করে। Maria ভাবে, file-এ এখন তিনটা লাইন থাকবে। এই program দুই দিনের কাজই এক run-এ করে দেখায়।

#include <stdio.h>

#define LINE_LEN 256

void print_lines(FILE *in);

int main(void)
{
    FILE *f = fopen("sales.txt", "w");

    if (f == NULL) {
        perror("sales.txt");
        return 1;
    }
    fprintf(f, "rice 40\n");
    fprintf(f, "oil 12\n");
    fclose(f);

    f = fopen("sales.txt", "w");
    if (f == NULL) {
        perror("sales.txt");
        return 1;
    }
    fprintf(f, "salt 30\n");
    fclose(f);

    f = fopen("sales.txt", "r");
    if (f == NULL) {
        perror("sales.txt");
        return 1;
    }
    printf("sales.txt now holds:\n");
    print_lines(f);
    fclose(f);
    return 0;
}

void print_lines(FILE *in)
{
    char line[LINE_LEN] = "";

    while (fgets(line, sizeof line, in) != NULL) {
        printf("  %s", line);
    }
}

sales.txt now holds:
  salt 30

একটাই লাইন। File আগে থেকে থাকলে "w" একটা byte লেখার আগেই ওটা খালি করে দেয়, তাই fopen return করার মুহূর্তেই আগের দিনের লাইনগুলো শেষ। কোনো command line-এই কোনো বার্তা নেই: Playground, -Wall আর -Wall -Wextra, সবাই চুপ।

পুরনো লাইন রেখে তার পরে যোগ করতে চাইলে open করো "a" দিয়ে; Maria-র রোজকার log-এর জন্য lesson 2 ঠিক এটাই করবে। Print করার কাজটা আছে print_lines-এ, যেটা যেকোনো open stream-কে FILE * parameter হিসেবে নেয়।

তাই "w" প্রতিটা file শুরু করে একদম খালি থেকে, আর "a" যা আছে তার সাথে যোগ করে।

fopen fail করলে: NULL আর perror

fopen fail করে যখন file-টা নেই, বা তুমি যেখানে লিখতে বলেছ সেখানে program-এর লেখার অনুমতি নেই। তখন ও return করে NULL, সেই pointer যেটা কোথাও দেখায় না (Module 11)। NULL দিয়ে read বা write করা undefined behaviour, তাই এই track প্রতিটা fopen-এর পরপরই check করে।

Zara সবার আগে না-থাকা file দিয়েই test করে। ওর program শুধু read করার জন্য data.txt open করে, অথচ কোনো run ওটা লেখেনি।

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    FILE *in = fopen("data.txt", "r");

    if (in == NULL) {
        perror("data.txt");
        return 1;
    }
    printf("data.txt is still here\n");
    fclose(in);
    return 0;
}

perror print করে তোমার দেওয়া string, একটা colon, একটা space, আর library-র শেষ call-টা কেন fail করল সেই কারণ। Library কারণটা একটা সংখ্যা হিসেবে রাখে errno-তে, যেটা আসে <errno.h> থেকে। File-এর নামটাই পাঠাও, তাহলে বার্তা পড়েই বোঝা যায় কোন file।

Live Playground-এ মেপে দেখা গেছে: এই run দেখায় badge Runtime error (বাংলা page-এ badge-টা বাংলায় লেখা থাকে), লাইন data.txt: No such file or directory, আর Exit: 1। কিছুই crash করেনি: return 1; ইচ্ছা করেই জানাচ্ছে যে কাজটা হয়নি।

main যে সংখ্যাটা return করে, সেটাই program-এর exit status: 0 মানে কাজ হয়েছে, অন্য যেকোনো সংখ্যা মানে হয়নি। Playground 0 ছাড়া যেকোনো exit status-কে দেখায় Runtime error হিসেবে, আর সংখ্যাটা বসে Exit:-এর পরে।

তাই fopen fail করলে return করে NULL, আর perror বলে দেয় কেন। ও লেখে দ্বিতীয় একটা output stream-এ, stderr-এ, যেটার কথা আছে এই lesson-এর শেষ অংশে।

fclose file-টা ফেরত দেয়

fclose(f) stream-টা close করে। আগে library file-টার জন্য যা কিছু এখনো হাতে ধরে রেখেছে, সেটা লিখে দেয়। তারপর file-টা operating system-কে ফেরত দেয়।

fprintf প্রতিটা লাইনের জন্য disk-এ ছোটে না। ও অক্ষরগুলো জমায় একটা buffer-এ, মানে memory-র একটা টুকরোয়, তারপর পুরো টুকরোটা একবারে লেখে। অনেকগুলো ছোট লেখার চেয়ে একটা বড় লেখায় খরচ অনেক কম। Buffer-এ জমানো লেখা file-এ ঢেলে দেওয়াকে বলে flush করা, আর fclose flush করে।

