恢复 - CS50x 2026

Recovered image

待解决的问题

为了准备这个问题，我们在过去几天里在校园各处拍摄了一些照片，这些照片都以 JPEG 格式保存在数码相机的存储卡中。不幸的是，我们不知何故把它们全部删除了！谢天谢地，在计算机世界里，“删除”往往并不意味着真正的“删除”，而更多是“被遗忘”。尽管相机坚持认为存储卡现在是空的，但我们确信事实并非如此。实际上，我们希望（或者说，期待！）你能编写一个程序来帮我们恢复这些照片！

在 recover 文件夹中的 recover.c 文件中，编写一个程序从存储卡中恢复 JPEG。

分发代码

在这个问题中，你将扩展 CS50 团队为你提供的代码功能。

下载分发代码

登录 cs50.dev，点击终端窗口，然后单独执行 cd 命令。你应该会发现终端窗口的提示符类似于：

$

接着执行

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

以便将名为 recover.zip 的压缩文件下载到你的 Codespace。

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，所以可以执行

rm recover.zip

并在提示符后输入 “y” 按回车，以删除你下载的 ZIP 文件。

现在输入

cd recover

接着按回车键进入（即打开）该目录。你的提示符现在应该类似于：

recover/ $

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

背景知识

尽管 JPEG 比 BMP 更复杂，但 JPEG 具有“签名”（signatures），即可以将它们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

从第一个字节到第三个字节，从左到右。与此同时，第四个字节是 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位是 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，它们就标志着一个 JPEG 的开始。公平地说，你也可能纯粹由于巧合而在某些磁盘上遇到这些模式，所以数据恢复并不是一门精确的科学。

幸运的是，数码相机倾向于在存储卡上连续存储照片，即每张照片都紧跟在之前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 文件系统初始化卡，其“块大小”为 512 字节 (B)。这意味着这些相机仅以 512 B 为单位写入存储卡。因此，一张 1 MB（即 1,048,576 B）的照片会在存储卡上占用 1048576 ÷ 512 = 2048 个“块”。但是，一张哪怕小一个字节的照片（即 1,048,575 B）也是如此！磁盘上浪费的空间被称为“松弛空间”（slack space）。取证调查人员经常在松弛空间中寻找可疑数据的残余。

所有这些细节意味着你，作为调查员，可以编写一个程序遍历我的存储卡副本，寻找 JPEG 的签名。每次找到签名时，你都可以打开一个新文件进行写入，并开始用我存储卡中的字节填充该文件，直到遇到另一个签名时才关闭该文件。此外，为了提高效率，你可以一次读取 512 个字节到一个缓冲区中，而不是一次读取一个字节。多亏了 FAT，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寻找这些签名。

当然，请意识到 JPEG 可以跨越连续的块。否则，没有 JPEG 能大于 512 B。但是 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，所以它很可能已经被制造商“置零”（即填充了 0），在这种情况下，任何松弛空间都将填充 0。如果你恢复的 JPEG 结尾包含这些拖尾的 0 也没关系；它们仍然应该是可查看的。

现在，我只有一张存储卡，但你们有这么多人！所以我已经创建了这张卡的“取证映像”，将其内容逐字节存储在一个名为 card.raw 的文件中。为了让你不浪费时间在数百万个 0 上进行不必要的迭代，我只对存储卡的前几兆字节进行了成像。但你最终应该发现该映像包含 50 个 JPEG。

实现要求

实现一个名为 recover 的程序，从取证映像中恢复 JPEG。

  • 在 recover 目录下的 recover.c 文件中实现你的程序。
  • 你的程序应该接受且仅接受一个命令行参数，即要从中恢复 JPEG 的取证映像的名称。
  • 如果你的程序在执行时没有提供恰好一个命令行参数，它应该提醒用户正确的用法，并且 main 函数应返回 1。
  • 如果取证映像无法打开进行读取，你的程序应该告知用户，并且 main 函数应返回 1。
  • 你生成的每个文件都应命名为 ###.jpg，其中 ### 是一个三位十进制数，从第一个图像的 000 开始依次向上计数。
  • 你的程序如果使用了 malloc，则不得发生任何内存泄漏。

