2)按行读写
   标准函数编程库提供了行读写函数，该类函数读取一行以换行符"/n"结束的数据，写入数据时自动输出换行符。
   (1)行输入函数族
#include<stdio.h>
char *gets(char *s);
char *fgets(char *s,int n,FILE *stream);
      函数gets从标准输入流(stdin)中读取一串字符存储到参数s所指向的内存空间中，文件结束或者错误发生时返回NULL，否则将返回参数s所指向的内存地址。
       函数fgets中键入了防溢出控制，它从文件流stream中读取一串字符到参数s所指向的内存空间，但读取数据的长度(包括换行符"/n")不能超过 n-1,。参数n代表了字符串s的最大存储空间。倘若待读入的实际数据长度包括("/n")超过了n-1，函数将截取该n个字符返回，剩余的字符将在下一 次fgets调用时读入。
       两个函数都把读取的字符信息存入字符串s中，并且自动增加字符串结束符"0",这也是fgets一次性最多只能读入n-1个字符的原因(第n个字符需要存储结束符"0")。函数调用成功时返回参数s的值，即指向输入的字符信息，否则返回空指针NULL。
/*不利用fgets函数的返回值*/
char s[1024];
...
fgets(s,sizeof(s),STREAM);
puts(s);
.....
 
 
/*利用fgets函数的返回值*/
char s[1024];
...
puts(fgets(s,sizof(s),STREAM);
....
(2)行输出函数
     标准文件编程库中用于文件行输出的函数如下：
#include<stdio.h>
int puts(const char *s);
int fputs(const char *s,FILE *steam);
参数s指向一串以字符串结束符"0"结尾的字符；函数puts把该字符串(不包括结束符"0")写入到标准输出流stdout中，并自动输出换行符"/n"；函数fputs字符串s(不包括结束符"0")写入文件流stream中，但不再输出换行符"/n"。
     两函数都不输出字符串末的结束符，输出失败时，都返EOF。
     (3)实例：
      解析报文文件的另一种方法是先读入一行数据，再通过字符串函数分解。本处设计了一个使用行读写解析报文的例子，程序按行读取文件"/etc /passwd"，并将"用户名称"域提取出来(报文的第一个域)单独提取出来，存入文件"copyname.txt"中，源程序如下：
#include<memory.h>
#include<string.h>
#include<stdio.h>
void main()
{
  FILE *fpr, *fpw;
  char buf[1024], *p1,*p2;
  /*以下打开源文件*/
  if((fpr=fopen("/etc/passwd","r"))=NULL)
  {  
    printf("open file /etc/pwasswd failed. /n");
    return ;
  }
  if((fpw=fopen("./copyname.txt"))==NULL)
  {
     printf("open file ./copyname.txt failed./n");
     fclose(fpr);
     return ; 
  } 
  memset(buf,0,sizeof(buf));
  while(fgets(buf,sizeof(buf),fpr)!=NULL)
  {
    /*p1指向第一个":",p2指向第二个":"*/
    if((p1=strstr(buf,":"))==NULL)break;
    if((p2=strstr(p1+1,":"))==NULL)break;
    p1++;p2++;
    /*p1指向第二个域密码字段，p2指向第三个域用户ID字段*/
    /*以下代码移动字符串内容，将ID字段的内容移动到用户名字段后*/
    while(*p2!=':')
    {
       *p1=*p2;
       p1++;p2++;
    }
    *p1=0;
    /*屏幕输出*/
    puts(buf);
    /*文件输出*/
    fputs(buf,fpw);
    fputs("/n",fpw);
    memset(buf,0,sizeof(buf));
 
