Hoe kunnen we efficiënt een bestandszoekprogramma implementeren met Rust?

In de wereld van softwareontwikkeling is het schrijven van tests een cruciaal onderdeel van het proces. Tests bieden een objectieve maatstaf waarmee kan worden vastgesteld of een programma voldoet aan de gestelde eisen. Dit is essentieel voor het waarborgen van de kwaliteit van een programma en helpt ontwikkelaars om tijdig fouten te ontdekken. Zoals Louis Srygley ooit zei: "Zonder vereisten of ontwerp is programmeren de kunst van het toevoegen van bugs aan een leeg tekstbestand." Ik zou zeggen dat tests de vereisten in de praktijk brengen: zonder tests kun je simpelweg niet weten wanneer een wijziging in je programma afwijkt van de oorspronkelijke eisen of het ontwerp beschadigt.

De keuze van de implementatie heeft echter altijd impact op de schaalbaarheid en de efficiëntie. In de genoemde situatie, waar we werken met een programma dat de functie van de UNIX-opdracht uniq nabootst, blijkt de gekozen oplossing in Rust veel efficiënter te zijn dan de versie in C, vooral dankzij de strikte typecontrole en de gedetailleerde foutmeldingen die door de Rust-compiler worden gegenereerd. De implementatie die werd gekozen, alloceert alleen geheugen voor de huidige en vorige regels in plaats van het hele bestand in het geheugen te laden, wat bij grote bestanden cruciaal is.

Wanneer je werkt met bestandshantering in Rust, zoals in het geval van de uniq-functionaliteit, is het essentieel om te begrijpen hoe de geheugenbeperkingen van je systeem je keuzes kunnen beïnvloeden. De keuze om gegevens niet volledig in het geheugen te laden maar slechts kleine delen ervan te verwerken (zoals met de huidige en vorige regels), maakt het programma veel schaalbaarder. Dit is een belangrijke overweging wanneer je programma’s schrijft die mogelijk met grote hoeveelheden data moeten werken. Het is van belang dat je, naast het werken met tests, ook de mogelijke performance-implicaties van je implementatie in overweging neemt.

Er zijn talloze andere manieren om een dergelijk algoritme te schrijven, afhankelijk van de specifieke eisen die je hebt. Zo probeerde ik een alternatieve methode waarbij alle regels van het invoerbestand in een vector werden gelezen en gebruik maakte van Vec::windows om naar paren van regels te kijken. Dit was interessant, maar deze aanpak kan mislukken als de bestandsgrootte de beschikbare geheugencapaciteit van het systeem overschrijdt. In dit geval zou de huidige benadering veel beter schalen, ongeacht de bestandsgrootte, omdat het maar een klein beetje geheugen gebruikt.

Wat betreft de uitbreidingen van het programma, de BSD- en GNU-versies van uniq hebben veel meer functies dan ik in mijn oplossing heb opgenomen. Ik raad dan ook aan om alle extra functies die je zou willen hebben in jouw versie van het programma toe te voegen, met daarbij de noodzaak om voor iedere nieuwe functie testen te schrijven. Het is ook belangrijk om de gehele testset uit te voeren om te verifiëren dat bestaande functionaliteit niet is aangetast door de toevoegingen.

Naast de implementatie van uniq, zou het nuttig kunnen zijn om een Rust-versie van de sort-functie te overwegen. Het combineren van de uniq-functionaliteit met een sort-functionaliteit biedt nog meer waarde, aangezien deze twee opdrachten vaak samen worden gebruikt om gegevens te verwerken. Het implementeren van een eenvoudige lexicografische (woordenboek) of numerieke sorteermethode zou bijvoorbeeld kunnen dienen als een nuttige uitbreiding van je programma.

