пятница, 15 июля 2016 г.

C++: загадки инициализации глобальных объектов

Давайте напишем простую структуру, объекты которой смогут выводить на экран время старта программы. Файл pst.h
#include <ctime>

struct ProgramStartTime
{
    ProgramStartTime();

    char *  operator()( void ) const;
    time_t  now_;
};

extern ProgramStartTime  pst_ref;
Файл pst.cc
#include "pst.h"

namespace
{
    time_t  now( time( NULL ) );
}

ProgramStartTime::ProgramStartTime() : now_( now )
{
}

char *  ProgramStartTime::operator()( void ) const
{
    return ctime( &now_ );
}

ProgramStartTime  pst_ref;
Все просто. Время старта программы будем отсчитывать с момента динамической инициализации глобальной переменной now. Функция operator()( void ) структуры ProgramStartTime будет возвращать время now_, инициализированное значением now в конструкторе ProgramStartTime и преобразованное в удобоваримую форму с помощью функции ctime(). Глобальный объект pst_ref будет опорным объектом типа ProgramStartTime в дальнейшем исследовании. А теперь функция main() с собственным глобальным объектом pst. Файл test.cc
#include <iostream>
#include "pst.h"

ProgramStartTime  pst;

int  main( void )
{
    std::cout.width( 22 );
    std::cout << "Start time: " << pst()
              << "Reference start time: " << pst_ref();
}
Компилируем и запускаем программу test.
g++ -Wall -o test pst.cc test.cc
./test
          Start time: Fri Jul 15 09:40:11 2016
Reference start time: Fri Jul 15 09:40:11 2016
Все хорошо, не так ли? Да ну! А как вам такое?
g++ -Wall -o test test.cc pst.cc
./test
          Start time: Thu Jan  1 03:00:00 1970
Reference start time: Thu Jan  1 03:00:00 1970
Ух ты, семидесятый год, начало эпохи! Видимо глобальный объект now был инициализирован нулем! И что самое интересное, мы ведь не меняли исходный код программы, а просто изменили порядок перечисления исходных файлов в списке аргументов g++. Давайте копнем глубже, распечатаем значения членов now_ в объектах pst и pst_ref.
#include <iostream>
#include "pst.h"

ProgramStartTime  pst;

int  main( void )
{
    std::cout.width( 22 );
    std::cout << "Start time: " << pst()
              << "Reference start time: " << pst_ref();
    std::cout.width( 28 );
    std::cout << "Plain start time: " << pst.now_ << std::endl
              << "Plain reference start time: " << pst_ref.now_ << std::endl;
}
g++ -Wall -o test test.cc pst.cc
./test
          Start time: Thu Jan  1 03:00:00 1970
Reference start time: Thu Jan  1 03:00:00 1970
          Plain start time: 0
Plain reference start time: 1468565544
Ага, в объекте pst_ref хранится хорошее время, а в объекте pstноль, то есть начало эпохи. Отложим разбор этого странного факта на потом, пока нужно хотя бы понять, почему функция ctime() в обоих случаях возвращает начало эпохи. Справочное руководство по ctime() говорит, что эта функция возвращает результат в статическом буфере, поэтому она не является потокобезопасной. Нас в данном случае интересует другое. Возвращаемые значения, будучи помещенными несколько раз в один участок памяти в пределах одного выражения (sequence в смысле потока выполнения), могут оказаться одинаковыми: в конце концов это один и тот же участок памяти! Помните известное правило о непредсказуемости порядка вычисления функций в одном выражении? Так вот, в данном случае с функциями, возвращающими результат в глобальном объекте-указателе, это правило распространяется и на возвращаемый результат. Это и есть мораль номер 1. Функции, возвращающие результат вычисления в глобальных объектах, помимо общеизвестных недостатков, таких как небезопасность в многопоточной среде, обладают рядом менее известных проблем, таких как неопределенное поведение с точки зрения возвращаемого значения в пределах одного выражения. Давайте разобьем единое выражение с вызовами ctime() на два и продолжим выяснять, почему в объектах pst и pst_ref хранятся разные значения now_ и как это зависит от порядка перечисления исходных файлов в списке аргументов g++.
#include <iostream>
#include "pst.h"

