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一、实验目的：

练习用UNIX I/O进行文件读写的编程方法，用UNIX I/O函数管理文本信息、二进制数据、结构体数据，掌握UNIX I/O的基本编程方法。练习测时函数使用，通过测量UNIX I/O函数运行时间，建立UNIX I/O API函数基本开销的概念。

二、实验内容与要求：

先创建用户家目录下创建文件名为“姓名+学号+04”的子目录，作为本次实验目录，本次实验的所有代码都放到该目录下，要求将所有源代码与数据文件打包成文件”学号-姓名-lab4.tar.gz”， 压缩包与实验报告分别上传到指定目录下。

• 任务1. 在当前用户目录下创建数据文件student.txt，文件的内部信息存储格式为Sname:S#:Sdept:Sage:Ssex，即“姓名:学号:学院:年龄:性别”，每行一条记录，输入不少于10条学生记录，其中包括学生本人记录。调用标准I/O库编写程序task41.c，从文件中查找Sdept字段值为“计算机与网络安全学院”的文本行，输出到文件csStudent.txt中，保存时各字段顺序调整为S#:Sname:Sage: Ssex:Sdept。
  提示：从终端读入一个文本行到字符串 char buf[MAXSIZE]可调用函数可调用函数：
  “fgets(buf, MAXSIZE, stdin);”，其中stdin是表示键盘输入设备的文件指针。

• 任务2. 调用Unix I/O库函数，编写程序task42.c，从键盘读入5个学生的成绩信息，包括学号、姓名、语文、数学、英语，成绩允许有一位小数，存入一个结构体数组，结构体定义为：

typedef struct _subject {
char sno[20];	   //学号
char name[20];   //姓名
float chinese;	   //语文成绩
float math;		//数学成绩
float english;	   //英语成绩
}  subject;

将学生信息，逐条记录写入数据文件data，最后读回第1、3、5条学生成绩记录，显示出来，检查读出结果是否正确。

• 任务3(可选)：在Linux环境下，可以调用库函数gettimeofday测量一个代码段的执行时间，请写一个程序task43.c，测量read、write、fread、fwrite函数调用所需的执行时间，并与prof/gprof工具测的结果进行对比，看是否基本一致。并对四个函数的运行时间进行对比分析。
  提示：由于一次函数调用时间太短，测量误差太多，应测量上述函数多次（如10000次）运行的时间，结果才会准确。

附录：使用prof/gprof测量程序运行时间

Linux/Unix环境提供了prof/gprof工具来收集一个程序各函数的执行次数和占用CPU时间等统计信息，使用prof/gprof工具查找程序性能问题，要求编译命令添加-p选项(prof)或-pg选项(gprof)，程序执行时就会产生执行跟踪文件mon.out(或gmon.out)，再运行prof（或gprof）程序读取跟踪数据，产生运行报告。现在用gprof对以下程序各函数运行性能（占用CPU时间）进行测量。先输入程序源代码：

$ cat  multiply.c
#include <stdio.h>
int fast_multiply(x,  y)
{
return x * y;
}
int slow_multiply(x, y)
{
int i, j, z;
for (i = 0, z = 0; i < x; i++)
z = z + y;
return z;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
int i,j;
int x,y;
for (i = 0; i < 2000; i ++) {
for (j = 0; j <  3000 ; j++) {
x = fast_multiply(i, j);
y = slow_multiply(i, j);
}
}
printf("x=%d, y=%d\n", x, y);
return 0;
}

然后编译和执行该程序，检查是否函数性能跟踪数据文件gmon.out：
$ gcc -pg -o multiply multiply.c -pg -g
$ ./multiply
x=5995001, y=5995001
$ ls gmon.out
gmon.out
最后，用gprof命令产看各函数执行时间：
$ gprof multiply gmon.out
Flat profile:
Each sample counts as 0.01 seconds.
% cum 24d3e ulative self self total
time seconds seconds calls us/call us/call name
99.44 14.11 14.11 6000000 2.35 2.35 slow_multiply
0.42 14.17 0.06 main
0.14 14.19 0.02 6000000 0.00 0.00 fast_multiply
在这里，slow_multipy和fast_multiply执行600000次所花运行时间为14.11s和0.02秒。