Bij het implementeren van een find-achtig programma in Rust is het van belang dat je de juiste commandoregelparameters implementeert. De clap-crate kan hierbij helpen door het mogelijk te maken om commandoregelargumenten op een gestructureerde en duidelijke manier te verwerken. Ook het gebruik van reguliere expressies om patronen in bestandsnamen te zoeken is een belangrijke vaardigheid die je kunt ontwikkelen in dit proces. Verder is het belangrijk om te begrijpen hoe de verschillende platforms (bijvoorbeeld Windows en Linux) kunnen verschillen in de manier waarop ze omgaan met symlinks en bestandspaden.

Bij de implementatie van een bestandszoekprogramma in Rust, zul je ongetwijfeld regelmatig tegen uitdagingen aanlopen met betrekking tot de efficiëntie en de manier waarop je bestanden doorzoekt. Het gebruik van crates zoals walkdir en functies als Iterator::any kunnen je helpen bij het effectief filteren van bestanden, terwijl je tegelijkertijd zorgt voor een flexibele en uitbreidbare oplossing.

Hoe verwerk je argumenten en bestanden in Rust voor het vergelijken van invoerbestanden?

In een programma dat verschillende invoerbestanden verwerkt en vergelijkt, is het belangrijk om de argumenten goed te verwerken en robuuste foutafhandelingsmechanismen te implementeren. Bij het ontwikkelen van een dergelijk programma in Rust zijn er verschillende zaken waarmee rekening gehouden moet worden, van het correct parseren van de argumenten tot het effectief openen van de bestanden voor verdere verwerking. Dit proces kan efficiënt worden gerealiseerd door gebruik te maken van de clap crate voor argumentverwerking en de BufReader voor het lezen van bestanden.

Bijvoorbeeld, in een programma waarin we de inhoud van twee bestanden willen vergelijken, zoals in de versie van comm voor Rust, worden de argumenten als volgt geconfigureerd:

rust
Copy code
fn get_args() -> Args {

    let matches = Command::new("commr")

        .version("0.1.0")
        .author("Ken Youens-Clark")
        .about("Rust versie van `comm`")
        .arg(Arg::new("file1").value_name("FILE1").help("Invoerbestand 1").required(true))

        .arg(Arg::new("file2").value_name("FILE2").help("Invoerbestand 2").required(true))

        .arg(Arg::new("suppress_col1").short('1').action(ArgAction::SetTrue).help("Onderdruk de weergave van kolom 1"))

        .arg(Arg::new("suppress_col2").short('2').action(ArgAction::SetTrue).help("Onderdruk de weergave van kolom 2"))

        .arg(Arg::new("suppress_col3").short('3').action(ArgAction::SetTrue).help("Onderdruk de weergave van kolom 3"))

        .arg(Arg::new("insensitive").short('i').action(ArgAction::SetTrue).help("Hoofdletterongevoelige vergelijking van regels"))

        .arg(Arg::new("delimiter").short('d').long("output-delimiter").value_name("DELIM").help("Scheidingsteken voor de uitvoer").default_value("\t"))
        .get_matches();
    Args {

        file1: matches.get_one("file1").cloned().unwrap(),

        file2: matches.get_one("file2").cloned().unwrap(),
        show_col1: !matches.get_flag("suppress_col1"),
        show_col2: !matches.get_flag("suppress_col2"),
        show_col3: !matches.get_flag("suppress_col3"),
        insensitive: matches.get_flag("insensitive"),

        delimiter: matches.get_one("delimiter").cloned().unwrap(),

    }
}

Deze code definieert de manier waarop de argumenten moeten worden geïnterpreteerd, inclusief opties voor het onderdrukken van kolommen, hoofdletterongevoelige vergelijkingen, en het instellen van een scheidingsteken voor de uitvoer. Hier komt een cruciaal punt naar voren: het gebruik van de clap crate maakt het beheer van de invoerargumenten eenvoudiger en overzichtelijker.