  }
  fclose(fpr);
  fclose(fpw);
}
 3)按块读写
    块读写函数，能够输入输出任何数量的字符，在操作二进制文件时常常使用，标准文件编程库中用于文件块输入输出的函数如下：
#include<stdio.h>
size_t fread(void *ptr,size_t size,size_t nitems,FILE *stream);
size_t fwrite(const void *ptr,size_t size, size_t nitems,FILE *stream);
   函数fread从文件流stream中读入nitems个数据项存储到指针ptr所指向的内存中，每个数据项具有size字节大小，一次操作总共读入size*nitems个字节。
  函数fwrite将ptr的数据写入到stream中，每次可写入size*nitems个字符。参数nitems表示写入文件的数据项个数，参数size表示每个数据项具有的字节大小。
 注：在大多数Unix中，size_t被定义为无符号整形：
 typedef unsigned int size_t;
  fread&fwrite都不返回实际读写的字符个数，而返回的是实际读写的数据项数。成功时，返回值等于参数nitems值，否则返回值将小于nitems值。
  块I/O函数常应用于二进制文件读写中，操作比较灵活，既可以读写一个字符，也可以读写一个结构，还可以读写任意数据类型。
/*读写字符*/
char c;
....
fread(&c,sizeof(char),1,INSTREAM);
...
fwrite(&c,sizeof(char),1,OUTSTREAM);
 
 
/*读写结构*/
typedef struct
{
  char c;
  int l;
}MYSTRUCT;
...
MYSTRUCT my;
...
fread(&my,sizeof(MYSTRUCT),1,INSTREAM);
...
fwrite(&my,sizeof(MYSTRUCT),1,OUTSTREAM);
 
/*读写数组*/
double f[5];
...
fread(f,sizeof(double),5,INSTREAM);
...
fwrite(f,sizeof(double),5,OUTSTREAM);
实例
     块读写函数经常操作二进制文件，保留内存信息或永久存储数据信息等。比如在软件中涉及一个文件型数据库，用以存取历史交易明细。
    本处设计了一个存取数据信息的实例，通过文件"array.dat"存储和读取一个整形数组，其中文件起始记录数组的长度，随后是数组的数据信息。源文件如下：
/*数据信息存储 wdata.c*/
#include<stdio.h>
void main()
{
  FILE *fp;
  /*data array, readers can modify the lenght  and the context of the array*/
  int narray[5]={3132,2354,45,224,566};
  int all=5;
  if((fp=fopen("array.dat","wb"))==NULL);
  {
     printf("open file array failed./n");
     return ;
  }
  fwrite(&all,sizeof(int),1,fp);
  /*实际写入1*sizeof(int)=4个字符*/
  fwrite(narray,sizeof(int),all,fp);
  /*实际写入all*sizeof(int)个字符*/
  fclose(fp);
 
}
/*数组信息恢复rdata.c*/
include<stdio.h>
void main()
{
  FILE *fp;
  int narray[5];
  int all=6,i;
  if((fp=fopen("array.dat","rb"))=NULL);
  {
    printf(open file array.dat failed./n);
    return ;
  } 
  /*读取文件中存储的第一个整数，获取存储数组的元素数*/
  fread(&all,sizeof(int),1,fp);
/*读取文件存储的数组元素*/
  fread(narray,sizeof(int),1,fp);
  printf("all=%d/n",all);
  for(i=0;i<all,i++)
  {
    printf("[%d]=%d",i,narray[i]);
  } 
  printf("/n");
  fclose(fp);
 
