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C 语言管道

介绍

在C语言中,**管道(Pipe)**是一种用于进程间通信(IPC, Inter-Process Communication)的机制。它允许一个进程将数据发送给另一个进程,通常用于父子进程之间的通信。管道是一种单向通信方式,数据只能从一个方向流动:从写端到读端。

管道在Unix-like系统中非常常见,通常用于将一个进程的输出作为另一个进程的输入。例如,在命令行中,你可以使用管道将 ls 命令的输出传递给 grep 命令进行过滤。

管道的创建与使用

在C语言中,管道是通过 pipe() 系统调用创建的。pipe() 函数会创建一个管道,并返回两个文件描述符:一个用于读取数据,另一个用于写入数据。

pipe() 函数原型

c
#include <unistd.h>

int pipe(int pipefd[2]);
  • pipefd 是一个包含两个整数的数组。
    • pipefd[0] 是管道的读端。
    • pipefd[1] 是管道的写端。

示例代码

以下是一个简单的示例,展示了如何使用管道在父子进程之间传递数据。

c
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

int main() {
int pipefd[2];
char buffer[100];
pid_t pid;

// 创建管道
if (pipe(pipefd) == -1) {
perror("pipe");
return 1;
}

// 创建子进程
pid = fork();
if (pid == -1) {
perror("fork");
return 1;
}

if (pid == 0) { // 子进程
close(pipefd[1]); // 关闭写端
read(pipefd[0], buffer, sizeof(buffer));
printf("Child received: %s\n", buffer);
close(pipefd[0]);
} else { // 父进程
close(pipefd[0]); // 关闭读端
const char *message = "Hello from parent!";
write(pipefd[1], message, strlen(message) + 1);
close(pipefd[1]);
}

return 0;
}

代码解释

  1. 创建管道pipe(pipefd) 创建了一个管道,并将文件描述符存储在 pipefd 数组中。
  2. 创建子进程fork() 创建了一个子进程。子进程会继承父进程的文件描述符,包括管道的文件描述符。
  3. 关闭不需要的文件描述符:在子进程中,关闭了写端 pipefd[1],因为子进程只需要读取数据。在父进程中,关闭了读端 pipefd[0],因为父进程只需要写入数据。
  4. 读写数据:父进程通过 write() 将数据写入管道,子进程通过 read() 从管道中读取数据。

输出

运行上述代码后,输出将如下所示:

Child received: Hello from parent!

实际应用场景

管道在实际应用中有很多用途,特别是在需要将多个命令或进程串联起来时。以下是一些常见的应用场景:

  1. 命令行管道:在Unix-like系统中,命令行工具经常使用管道来传递数据。例如,ls | grep .txt 会将 ls 的输出传递给 grep,以过滤出包含 .txt 的文件。
  2. 进程间通信:在多进程程序中,管道可以用于父子进程之间的通信。例如,一个进程可以生成数据,而另一个进程可以处理这些数据。
  3. 数据流处理:在数据处理任务中,管道可以用于将数据从一个处理阶段传递到另一个处理阶段。

总结

管道是C语言中一种强大的进程间通信机制,特别适用于父子进程之间的单向数据传输。通过 pipe() 系统调用,我们可以轻松创建管道,并使用 read()write() 函数在进程之间传递数据。

在实际应用中,管道常用于命令行工具和数据处理任务中。掌握管道的使用,可以帮助你编写更高效、更灵活的多进程程序。

附加资源与练习

  • 练习:尝试修改上面的代码,使子进程向父进程发送消息,父进程接收并打印消息。
  • 进一步学习:了解命名管道(FIFO)的概念,并尝试在C语言中使用它们。
  • 参考文档:查阅 pipe()fork()read()write() 的官方文档,深入了解它们的用法和参数。
提示

如果你对进程间通信感兴趣,可以进一步学习信号(Signal)、共享内存(Shared Memory)和消息队列(Message Queue)等其他IPC机制。