恢复

恢复的图片

要解决的问题

为了准备这道题，我们过去几天在校园里拍摄了许多照片，所有这些照片都以 JPEG 格式保存在数码相机的存储卡上。不幸的是，我们不知怎么把它们全删了！谢天谢地，在计算机世界中，”已删除”的意思往往不是”已删除”，而更像是”被遗忘”。尽管相机坚持说存储卡现在是空的，但我们相当确定这不完全是真的。确实，我们希望（呃，期望！）你能编写一个程序来为我们恢复这些照片！

在名为 recover 的文件夹中的 recover.c 文件中，编写一个程序来从存储卡中恢复 JPEG 图片。

Distribution Code

对于这个问题，你将扩展由 CS50 工作人员提供的代码功能。

下载分发代码

登录 cs50.dev，点击你的终端窗口，然后执行 cd 本身。你应该会发现你的终端窗口的提示符类似于下面所示：

$

接下来执行

wget https://cdn.cs50.net/2026/x/psets/4/recover.zip

以便将一个名为 recover.zip 的 ZIP 文件下载到你的 codespace 中。

然后执行

unzip recover.zip

来创建一个名为 recover 的文件夹。你不再需要这个 ZIP 文件，因此你可以执行

rm recover.zip

在提示符处回复”y”然后按回车键，删除你刚下载的 ZIP 文件。

现在输入

cd recover

然后按回车键，进入（即打开）该目录。你的提示符现在应类似于以下内容。

recover/ $

单独执行 ls，你应该会看到两个文件：recover.c 和 card.raw。

背景

尽管 JPEG 比 BMP 复杂得多，但 JPEG 有”签名”——可以将其与其他文件格式区分开来的字节模式。具体来说，JPEG 的前三个字节是

0xff 0xd8 0xff

从左到右，从第一个字节到第三个字节。与此同时，第四个字节可以是 0xe0、0xe1、0xe2、0xe3、0xe4、0xe5、0xe6、0xe7、0xe8、0xe9、0xea、0xeb、0xec、0xed、0xee 或 0xef 中的一个。换句话说，第四个字节的前四个比特是 1110。

很有可能，如果你在已知存储照片的介质（例如我的存储卡）上发现这四个字节的模式，它们就标示着 JPEG 的开始。公平地说，你可能纯粹偶然地在某个磁盘上遇到这些模式，因此数据恢复并非一门精确科学。

幸运的是，数码相机倾向于将照片连续存储在存储卡上，即每张照片都紧接在前一张拍摄的照片之后存储。因此，一个 JPEG 的开始通常标志着另一个 JPEG 的结束。然而，数码相机通常使用 FAT 文件系统初始化存储卡，其”块大小”为 512 字节（B）。这意味着这些相机只以 512 B 为单位向这些存储卡写入数据。因此，一张 1 MB（即 1,048,576 B）的照片在存储卡上占用 1048576 ÷ 512 = 2048 个”块”。但一张小一个字节的照片（即 1,048,575 B）也是如此！磁盘上浪费的空间称为”松弛空间”。法医调查人员经常检查松弛空间以寻找可疑数据的残留。

所有这些细节的含义是，你（调查员）可能可以编写一个程序来遍历我的存储卡副本，寻找 JPEG 的签名。每当你找到签名时，你就可以打开一个新文件进行写入，并开始用我的存储卡中的字节填充该文件，只有当你遇到另一个签名时才关闭该文件。此外，你不必一次读取一个字节的存储卡数据，而可以一次读取 512 个字节到缓冲区中以提高效率。由于 FAT 的存在，你可以确信 JPEG 的签名将是”块对齐”的。也就是说，你只需要在一个块的前四个字节中查找这些签名。

当然，要认识到 JPEG 可以跨越连续的块。否则，没有 JPEG 可以大于 512 B。但 JPEG 的最后一个字节可能不会恰好落在块的末尾。回想一下松弛空间的可能性。但不用担心。因为这张存储卡在我开始拍照时是全新的，制造商很可能已经将其”清零”（即用 0 填充），在这种情况下，任何松弛空间都将被 0 填充。那些末尾的 0 出现在你恢复的 JPEG 中没有关系；它们仍然应该是可查看的。

现在，我只有一张存储卡，但你们有很多人！因此，我创建了这张卡的”法医镜像”，将其内容逐字节地存储在一个名为 card.raw 的文件中。为了不让你不必要地浪费时间遍历数百万个 0，我只镜像了存储卡的前几兆字节。但你最终应该会发现该镜像包含 50 个 JPEG。

规格说明

实现一个名为 recover 的程序，从法医镜像中恢复 JPEG 图片。

  • 在名为 recover 的目录中的 recover.c 文件中实现你的程序。
  • 你的程序应接受恰好一个命令行参数，即从中恢复 JPEG 的法医镜像的名称。
  • 如果程序未以恰好一个命令行参数执行，它应提醒用户正确的用法，并且 main 应返回 1。
  • 如果法医镜像无法打开以进行读取，你的程序应告知用户这一情况，并且 main 应返回 1。
  • 你生成的文件应各自命名为 ###.jpg，其中 ### 是一个三位十进制数字，从第一个图片的 000 开始递增计数。
  • 你的程序如果使用 malloc，则不得泄漏任何内存。