}
                         文件的格式化读写
     文件的格式化读写具有数据格式自动转换和文件流输入输出两个过程。输入时，先将文件流中的字符串转化为二进制数据，再存入内存中；输出时，先将二进制数据转化为字符串数据，再输出。
   文件格式化输出函数族：
int printf(const char *format, /*[arg,]*/ ...)
int fprintf(FILE *stream, const char *format, /*[arg,]*/...)
int sprintf(char *s, const char *format, /*[arg,]*/...)
sprintf输出结果到字符串s中，同时在字符串末尾自动加上字符结束符'\0'。这三个函数调用成功时返回实际输出的字符数，否则返回一个负数
    常见类型：
       d,i   以十进制形式输出带符号整数
       u     以十进制形式输出无符号整数
       f     以小数形式输出单、双精度实数
       e,E   以指数形式输出单、双精度实数
       g,G   以%f%e中较短的输出宽度输出单、双精度实数
       x,X   以十六进制形式输出无符号整数,前者输出"0123456789abcdef"，后者输出"0123456789ABCDEF"
       o     以八进制形式输出无符号整数
       c     输出单个字符
       s     输出字符串
       p     以指针形式输出
    标志：
       -     左对齐输出，右边填空格
       +     带符号(正号或负号)输出
       空格  输出正数时加上空格，输出负数时加上负号
       #     整型的八进制或十六进制转换时分别输出前缀"0"或"0x"；浮点数转换时，省去多余小数
    文件格式化输入函数族：
int scanf(const char *format, /*[pointer,]*/...)
int fscanf(FILE *stream, const char *format, /*[pointer,]*/...)
int sscanf(const char *s, const char *format, /*[pointer,]*/...)
  输入函数能自动过滤输入流中的空格、制表等符号。函数调用成功时返回读入值的参数个数，否则返回EOF。
3:函数的变长参数
  文件的格式化参数都支持变长参数。定义时，变长参数列表通过省略号"..."表示，因此，具有变长参数列表的函数定义格式如下：
  type 函数名(参数1,参数2,参数n,...);
其中type为函数的返回值类型，参数1~n为定长参数，...代表变长参数，...必须定义在参数的最右端。如下例：
  int printf(const char * format,...);
  int mysum(...);
1)变长参数的使用
  Unix的变长参数通过va_list对象实现，定义在文件"stdarg.h"中，变长参数的应用模板代码如下：
#include<stdarg.h>
function(parmN,...)
va_list pvar;
.........
va_start(pvar,parmN);
while()
{
  ........
  f=va_arg(pvar,type);
  ........
}
va_end(pvar);
1 step. va_list pvar
申明va_list数据类型变量pvar，该变量访问变长参数列表中的参数
2 step. va_start(pvar,parmN)
宏va_start初始化变长参数列表。pvar是va_list型变量，在step1定义，记载列表中的参数信息。parmN是省略号"..."前的一个参数名，va_start根据此参数，判断参数列表的起始位置。
3 step: va_arg(pvar,type)
获取变长参数列表中参数的值。pvar是step定义的va_list型变量，type为参数值的类型，也是红va_arg返回数值的类型，如：
va_arg(pvar,int);
va_arg(pvar,float);
宏va_arg执行完毕后自动更改对象pvar，将其指向下一个参数。
4 step：va_end(pvar)
关闭本次对变长参数列表的访问。
设计函数mysum，计算输入参数的和并返回结果，源程序如下：
#include<stdarg.h>
int mysum(int i,...)
{
  int r=0,j=0;
  va_list pvar;
  va_start(pvar,i);
  for(j=0;j<i;++j)
  {
    r +=va_arg(pvar,int);
  }
  va_end(pvar);
  return(r);
}
void main()
{
  printf("sum(1,4)=%d/n",mysum(1,4));
  printf("sum(2,4,8)=%d/n",mysum(2,4,8));
}
compile & run
$make mysum
     cc -O -o mysum mysum.c
$./mysum
sum(1,4)=4;
sum(2,4,8)=12;
4)变长参数的传递
变长参数传递的函数族如下：
#include<stdarg.h>
int vprintf(const char *format,va_list ap);
int vfprintf(FILE *stream,const char *format,va_list ap);
int vsprintf(char *str,const char *format,va_list ap);
     这些函数完全等价于格式化函数，只是在形式上采用固定参数替代变长参数列表，这样描述的函数更加紧凑，这些函数长应用于变长参数内部的功能实现。
    实现：设计函数"int PrintLog(FILE *stream,const  char *pformat,...)"，它按照字符串format的内容，控制后即参数的数量和格式，并在文件流stream中输出。源程序代码如下：
#include<stdio.h>
#include<stdarg.h>
int PrintLog(FILE *pfile,const char * pformat,...)
{
  va_list _va_list;
  char szbuf[1024];
  if(pformat==null || pfile==null)return -1;/*判断指针是否正确*/
  va_start(_va_list,pformat);/*初始化变长参数列表*/
  vsprintf(szbuf,pformat,_va_list);/*传递变长参数*/
  va_end(_va_list);
  fputs(szbuf,pfile);
  return 0;
}
 