ProgramStartTime  pst;

int  main( void )
{
    std::cout.width( 22 );
    std::cout << "Start time: " << pst();
    std::cout << "Reference start time: " << pst_ref();
    std::cout.width( 28 );
    std::cout << "Plain start time: " << pst.now_ << std::endl
              << "Plain reference start time: " << pst_ref.now_ << std::endl;
}
g++ -Wall -o test test.cc pst.cc
./test
          Start time: Thu Jan  1 03:00:00 1970
Reference start time: Fri Jul 15 10:29:32 2016
          Plain start time: 0
Plain reference start time: 1468567772
Теперь все хорошо с точки зрения соответствия между значениями now_ и вызовами ctime( &now_ ). Но что же не так с самим значением now_ в объекте pst? Обратим внимание на то, что глобальные объекты pst и now определены в разных файлах, то бишь единицах трансляции (translation unit). Вот вам и объяснение и мораль номер 2. Корректная динамическая инициализация зависимых глобальных объектов в разных единицах трансляции не гарантируется. В нашем примере объект pst в лице конструктора его типа зависит от глобального объекта now, динамически (то есть во время выполнения программы) инициализируемого значением, возвращаемым функцией time(). Заметим, что pst тоже инициализируется динамически, и в этом вся соль. Порядок такой инициализации между разными единицами трансляции не определен, несмотря на то, что один из объектов зависит от другого: C++ не отслеживает такого рода зависимости. Зато статическая инициализация глобальных объектов нулями (в том числе и тех, которые в дальнейшем будут инициализированы динамически) происходит раньше любой динамической, вот почему член now_ в объекте pst равен нулю, а не какому-нибудь другому произвольному значению. С другой стороны, объект pst_ref всегда инициализируется корректно. Но это и не удивительно: его определение находится после определения now в той же единице трансляции, а в этом случае стандарт гарантирует последовательную динамическую инициализацию глобальных объектов. В том, что изменение порядка перечисления исходных файлов в списке аргументов g++ повлияло на корректность программы, нет никакого правила: этот эффект нужно рассматривать как особенность конкретного линковщика на конкретной платформе. И, наконец, мораль номер 3 (позитивная). Чтобы избежать эффектов динамической инициализации глобальных объектов, пользуйтесь локальными статическими объектами, возвращаемыми из специально подготовленных для этого функций-оберток. Динамическая инициализация локальных статических объектов происходит после первого обращения к функции-обертке, поэтому, при условии, что эта функция-обертка в первый раз вызывается из функции main() или глубже по стеку, все глобальные объекты, от которых зависит возвращаемый статический объект, будут гарантированно инициализированы до его собственной инициализации. Условие динамической инициализации локальных статических объектов после первого вызова функции, в которой они определены, позволяет настроить цепочку инициализаций зависимых статических объектов (или так называемый dependency tracking) при условии, что все они размещены как локальные статические объекты в собственных функциях-обертках. Я покажу, как в нашем примере обернуть глобальный объект pst (я не стал оборачивать объект now ради формирования цепочки инициализаций, поскольку в этом случае время его инициализации будет совпадать со временем первого вызова функции-обертки и, в принципе, оно может сильно не совпадать со временем старта программы).
#include <iostream>
#include "pst.h"

ProgramStartTime *  getPst( void )
{
    static ProgramStartTime  pst;
    return &pst;
}

int  main( void )
{
    std::cout.width( 22 );
    std::cout << "Start time: " << getPst()->operator()();
    std::cout << "Reference start time: " << pst_ref();
    std::cout.width( 28 );
    std::cout << "Plain start time: " << getPst()->now_ << std::endl
              << "Plain reference start time: " << pst_ref.now_ << std::endl;
}
g++ -Wall -o test test.cc pst.cc
./test
          Start time: Fri Jul 15 11:41:47 2016
Reference start time: Fri Jul 15 11:41:47 2016
          Plain start time: 1468572107
Plain reference start time: 1468572107

среда, 6 июля 2016 г.