Eenmaal geïmplementeerd, is de volgende stap het openen van de bestanden, wat cruciaal is voor de verdere verwerking. De code hiervoor zou er als volgt uitzien:

rust
Copy code
fn open(filename: &str) -> Result<Box<dyn BufRead>> {

    match filename {
        "-" => Ok(Box::new(BufReader::new(io::stdin()))),
        _ => Ok(Box::new(BufReader::new(File::open(filename).map_err(|e| anyhow!("{filename}: {e}"))?))),
    }
}

Dit opent het bestand en zorgt ervoor dat foutmeldingen correct worden weergegeven als er iets misgaat, bijvoorbeeld wanneer een bestand niet bestaat of niet geopend kan worden. Hier is het ook mogelijk om via stdin in te lezen, wat een handige optie is als een van de invoerbestanden standaardinvoer betreft.

Vervolgens komt de logica van het verwerken van de invoerbestanden. De programma’s die we gebruiken voor dergelijke verwerking, zoals de BSD-versie van comm, tonen de inhoud van twee bestanden door ze regel voor regel te vergelijken en te categoriseren in gemeenschappelijke, unieke en verschillende lijnen. Dit wordt mogelijk gemaakt door het gebruik van BufRead::lines, waarmee we over de regels van de bestanden kunnen itereren en deze vergelijken. De volgorde waarin de regels getoond worden, is van belang, en kan beïnvloed worden door de volgorde van de argumenten in het programma.

De programmatuur dient verder te controleren dat het niet mogelijk is om twee invoerbestanden te openen die beide van het type stdin zijn, aangezien dit voor conflicten kan zorgen. Dit wordt als volgt gecontroleerd:

rust
Copy code
fn run(args: Args) -> Result<()> {

    let file1 = &args.file1;
    let file2 = &args.file2;
    if file1 == "-" && file2 == "-" {
        bail!(r#"Beide invoerbestanden kunnen niet van STDIN ("-") zijn"#);
    }
    let _fh1 = open(file1)?;
    let _fh2 = open(file2)?;
    println!(r#"Bestanden geopend: "{file1}" en "{file2}""#);
    Ok(())
}

Door deze controle te integreren, wordt het voorkomen dat er foutmeldingen ontstaan wanneer beide bestanden proberen te worden ingelezen van de standaardinvoer.

Het belangrijkste aspect van het vergelijken van de inhoud van de twee bestanden is het correct lezen en verwerken van de regels uit beide bestanden. De verwerking moet niet alleen rekening houden met de inhoud, maar ook met de volgorde waarin regels worden gepresenteerd, het eventuele gebruik van hoofdlettergevoeligheid en de configuratie van de scheidingstekens.

De belangrijkste aspecten die de lezer moet begrijpen zijn:

1. Het gebruik van het clap-pakket voor argumenten: Dit biedt een flexibele en krachtige manier om commandoregelargumenten te verwerken en biedt ondersteuning voor verschillende opties zoals het onderdrukken van kolommen of het instellen van scheidingstekens.

2. Foutafhandelingsmechanismen: Het openen van bestanden en het omgaan met mogelijke fouten, zoals niet-bestaande bestanden of verkeerde argumenten, is essentieel voor een robuust programma.

3. Invoerbestanden en volgorde: De volgorde van de argumenten kan de uiteindelijke uitvoer van het programma beïnvloeden, waarbij bijvoorbeeld het omkeren van de argumenten de zichtbare kolommen in de uitvoer kan veranderen.

4. Verwerking van lege of ongewone regels: Speciale gevallen, zoals lege regels of standaardinvoer, moeten op de juiste manier worden verwerkt zonder dat het programma faalt.

Hoe werkt het Fortune-programma en hoe maak je een versie ervan in Rust?

Het Fortune-programma is een klassieke Unix-tool die een willekeurig citaat, een stukje trivia of interessante ASCII-kunst uit een database van tekstbestanden toont. Het werd oorspronkelijk populair door zijn gebruik in Unix-systemen en kreeg zijn naam van de fortune cookie, een koekje met een klein papiertje waarop een korte tekst staat, vaak met een toekomstvoorspelling of een grappige uitspraak. Dit idee van het willekeurig weergeven van teksten werd al snel een belangrijk onderdeel van de gebruikerservaring van veel Unix-gebruikers. In dit hoofdstuk gaan we een versie van het Fortune-programma maken in Rust, genaamd "fortuner".