void main()
{
  PrintLog(stderr,"[%s][%s][%d][%c]/n","This","is",5,'a');
}
4：文件读写位置的定位
  在实际应用中，我们常常只需要读取文件中的一小段内容，或者写入一小段呢日哦难怪到文件中，使用文件的读写定位功能可以避免些不必要的的数据段。例如某文 件由一系列固定大小记录块组成，当访问其第n块记录时，可以先将文件指针移动到第n块记录的起始位置，再访问1个记录快大小的数据，并不需要从文件头开始 读取n个记录块。
  标准文件变成库中用于定位文件读写为止的函数如下：
#include<stdio.h>
int fseek(FILE *stream,long int offset,int whence);
void rewind(FILE *stream);
long int ftell(FILE *stream);
其中fseek改变文件流stream中的访问位置，参数whence表示文件定位的方式，fseek中提供了三种定位方式，参数offset表明了定位的偏移量，其值可正可负，与whence一起确定访问文件的最终定位。
whence              含义                     文件定位于
SEEK_SET           从文件头开始定位   0+offset
SEEK_CUR          从当前位置开始定位  当前位置+offset
SEEK_END          从文件尾开始定位     文件末+offset
rewind重置流stream，将文件流定位于文件开始处，相当于执行了以下操作：
void fseek(stream,0L,SEEK_SET);
函数ftell获取文件流的当前位置，调用成功时将该值返回，否则返回-1。
注：
    大多数系统中，可以通过以下代码获取文件的长度(len)
long len;
fseek(stream,0,SEEK_END);
len=ftell(stream);
实例:
      本处设计了一个文件读写定位的例子，代码如下，其中seekwrite将整数值narray写入文件第"rec*sizeof(int)"处；函数seekread从文件的第"rec*sizeof(int)"位置中读取整数值存入narray.
     如果定位超过了文件的最大长度且执行了写入操作，文件长度将延长到当前位置，中间部分自动补0；
#include<stdio.h>
void seekwrite(FILE　*fp,int narray,int rec)/*写入文件第rec个整数*/
{
  fseek(fp,sizeof(int)*rec,SEEK_SET);
  fwrite(&narray,sizeof(int),1,fp);
}
 
void seekread(FILE *fp,int *narray,int rec)
{
  fseek(fp,sizeof(int)*rec,SEEK_SET);
  fread(narray,sizeof(int),1,fp);
 