Conky: мои настройки отображения погоды (yahooapis и jq) и музыки (cmus)

Оригинальные настройки conky я взял отсюда. В этот пакет, кроме собственно конфигураций окон, входят шрифты для отображения простого текста и погодных символов. К сожалению, в мае этого года окно weather_date перестало показывать погоду. Как выяснилось, это окно использует yahooapis, а Yahoo изменил свой API как раз в это время. В общем, пришлось переписать это окно для новых yahooapis, а заодно улучшить производительность за счет уменьшения вызовов процессов-фильтров, познакомиться с замечательным парсером JSON jq и перевести настройки в новый формат с помощью скрипта convert.lua, который поставляется вместе с обновленным conky. На следующей картинке показано, как выглядит окно weather_date на моих рабочем и домашнем компьютерах.
Запускать conky с окном weather_date нужно так:
conky -c ~/.grayscale/conkyrc/weather_date
А это сам скрипт weather_date.
conky.config = {
--###############
--###############PERFORMANCE_SETTINGS
--###############
    update_interval = 5,
    total_run_times = 0,
    net_avg_samples = 2,
    imlib_cache_size = 0,
    double_buffer = true,
    no_buffers = true,

--###############
--###############TEXT_SETTINGS
--###############
    use_xft = true,
    font = 'GE Inspira:bold:pixelsize=12',
    xftalpha = 0.1,
    override_utf8_locale = true,
    text_buffer_size = 512,

--###############
--###############WINDOW_SPECIFICATIONS
--###############
    background = true,
    own_window = true,
    own_window_transparent = true,
    own_window_type = 'normal',
    own_window_class = 'conky-semi',
    own_window_hints = 'undecorated,below,sticky,skip_taskbar,skip_pager',
    own_window_argb_visual = true,
    own_window_argb_value = 0,
    draw_outline = false,
--# Window border
    draw_borders = false,
    pad_percents = 0,
    border_inner_margin = 4,
    top_name_width = 10,
    use_spacer = 'right',
--#Size and position
    alignment = 'top_left',
    gap_x = 1600,
    gap_y = 58,
    minimum_width = 0, minimum_height = 0,
    maximum_width = 240,

--###############
--###############GRAPHICS_SETTINGS
--###############
    draw_shades = false,
    default_shade_color = '#292421',
    short_units = true,
--#Default Colors
    default_color = '#efefef',
    default_shade_color = '#1d1d1d',
--#Color Title
    color1 = '#bcbcbc',
    color2 = '#00d787',
    color3 = '#00d787',
};

conky.text = [[
#################
#################DATE & TIME
#################
${voffset 10}${font GE Inspira:pixelsize=50}${color1}${time %H:%M}\
${voffset -20}${offset 5}${font GE Inspira:pixelsize=25}${color2}${time %d}\
${voffset -15}${font GE Inspira:pixelsize=20}${color1}${time  %b}${time %Y}\
${voffset 35}${offset -105}${font GE Inspira:pixelsize=22}${color1}${time %A}\
${color}${font}
${voffset 5}${color3}${hr 2}${color}\

################
################DOWNLOADING WEATHER INFO AND SAVING IT AS ~/.cache/weather.json
################
${execi 1800 nm-online -t 60 && curl -s \
    -G 'http://query.yahooapis.com/v1/public/yql?format=json' \
    --data-urlencode 'q=select * from weather.forecast where woeid in \
    (select woeid from geo.places(1) where text="Saint-Petersburg, Russia") \
    and u="c"' -o ~/.cache/weather.json}
################MAIN WEATHER IMAGE
${voffset -10}${offset 20}${font conkyweather:size=140}${color1}\
${execi 1800 grep "^$(jq -r '.query.results.channel.item.condition.code' \
    ~/.cache/weather.json) =" ~/.grayscale/data/compare | cut -d " " -f3}\
${color}${font}
################WEATHER CONDITIONS
${alignc 10}${font GE Inspira:bold:pixelsize=15}${color2}\
${execi 1800 jq -r '.query.results.channel.item.condition.text' \
    ~/.cache/weather.json}${color}${font}
##############EXTRACTING CURRENT/HIGH TEMP IN DEGREE CELSIUS
${offset 30}${font GE Inspira:pixelsize=50}${color3}\
${execi 1800 jq -r '.query.results.channel.item.condition.temp' \
    ~/.cache/weather.json}°C/${font GE Inspira:pixelsize=30}\
${color3}${execi 1800 jq -r '.query.results.channel.item.forecast[0].high' \
    ~/.cache/weather.json}°C\
${color}${font}\