提示

在编写更多代码之前先写一些伪代码

如果不知道如何解决较大的问题，可以将其分解为你可能可以先解决的小问题。例如，这道题实际上只是少数几个问题：

  1. 接受一个命令行参数：存储卡的名称
  2. 打开存储卡
  3. 当存储卡中仍有数据可读时
    1. 从数据中创建 JPEG

让我们写一些伪代码作为注释，提醒你做这些事情：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    // Accept a single 命令行参数

    // Open the memory card

    // While there's still data left to read from the memory card

        // Create JPEGs from the data
}
将伪代码转换为代码

首先，考虑如何接受一个命令行参数。如果用户误用了程序，你应该告诉他们程序的正确用法。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    // Accept a single 命令行参数
    if (argc != 2)
    {
        printf("Usage: ./recover FILE\n");
        return 1;
    }

    // Open the memory card

    // While there's still data left to read from the memory card

        // Create JPEGs from the data
}

现在你已经检查了正确的用法，可以打开存储卡了。请记住，你可以使用 fopen 以编程方式打开 card.raw，如下所示。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    // Accept a single 命令行参数
    if (argc != 2)
    {
        printf("Usage: ./recover FILE\n");
        return 1;
    }

    // Open the memory card
    FILE *card = fopen(argv[1], "r");

    // While there's still data left to read from the memory card

        // Create JPEGs from the data
}

当然，你应该检查文件是否正确打开！如果没有，请告知用户并退出程序：这部分我们留给你来完成。

接下来，你的程序应该从你打开的存储卡中读取数据，直到没有数据可读为止。在此过程中，你的程序应该从 card.raw 中恢复每个 JPEG，将每个 JPEG 作为单独的文件存储在你的当前工作目录中。

首先考虑如何从头到尾读取 card.raw。回想一下，要从文件中读取数据，你需要将数据临时存储在一个”缓冲区”中。再回想一下，card.raw 以 512 字节的块存储数据。因此，你可能需要创建一个 512 字节的缓冲区，以便在顺序读取数据时存储数据块。一种方法是使用 stdint.h 中的 uint8_t 类型，该类型精确存储 8 比特（1 字节）。该类型之所以称为 uint8_t，是因为它存储一个需要 8 比特空间（即一个字节）的无符号/正/非负整数。

#include <stdint.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    // Accept a single 命令行参数
    if (argc != 2)
    {
        printf("Usage: ./recover FILE\n");
        return 1;
    }

    // Open the memory card
    FILE *card = fopen(argv[1], "r");

    // Create a buffer for a block of data
    uint8_t buffer[512];

    // While there's still data left to read from the memory card

        // Create JPEGs from the data
}

不过，在这里使用 512 作为”魔术数字”可能不是最好的做法。很有可能你可以进一步改进这个设计！

现在，考虑如何从存储卡中读取数据。根据其手册页面，fread 返回它已读取的字节数，鉴于 card.raw 包含一定数量的 512 字节块，它应该返回 512 或 0。为了从 card.raw 中读取每个块，在用 fopen 打开后，使用如下循环应该就足够了。

#include <stdint.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    // Accept a single 命令行参数
    if (argc != 2)
    {
        printf("Usage: ./recover FILE\n");
        return 1;
    }

    // Open the memory card
    FILE *card = fopen(argv[1], "r");

    // Create a buffer for a block of data
    uint8_t buffer[512];

    // While there's still data left to read from the memory card
    while (fread(buffer, 1, 512, card) == 512)
    {
        // Create JPEGs from the data

    }
}

这样，一旦 fread 返回 0（这实际上就是 false），你的循环就会结束。

最后，由你来决定如何在继续从 card.raw 读取数据的同时以编程方式创建 JPEG。为此，你可能会发现下面的讲解视频对你很有用。

请记住，你的程序应该通过将每个文件命名为 ###.jpg 来为其输出的文件编号，其中 ### 是从 000 开始递增的三位十进制数字。请熟悉 sprintf，并注意 sprintf 在内存中的某个位置存储一个格式化字符串。考虑到 JPEG 文件名的规定格式 ###.jpg，你应该为这个字符串分配多少字节？（别忘记 NUL 字符！）

要检查你的程序生成的 JPEG 是否正确，只需双击查看一下！如果每张照片看起来都完整无损，你的操作很可能成功了！

当然，请记得对用 fopen 打开的每个文件调用 fclose！

保持工作目录整洁

你的代码初稿生成的 JPEG 很可能是不正确的。（如果你打开它们却看不到任何东西，它们很可能不正确！）执行以下命令来删除当前工作目录中的所有 JPEG。

rm *.jpg

如果你不想被提示确认每次删除，请改为执行下面的命令。

rm -f *.jpg

不过要小心使用 -f 开关，因为它会在不提示你的情况下”强制”删除。

讲解视频

如何测试

运行程序

./recover card.raw

正确性

check50 cs50/problems/2026/x/recover

代码风格

style50 recover.c

如何提交

在终端中执行以下命令提交你的作业，并按提示完成操作。

submit50 cs50/problems/2026/x/recover