Het oorspronkelijke programma heeft verschillende opties, maar in dit hoofdstuk zullen we ons concentreren op de basisfunctionaliteit: het willekeurig selecteren van een tekstrecord uit een aantal beschikbare bestanden. We gebruiken hiervoor de structs Path en PathBuf om systeempaden weer te geven, leren hoe we records kunnen parsen die over meerdere regels verspreid zijn, en we gebruiken randomisatie om de tekstselectie te sturen.

Wanneer je Fortune uitvoert zonder argumenten, geeft het een willekeurig citaat of uitspraak uit, zoals het volgende voorbeeld:

pgsql
Copy code
$ fortune

Lachen is de kortste afstand tussen twee mensen.
       -- Victor Borge

De tekst waaruit de fortune wordt geselecteerd, komt uit een verzameling van bestanden die onder verschillende categorieën zijn verdeeld. Er zijn inoffensieve en potentieel offensieve categorieën, afhankelijk van het type tekst. De standaardlocatie van deze bestanden is vaak vooraf gedefinieerd bij de installatie van Fortune, maar je kunt zelf een directory opgeven om bepaalde bestanden te lezen.

makefile
Copy code
Q: Waarom stopte de tuinman met zijn werk?
A: Zijn selderij was niet hoog genoeg.
%
Q: Waarom trouwde het honingmeloenpaar in een kerk?
A: Hun ouders zeiden dat ze niet konden meloenen.
%

De eerste stap bij het implementeren van fortuner is het voorbereiden van de tekstbestanden die als input dienen. Elk bestand moet een collectie van tekstrecords bevatten, en we moeten ervoor zorgen dat de records correct worden geïndexeerd. Hiervoor kun je een script zoals mk-dat.sh gebruiken om elk bestand van een bijbehorend .dat-bestand te voorzien, dat de index van de records bevat.

Nadat je de bestanden hebt voorbereid, kun je het programma starten en beginnen met het ophalen van willekeurige citaten of afbeeldingen. Hier is een voorbeeld van hoe je een ASCII-afbeelding zou kunnen opvragen:

r
Copy code
$ fortune tests/inputs/ascii-art
            .--._.--.
           ( O     O )
           /   . .   \
          .`._______.'.  
         /(           )\ 
       _/  \  \   /  /  \_   

    .~   `  \  \ /  /  '   ~.   

   {    -.   \  V  /   .-    }  
 _ _`.    \  |  |  |  /    .'_ _ >_  
       _} |  |  | {_       _<  /. - ~ ,_-'  
  .^.  `-_, ~ - .\         
          '-'|/   \|`-

Daarnaast biedt het programma ook de mogelijkheid om te zoeken naar specifieke teksten met behulp van reguliere expressies, wat het mogelijk maakt om snel door een grote verzameling citaten te navigeren. Bijvoorbeeld, je kunt zoeken naar alle citaten van Yogi Berra:

shell
Copy code
$ fortune -m 'Yogi Berra' tests/inputs/

% Het is net als déjà vu, maar dan helemaal opnieuw.
       -- Yogi Berra
%
Je kunt veel observeren door gewoon te kijken.
       -- Yogi Berra
%

De mogelijkheid om de zoekopdrachten te verfijnen is belangrijk, aangezien het programma standaard hoofdlettergevoelig zoekt. Met de -i-optie kun je de zoekopdracht hoofdletterongevoelig maken, waardoor je flexibeler kunt zoeken naar citaten zonder rekening te houden met de schrijfwijze.

makefile
Copy code
$ fortune hammer
hammer: Toegang geweigerd
Geen fortunes gevonden