• 任务4：在Linux系统环境下，编写程序task44.c,对一篇英文文章文件的英文单词词频进行统计。
  （1）以“单词：次数”格式输出所有单词的词频（必做）
  （2）以“单词：次数”格式、按词典序输出各单词的词频（选做）
  （3）以“单词：次数”格式输出出现频度最高的10个单词的词频
  例如，若某个输入文件内容为：
  GNU is an operating system that is free software—that is, it respects users’ freedom.
  The development of GNU made it possible to use a computer without software that would trample your freedom.
  则输出应该是：
  GNU:2
  is:3
  it:2
  ……

提示：可以调用字符串处理函数、二叉树处理函数等库函数

三、涉及实验的相关情况介绍（包含使用软件或实验设备等情况）：

安装Linux操作系统的计算机

四、报告内容（给出每个任务的要求、设计思想、源代码，后接编译过程、测试数据与运行结果截图）

• 任务一:
  

  源代码:

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#define MAXSIZE 200
int main()
{
FILE *fp1, *fp2;
char buf[MAXSIZE];
char cha[] = "计算机与网络安全学院";
if ((fp1 = fopen("student.txt", "r")) == NULL)
{
printf("Open Failed!");
}
if ((fp2 = fopen("csStudent.txt", "a+")) == NULL)
{
printf("Open Failed!");
}
while (!feof(fp1))
{
fgets(buf, MAXSIZE, fp1);
if (strstr(buf, cha))
{
fputs(buf, fp2);
}
}
fclose(fp1);
fclose(fp2);
return 0;
}

运行结果:

• 任务二:
  

  源代码:

#include<stdio.h>
#define N 5
struct _subject {
char sno[20];	   //学号
char name[20];   //姓名
float chinese;	   //语文成绩
float math;		//数学成绩
float english;	   //英语成绩
}subject[N], subject2[N];

int main()
{
FILE *fp;
int i;
fp = fopen("data.txt", "a+");
for (i = 0; i < N; i++)
{
printf("该学生的学号为:\n");
scanf("%s", &subject[i].sno);
printf("该学生的姓名为:\n");
scanf("%s", &subject[i].name);
printf("该学生的语文成绩为:\n");
scanf("%f", &subject[i].chinese);
printf("该学生的数学成绩为:\n");
scanf("%f", &subject[i].math);
printf("该学生的英语成绩为:\n");
scanf("%f", &subject[i].english);
fwrite(&subject[i], sizeof(struct _subject), 1, fp);
}
fclose(fp);
fp = fopen("data.txt", "r");
for (i = 0; i < N; i++)
{
fread(&subject2[i], sizeof(struct _subject), 1, fp);
}
for (i = 0; i < N; i = i + 2)
{
printf("学号:%s 姓名:%s 语文成绩:%.1f 数学成绩:%.1f 英语成绩:%.1f\n", subject2[i].sno, subject2[i].name, subject2[i].chinese, subject2[i].math, subject2[i].english);
}
return 0;
}

运行结果:

• 任务四:
  

  源代码:

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
int fd,i,j,k,wordsCount=0,wordNum[200],flag1,flag2;
char c,temp[20],words[200][20];
fd=open("text44.txt",O_RDONLY,0);
for(i=0;i<200;i++)
{
flag1=0;
for(j=0;j<20;j++)
{
read(fd,&c,sizeof(char));
if((c>=65&&c<=90)||(c>=97&&c<=122)) temp[j]=c;
else if(c=='\0')
{
flag1=2;
break;
}
else
{
temp[j]='\0';
flag1=1;
break;
}
}

if(flag1==2) break;
if(flag1==1)
{
flag2=0;
for(k=0;k<wordsCount;k++)
{
if(strcmp(temp,words[k])==0)
{
wordNum[k]++;
flag2=1;
break;
}
}
if(flag2==0)
{
strcpy(words[wordsCount],temp);
wordNum[wordsCount]=1;
wordsCount++;
}
}
}

printf("输出所有单词的词频:\n");
for(i=0;i<wordsCount;i++)
{
printf("%s:%d\n",words[i],wordNum[i]);
}

j=0;
for(k=1;k<wordsCount;k++)
{
if(wordNum[k]>wordNum[j]) j=k;
}
wordNum[j]=0;

printf("输出出现频度最高的10个单词的词频:\n");
for(i=0;i<10;i++)
{
j=0;
for(k=1;k<wordsCount;k++)
{
if(wordNum[k]>wordNum[j]) j=k;
}
printf("%s:%d\n",words[j],wordNum[j]);
wordNum[j]=0;
}
}

运行结果:

五、实验分析和总结（任务3要求进行分析）
学会了文件的读取操作.加强了对C语言语法的理解.