Operating system একটা program-কে একসাথে গোনা কয়েকটার বেশি file open রাখতে দেয় না, আর fclose ছাড়া প্রতিটা fopen তার একটা আটকে রাখে। কখনো flush না হওয়া buffer-এর কী দশা হয় crash হলে, সেটা মেপে দেখাবে lesson 5 আর 6।

তাই কাজ শেষ হলেই প্রতিটা file close করো, আর যা লিখেছ সেটা আবার read করার আগে তো অবশ্যই।

Playground-এ file: প্রতিটা run শুরু হয় খালি folder-এ

Playground তোমার program run করে Linux-এ, ওর নিজের একটা folder-এ। Live Playground-এ, sign in না করে, মেপে দেখা গেছে:

• একটা run file বানাতে, write করতে, close করতে, আবার open করতে আর read করতে পারে। যে program data.txt-এ rice 40 লিখে আবার read করে, সেটা দেখায় Success (বাংলা page-এ বাংলায়) আর read back: rice 40।
• File থাকে run শেষ হওয়া পর্যন্ত, আর প্রতিটা run শুরু হয় খালি folder-এ। Zara-র program ঠিক ওই run-এর পরেই চলেছিল, তবুও পেয়েছে No such file or directory।
• যে folder-এ program-এর লেখার অনুমতি নেই, সেখানে fopen("/probe.txt", "w") দেয় /probe.txt: Permission denied।
• একটা run একটা file-এ সবচেয়ে বেশি 1,048,576 byte লিখতে পারে, মানে 1 MiB। আর এক byte বেশি হলেই run থেমে যায় badge Output limit পার হয়েছে (1 MB) নিয়ে।

তাই এই module-এর যে program কোনো file read করে, সেটা আগে ওই একই run-এ file-টা লিখে নেয়।

তোমার নিজের মেশিনে file থেকে যায়। একটা program sales.c নামে save করো, তারপর terminal-এ compile আর run করো:

gcc -std=c17 -Wall -Wextra sales.c -o sales
./sales

দ্বিতীয়বার run করলে প্রথম run-এর রেখে যাওয়া file-টা পেয়ে যাবে। নিচের Example 2 ঠিক এই কারণেই দ্বিতীয় run-এ কম print করে।

তাই Playground file ব্যবহার করতে দেয়, কিন্তু প্রতিটা run শুরু হয় একটাও file ছাড়া: read করার আগে একই run-এ write করো, আর 1 MiB-এর মধ্যে থাকো।

stdin, stdout আর stderr: আগে থেকেই open থাকা file

প্রতিটা C program শুরু হয় তিনটা stream আগে থেকেই open অবস্থায়, main চলার আগেই। এদের বলে standard stream, আর <stdio.h> এদের নাম দিয়েছে তিনটা FILE * মান হিসেবে।

• stdin, standard input: keyboard, বা judge-এর test input।
• stdout, standard output: program-এর ফলাফল। printf এখানেই লেখে।
• stderr, standard error: warning আর error-এর জন্য দ্বিতীয় একটা output। perror এখানেই লেখে।

তাই printf আসলে ছোট নামের fprintf(stdout, ...), আর scanf read করে stdin থেকে। fgets(line, sizeof line, stdin) হলো input-এর একটা লাইন read করার Module 10-এর উপায়: সেই একই fgets, শুধু হাতে অন্য একটা stream।

#include <stdio.h>

#define LINE_LEN 256

int main(void)
{
    char line[LINE_LEN] = "";

    if (fgets(line, sizeof line, stdin) == NULL) {
        fprintf(stderr, "warning: no input\n");
        return 1;
    }
    printf("printf: %s", line);
    fprintf(stderr, "fprintf to stderr: %s", line);
    fprintf(stdout, "fprintf to stdout: %s", line);
    return 0;
}

printf: the shop opens at 9
fprintf to stdout: the shop opens at 9

ওই output-টা the shop opens at 9 input-এর জন্য। মাঝের লাইনটা গেছে stderr-এ, তাই উপরের block-এ ওটা নেই। Playground ওটা দেখায় stdout-এর দুই লাইনের নিচে: page আগে stdout-এর সবকিছু দেখায়, তারপর stderr-এর সবকিছু।

Judge শুধু stdout read করে, stderr-এর দিকে ফিরেও তাকায় না। তাই stderr-এর কোনো warning-এ test fail হয় না, কিন্তু stdout-এ একটা বাড়তি লাইনেই হয়। এজন্যই এই module-এর graded problem-গুলো stdin থেকে read করে আর stdout-এ write করে, সেই function-গুলো দিয়েই, যেগুলো file-এও চলে।

Terminal-এ shell (যে program তোমার command পড়ে) একটা stream-কে file-এ redirect করতে পারে। ./sales < in.txt দিলে in.txt ঢোকে stdin হয়ে, আর ./sales > out.txt দিলে stdout চলে যায় out.txt-এ। Playground-এর runner-ও তা-ই করে: stdout আর stderr পাঠিয়ে দেয় দুইটা file-এ।