#################
#################EXTRACTING LOCATION
#################
${voffset 16}${offset 16}${font GE Inspira:bold:pixelsize=20}${color1}\
${execi 1800 jq -j '.query.results.channel.location | .city + ", ", .country' \
    ~/.cache/weather.json}${color}${font}
${color3}${hr 2}${color}\

#################
#################EXTRACTING WEATHER INFO
#################
##PRESSURE     HUMIDITY
${voffset 5}${font GE Inspira:bold:pixelsize=12}${color2}\
Pressure : ${color1}\
${execi 1800 jq -r '.query.results.channel.atmosphere.pressure' \
    ~/.cache/weather.json}mb\
${alignr -16}${font GE Inspira:bold:pixelsize=12}${color2}\
Humidity : ${color1}\
${execi 1800 jq -r '.query.results.channel.atmosphere.humidity' \
    ~/.cache/weather.json}%\
${color}${font}
##SUNRISE     SUNSET
${font GE Inspira:bold:pixelsize=12}${color2}\
Sunrise : ${color1}\
${execi 1800 jq -r '.query.results.channel.astronomy.sunrise' \
    ~/.cache/weather.json}\
${alignr -16}${font GE Inspira:bold:pixelsize=12}${color2}\
Sunset : ${color1}\
${execi 1800 jq -r '.query.results.channel.astronomy.sunset' \
    ~/.cache/weather.json}${color}${font}
##WIND     VISIBILITY
${font GE Inspira:bold:pixelsize=12}${color2}\
Wind : ${color1}${execi 1800 jq -r '.query.results.channel.wind.speed' \
    ~/.cache/weather.json}km/hr\
${alignr -16}${font GE Inspira:bold:pixelsize=12}${color2}\
Visibility : ${color1}\
${execi 1800 jq -r '.query.results.channel.atmosphere.visibility' \
    ~/.cache/weather.json}km${color}${font}
${color3}${hr 2}${color}\

#################
#################WEATHER FORECAST IMAGES FOR NEXT 2 DAYS
#################
${voffset 10}${font conkyweather:size=70}${color1}\
${execi 1800 grep "^$(jq -r '.query.results.channel.item.forecast[1].code' \
    ~/.cache/weather.json) =" ~/.grayscale/data/compare | cut -d " " -f3}\
${tab 72}${font conkyweather:size=70}${color1}\
${execi 1800 grep "^$(jq -r '.query.results.channel.item.forecast[2].code' \
    ~/.cache/weather.json) =" ~/.grayscale/data/compare | cut -d " " -f3}\
${color}${font}\

#################
#################EXTRACTING LOW/HIGH TEMP IN DEGREE CELSIUS FOR NEXT 2 DAYS
#################
${font GE Inspira:bold:pixelsize=15}${color2}\
${execi 1800 jq -r '.query.results.channel.item.forecast[1].day' \
    ~/.cache/weather.json} : ${font GE Inspira:bold:pixelsize=15}${color1}\
${execi 1800 jq -r '.query.results.channel.item.forecast[1].low' \
    ~/.cache/weather.json}°/${font GE Inspira:bold:pixelsize=15}${color1}\
${execi 1800 jq -r '.query.results.channel.item.forecast[1].high' \
    ~/.cache/weather.json}°\
${alignr -16}${font GE Inspira:bold:pixelsize=15}${color2}\
${execi 1800 jq -r '.query.results.channel.item.forecast[2].day' \
    ~/.cache/weather.json} : ${font GE Inspira:bold:pixelsize=15}${color1}\
${execi 1800 jq -r '.query.results.channel.item.forecast[2].low' \
    ~/.cache/weather.json}°/${font GE Inspira:bold:pixelsize=15}${color1}\
${execi 1800 jq -r '.query.results.channel.item.forecast[2].high' \
    ~/.cache/weather.json}°${color}${font}
${voffset 5}${color3}${hr 2}${color}\