提示

在编写更多代码之前先写一些伪代码

如果不确定如何解决较大的问题，请将其分解为可以先解决的小问题。例如，这个问题其实只是几个小问题：

  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来提醒你这样做：

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

int main(int argc, char *argv[])
{
    // 接受一个命令行参数

    // 打开存储卡

    // 当存储卡中仍有数据可读时

        // 从数据中创建 JPEG
}

将伪代码转换为代码

首先，考虑如何接受一个命令行参数。如果用户错误使用了程序，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[])
{
    // 接受一个命令行参数
    if (argc != 2)
    {
        printf("Usage: ./recover FILE\n");
        return 1;
    }

    // 打开存储卡

    // 当存储卡中仍有数据可读时

        // 从数据中创建 JPEG
}

既然你已经检查了正确的用法，你就可以打开存储卡了。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[])
{
    // 接受一个命令行参数
    if (argc != 2)
    {
        printf("Usage: ./recover FILE\n");
        return 1;
    }

    // 打开存储卡
    FILE *card = fopen(argv[1], "r");

    // 当存储卡中仍有数据可读时

        // 从数据中创建 JPEG
}

当然，你应该检查以确保文件已正确打开！如果没有打开，请告知用户并退出程序：我们将把这部分留给你。

接下来，你的程序应该从你打开的存储卡中读取数据，直到不再有数据可读为止。在此过程中，你的程序应该从 card.raw 中恢复每一个 JPEG，并将每一个作为单独的文件存储在当前工作目录中。

首先考虑如何通读 card.raw。回想一下，要从文件中读取数据，你需要将该数据临时存储在“缓冲区”中。并且进一步回想一下， card.raw 以 512 字节的块存储数据。因此，你可能会想要创建一个 512 字节的缓冲区来存储顺序读取的数据块。一种方法是使用 stdint.h 中的 uint8_t 类型，它恰好存储 8 位（1 字节）。该类型之所以称为 uint8_t，是因为它存储一个需要 8 位空间（即一个字节）的无符号/正数/非负整数。

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

int main(int argc, char *argv[])
{
    // 接受一个命令行参数
    if (argc != 2)
    {
        printf("Usage: ./recover FILE\n");
        return 1;
    }

    // 打开存储卡
    FILE *card = fopen(argv[1], "r");

    // 为一个数据块创建缓冲区
    uint8_t buffer[512];

    // 当存储卡中仍有数据可读时

        // 从数据中创建 JPEG
}

不过，在这里将 512 用作“魔数”可能不是最好的主意。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，fread 返回它已读取的字节数，在这种情况下，考虑到 card.raw 包含若干 512 字节的块，它应该返回 512 或 0。为了从 card.raw 读取每一个块，在使用 fopen 打开它之后，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[])
{
    // 接受一个命令行参数
    if (argc != 2)
    {
        printf("Usage: ./recover FILE\n");
        return 1;
    }

    // 打开存储卡
    FILE *card = fopen(argv[1], "r");

    // 为一个数据块创建缓冲区
    uint8_t buffer[512];

    // 当存储卡中仍有数据可读时
    while (fread(buffer, 1, 512, card) == 512)
    {
        // 从数据中创建 JPEG

    }
}

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

最后，在你继续阅读 card.raw 的过程中，如何以编程方式创建 JPEG 取决于你。为此，你可能会发现下面的视频演示对你很有用。

请记住，你的程序应该通过将每个文件命名为 ###.jpg 来对输出的文件进行编号，其中 ### 是从 000 开始的三位十进制数。熟练使用 sprintf，并注意 sprintf 将格式化的字符串存储在内存中的某个位置。考虑到 JPEG 文件名规定的 ###.jpg 格式，你应该为该字符串分配多少字节？（不要忘记 NUL 字符！）

要检查你的程序吐出的 JPEG 是否正确，只需双击并查看即可！如果每张照片看起来都是完整的，那么你的操作可能就成功了！

当然，记得 fclose 每一个你用 fopen 打开的文件！

保持工作目录整洁

你编写的第一版代码吐出的 JPEG 很有可能是不正确的。（如果你打开它们却看不到任何东西，它们可能就不正确！）执行下面的命令删除当前工作目录中的所有 JPEG。

rm *.jpg

如果你不希望在每次删除时都收到确认提示，请执行以下命令。

rm -f *.jpg

只是使用 -f 开关时要小心，因为它会“强制”删除而不会提示你。

视频演示

如何测试

运行程序

./recover card.raw

正确性

check50 cs50/problems/2026/x/recover

风格

style50 recover.c

如何提交

在你的终端中，执行以下命令来提交你的作品，并按提示进行操作。

submit50 cs50/problems/2026/x/recover