তাই standard stream-গুলো আর দশটা stream-এর মতোই। শুধু ওরা open হয় main-এর আগে, আর program শেষ হলে close হয়ে যায়।

#include <stdio.h>

void print_hours(FILE *out);

int main(void)
{
    print_hours(stdout);
    print_hours(stderr);
    return 0;
}

void print_hours(FILE *out)
{
    fprintf(out, "Maria's shop: open from 9 to 21\n");
}

Maria's shop: open from 9 to 21

#include <stdio.h>

#define LINE_LEN 256

int write_defaults(void);
void print_settings(FILE *in);

int main(void)
{
    FILE *f = fopen("config.txt", "r");

    if (f == NULL) {
        perror("config.txt");
        printf("no config.txt yet: writing the defaults\n");
        if (!write_defaults()) {
            return 1;
        }
        f = fopen("config.txt", "r");
        if (f == NULL) {
            perror("config.txt");
            return 1;
        }
    }
    print_settings(f);
    fclose(f);
    return 0;
}

int write_defaults(void)
{
    FILE *out = fopen("config.txt", "w");

    if (out == NULL) {
        perror("config.txt");
        return 0;
    }
    fprintf(out, "page_size 10\n");
    fprintf(out, "currency taka\n");
    fclose(out);
    return 1;
}

void print_settings(FILE *in)
{
    char line[LINE_LEN] = "";

    while (fgets(line, sizeof line, in) != NULL) {
        printf("setting: %s", line);
    }
}

no config.txt yet: writing the defaults
setting: page_size 10
setting: currency taka

#include <stdio.h>

#define NAME_LEN 20
#define LINE_LEN 256

void print_lines(FILE *in);

int main(void)
{
    FILE *f = fopen("marks.txt", "w");
    char name[NAME_LEN] = "";
    int mark = 0;
    int saved = 0;

    if (f == NULL) {
        perror("marks.txt");
        return 1;
    }
    while (scanf("%19s %d", name, &mark) == 2) {
        if (mark < 0 || mark > 100) {
            fprintf(stderr, "warning: %s %d is not a mark, skipped\n", name, mark);
        } else {
            fprintf(f, "%s %d\n", name, mark);
            saved = saved + 1;
        }
    }
    fclose(f);

    f = fopen("marks.txt", "r");
    if (f == NULL) {
        perror("marks.txt");
        return 1;
    }
    printf("marks.txt holds %d marks:\n", saved);
    print_lines(f);
    fclose(f);
    return 0;
}

void print_lines(FILE *in)
{
    char line[LINE_LEN] = "";

    while (fgets(line, sizeof line, in) != NULL) {
        printf("%s", line);
    }
}

marks.txt holds 3 marks:
Amara 91
Zara 78
Kenji 85

FILE f = fopen("sales.txt", "w");

fprintf(f, "rice 40\n");
fclose(f);

FILE *f = fopen("data.txt", "r");
char line[LINE_LEN] = "";

while (fgets(line, sizeof line, f) != NULL) {
    printf("%s", line);
}

fprintf(out, "rice 40\n");

in = fopen("sales.txt", "r");
if (in == NULL) {
    perror("sales.txt");
    return 1;
}
if (fgets(line, sizeof line, in) == NULL) {
    printf("sales.txt looks empty\n");
}

FILE *f = fopen("sales.txt", 'w');

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    fprintf(stderr, "warning: 1 file skipped\n");
    printf("backup: 12 files copied\n");
    return 0;
}

#include <stdio.h>

#define NAME_LEN 20

void print_sale(FILE *out, const char *item, int price);

int main(void)
{
    int n = 0;
    char item[NAME_LEN] = "";
    int price = 0;

    scanf("%d", &n);
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        scanf("%19s %d", item, &price);
        print_sale(stdout, item, price);
    }
    /* The report goes to stderr, where the judge never looks:
       sales: the count, total: the sum. Keep a running total in the loop. */
    return 0;
}

void print_sale(FILE *out, const char *item, int price)
{
    /* One line on the stream it is given: the item, a space, the price. */
}

#include <stdio.h>

#define FILE_NAME_LEN 30

int can_open(const char *name);

int main(void)
{
    FILE *f = fopen("notes.txt", "w");
    char name[FILE_NAME_LEN] = "";

    if (f == NULL) {
        perror("notes.txt");
        return 1;
    }
    fprintf(f, "rice 40\n");
    fclose(f);

    scanf("%29s", name);
    if (can_open(name)) {
        printf("opened %s\n", name);
    } else {
        printf("cannot open %s\n", name);
    }
    return 0;
}

int can_open(const char *name)
{
    /* Try to open name for reading. When fopen gives NULL, who says why?
       Anything you opened, close before you return. */
    return 0;
}

এরপর Maria একটা রোজকার log রাখে, যেটা প্রতিটা run-এ এক লাইন করে বাড়ে। Lesson 2 "a" দিয়ে append করে, একটা file লাইন ধরে ধরে শেষ পর্যন্ত read করে, আর rewind দিয়ে ওটা দুইবার read করে।