#################
#################CALENDER DISPLAY
#################
${voffset 10}${font nimbus mono L:bold:size=12}${color1}\
${execpi 1800 DJS=`date +%_d`; cal | \
    sed -e s/"\(^\|[^0-9]\)$DJS"'\b'/'\1${color2}'"$DJS"'$color'/ -e s/^/'  '/}
]];
Внутри conky.config находятся настройки геометрии окна, объявляются различные цвета и т.п. Собственно содержимое окна описано внутри conky.text. В параграфе, озаглавленном как DOWNLOADING WEATHER …, каждые полчаса (1800 секунд) с помощью execi и curl, после предварительной проверки доступности сети командой nm-online, выполняется запрос на query.yahooapis.com в формате YQL (Yahoo! Query Language). Ответ от Yahoo сохраняется в файле ~/.cache/weather.json. Обратите внимание на то, что данная команда execi ничего не выводит на экран, то есть фактически в данном случае conky работает как cron! Я выбрал формат вывода JSON потому, что он легко и непринужденно парсится прямо из командной строки командой jq, которая позволяет задавать довольно сложные фильтры для поиска данных, предоставляя своеобразный язык запросов, который очень подробно, с примерами, описан в man jq. Все оставшиеся параграфы внутри conky.text вплоть до вывода календаря вызывают jq для поиска значений определенных погодных категорий внутри файла ~/.cache/weather.json. Например, внутри параграфа EXTRACTING LOCATION выполняется запрос jq -j '.query.results.channel.location | .city + ", ", .country' ~/.cache/weather.json, который выводит значения city и country, находящиеся в пути /query/results/channel/location структуры JSON и выводит их в одной строке (опция -j). Поскольку jq работает из командной строки, имеется возможность выводить погодные условия прямо на терминал! Например, погоду на завтра можно вывести командой
jq '.query.results.channel.item.forecast[1]' ~/.cache/weather.json
{
  "code": "12",
  "date": "07 Jul 2016",
  "day": "Thu",
  "high": "17",
  "low": "12",
  "text": "Rain"
}
При этом вывод в терминале будет синтаксически подсвечен! А теперь о выводе информации из cmus. Cmus — это аудиоплеер для терминала. В оригинальном пакете была представлена поддержка плеера clementine, но я им не пользуюсь. Информация из clementine выводилась в окне net_hdd с помощью execpi 2 ~/.grayscale/data/clementine, скрипт clementine в директории ~/.grayscale/data/ был написан на perl. Сначала я написал аналогичный скрипт cmus, тоже на perl, но в новом conky большое количество проблем заставило переписать его на lua и загружать в conky командой lua_load. Вот так выглядит информация из cmus, когда он запущен.
Для того, чтобы это заработало, в net_hdd, предварительно обработанном скриптом convert.lua, внутрь conky.config нужно добавить строку
        lua_load = '~/.grayscale/data/cmus.lua',
Внутрь conky.text, вместо настроек для clementine, нужно добавить строки
################
################CMUS_DISPLAY
################
${voffset 5}${offset 22}\
${font GE Inspira:bold:pixelsize=15}${color2}CMUS${voffset 2}\
${offset 5}${color3}${hr 2}${color}${font}
${if_running cmus}${lua_parse cmus}${else}${voffset 46}${endif}
Обратите внимание, что в случае, когда cmus не запущен, в окно net_hdd выводится пустой вертикальный сдвиг высотой 46 пикселей: это сделано для того, чтобы окно не мерцало при запуске и закрытии cmus. Величина сдвига была определена экспериментально: она должна точно соответствовать высоте совокупной информации из cmus, когда он запущен, выводимой conky. Кроме того, стоит отметить, что lua_parse, в отличие от execpi, не имеет собственной настройки интервала обновления данных, а следовательно скорость обновления данных определяется системной настройкой окна update_interval внутри conky.config. Скрипт cmus.lua в директории ~/.grayscale/data/ выглядит так.
function conky_echo(a)
    return a
end

function conky_cmus()
    local artist   = 'N/A';
    local title    = 'N/A';
    local album    = 'N/A';
    local progress = 0;
    local pos      = 0;
    local length   = 0;
    local status   = '';
    
    local color1   = 'bcbcbc';
    local color2   = 'ffa300';
    local color3   = 'ffff5f';
    
    f = assert( io.popen( 'cmus-remote -Q' ) ) or os.exit( 1 )
     
    for line in f:lines() do
        local v = string.match( line, '^status%s*(.*)' )
        if v ~= nil and v ~= '' and v ~= 'playing' then
            status = ' [' .. v .. ']'; goto next
        end
        v = string.match( line, '^duration%s*(.*)' )
        if v ~= nil and v ~= '' then length = tonumber( v ); goto next end
        v = string.match( line, '^position%s*(.*)' )
        if v ~= nil and v ~= '' then pos = tonumber( v ); goto next end
        v = string.match( line, '^tag album%s*(.*)' )
        if v ~= nil and v ~= '' then album = v; goto next end
        v = string.match( line, '^tag artist%s*(.*)' )
        if v ~= nil and v ~= '' then artist = v; goto next end
        v = string.match( line, '^tag title%s*(.*)' )
        if v ~= nil and v ~= '' then title = v; goto next end
        ::next::
    end
      
    f:close()
    
    if pos > 0 and length > 0 then
        progress = math.floor( 100 * pos / length )
    end
    
    return '${voffset 5}${offset 6}${font StyleBats:size=10}${color ' ..
            color1 .. '}k${voffset -2}${offset 3}${color ' .. color2 ..
            '}${font}Title: ${color ' .. color3 .. '}${alignr}' .. title ..
            '${color ' .. color2 .. '}' .. status ..
            '\n${offset 6}${font StyleBats:size=10}${color ' .. color1 ..
            '}k${voffset -2}${offset 3}${color ' .. color2 ..
            '}${font}Artist: ${color ' .. color3 .. '}${alignr}' .. artist ..
            '\n${offset 6}${font StyleBats:size=10}${color ' .. color1 ..
            '}k${voffset -2}${offset 3}${color ' .. color2 ..
            '}${font}Album: ${color ' .. color3 .. '}${alignr}' .. album ..
            '${color ' .. color1 .. '}${font}' ..
            '\n${voffset 1}${offset 8}${lua_bar echo ' .. progress .. '}'
end
Прошу меня простить, если что-то здесь сделано неизящно или неэффективно — это моя первая программа на lua :)

пятница, 1 июля 2016 г.

Проприетарные видеодрайверы Nvidia в репозиториях Fedora от negativo17

Очередной апгрейд Fedora (до версии 24) в очередной раз навернул графику на моем стареньком десктопе с Nvidia GeForce 8. На этот раз проблема оказалась в отсутствии нужных драйверов на RPM Fusion (их там нет до сих пор). Моей старой видеокарте нужен специальный драйвер серии 340xx. Поиск этой серии на Russian Fedora тоже не увенчался успехом. Перспектива собирать драйвер самому мне не улыбалась: нет никакого удовольствия делать это каждый раз при очередном обновлении ядра. В общем, лень — двигатель прогресса — привела меня на замечательный ресурс negativo17.org, в котором на странице repositories находится список репозиториев Fedora с разными несвободными приложениями типа Skype и Rar, в том числе и с проприетарными драйверами Nvidia. Инструкции по установке драйверов и прочие подробности изложены на этой странице. Поскольку мне был нужен драйвер серии 340xx, для установки репозитория я использовал команду
dnf config-manager --add-repo=http://negativo17.org/repos/fedora-nvidia-340.repo
Остальное всё по инструкции (почти).
dnf remove \*nvidia\*
dnf install nvidia-driver akmod-nvidia
akmods --force
И перезагрузка. Важно отметить, что автор репозиториев является активным мейнтейнером Fedora (см. здесь), поэтому их использование не должно создавать риск нарушения безопасности.