}
 
void main()
{
  FILE *fp;
  int narray[2]={100,200},narrayr[2];
  if((fp=fopen("seek.dat","w+b"))==NULL)
  {
     printf("open seek.dat failed./n");
     return ;
  }
  seekwrite(fp,narray[0],1);seekwrite(fp,narray[1],10);
  seekread(fp,narrayr,1); seekread(fp,narrayr+1,10);
  printf("now array[0]=%d,array[1]=%d",narrayr[0],narrayr[1]);
  fclose(fp);
}
5:文件的状态
  每一个流对象内部都保持了两个指示状态：错误指示状态和文件结束状态，函数ferror和feof分别检查这两个状态，函数strerror显示错误的提示信息。
(1)文件的错误与结束状态
#include<stdio.h>
int ferror(FILE *stream);
int feof(FILE *stream);
void clearerr(FILE *stream);
当文件I/O发生错误时，调用ferror函数将返回非0值，否则返回0值。当文件结束时，调用feof函数返回非0值，否则返回0值，函数clearerr清除文件错误标志和EOF标志。
   实例：
   读取文件"/etc/passwd"，当文件结束时自动退出。
#include<stdio.h>
void main()
{
  FILE *fp;
  char buf[1024];
  if((fp=fopen("/etc/passwd","r"))==NULL)
  {
    printf("open file /etc/passwd failed./n");
    return ;
  }
  while(!feof(fp))
  {
    fgets(buf,sizeof(buf),fp);
    if(feof(fp)) break;
    fputs(buf,stderr);
  }
  fclose(fp);
}
(2)文件的错误信息
    错误状态指示器仅能判断错误是否发生，不能明确错误的内容，标准文件编程库用于明确错误信息的函数如下：
    extern int errno;
    #include<string.h>
    char *strerror(int errnum);
  其中外部变量errno代表了发生错误的代码，函数strerror获取第errnum号错误的详细信息。
6：文件的缓冲
   所谓文件写缓冲，是指文件流在执行输出操作时，并不立刻将数据写入文件，而是先把数据累计到缓冲区，再以块为单位批量输出到文件中，同理，文件读缓冲是指 文件流在执行输入操作时，以块为单位读取文件内容，多余的数据存储在内存中。如果下次读操作的内容刚好在同一块中，则可以直接返回结果，避免一次输入操 作。通过缓冲技术，可以减少低级I/O函数read和write函数的调用次数，从而大大提高软件执行效率。
  1)缓冲模式
   标准文件编程库采用FILE类型描述文件流，与低级I/O函数相比，最大的特性就是应用及增加了缓冲功能(低级I/O函数只使用了文件系统自带的缓冲功能)，文件的输入输出以"缓冲块"为单位批量完成，并且根据"缓冲块"大小，提供了三种缓冲模式。
   (1)全缓冲(_IOFBF)：一般读写普通磁盘文件采用全缓冲模式。
   (2)行缓冲(_IOLBF)：比如调用fgets函数从标准输入流stdin中输入字符，当且仅当客户输入回车换行时，函数才返回。
   (3)无缓冲(_IONBF)：比如stderr采用无缓冲模式；
2)缓冲函数
#include<stdio.h>
void setbuf(FILE *stream,char *buf);
int setvbuf(FILE *stream,char *buf,int type,size_t size);
int fflush(FILE *stream);
 setbuf设置文件流stream的缓冲区，参数buf指向一个大小为BUFSIZ的内存块，调用成功后，文件流stream使用该内存块作为新的缓冲区。倘若buf是空指针NULL，文件流stream的缓冲将被完全关闭。缓冲区内存块的定义一般为：
   char buf[BUFSIZ]; ---其中BUFSIZ是stdio.h中的常数，代表缓冲区的大小，常为256的整数倍。
   setvbuf设置了文件流stream的缓冲区和缓冲模式，缓冲模式由参数type确定.
   任何时候，都可以使用fflush刷新缓冲区，并将缓冲区的内容强制输出到文件中，参数stream指明了更新的 文件流，当其值为NULL时，系统将刷新全部文件流的缓冲区。
  实例：
  本处设计了一个缓冲显示的实例：
#include<stdio.h>
void main()
{
  printf(1---1);
  /*fflush(stdout);*/
  fprintf(stderr,"2---2");
  printf("3---3/n");
  fprintf(stderr,"4--4/n");
}
7:项目：通用函数库之调试功能库封装
   1)调试库内容：
      格式化日志输出
      十六进制日志输出
      信息判断
   2)调试库设计
     (1)PrintLog
      格式化日志输出函数，其原型为：
      int PrintLog(FILE *fp,const char *pformat,...);
/*-----debug.c-----*/
#include<stdio.h>
#include<stdarg.h>
#include<comlib.h>
int PrintLog(FILE *fp,const char *pfromat,...)
{
  va_list _va_list;
  TIMESTRU timestru;
  char szBuf[1024];
  int nLen;
  if(pformat==NULL||pfile==NULL) return -1;/*判断指针是否yes*/
  timestu=GetTime();
  nLen=sprintf(szBuf,"%04d.%02d.%02d %02d:%02d:%02d. [%d]: ",timestru.nYear,timestru.nMon,timestru.nDay,timestru.nHour,timestru.nMin,timestru.nSec,getpid());
  va_start(_va_list,pformat);
  nLen+=vsprintf(szBuf+nLen,pformat,_va_list);
  va_end(_va_list);
  nLen+=sprintf(szBuf+nLen,"/n");
  if(fputs(szBfu,pfile)!=EOF && fflush(pfile)!=EOF) 
    return 0;/*输出并刷新文件流*/
 
  return -2;/*错误返回*/
}
   (2)PrintTraceLog
        int PrintTraceLog(const char *pformat,...);
        核心代码
if((fp=open(TRACE_FILE),"a")!=NULL)
{
  ret=PrintTraceLog(fp,szBuf);
  fclose(fp);
  return(set);
}
(3) Verify
       信息判断函数，其原型为：
      int Verify(int bStatus,const char *szBuf,const char *szFile,int nLine);
  (5)调试库应用实例：
#include<stdio.h>
void main()
{
  int i=10000;
  PrintLog(stderr,"This is test[%d]/n");
  PrintTraceLOg("This is test [%d]/n");
  PrintTraceLog(----------------);
  Verify(0,NULL,_FILE_,_LINE_);
  PrintTraceLog("---------------");
  Verify(0);
  PrintTraceLog("---------------");
  Verify(1);
  
}

一个形象化管道的描述为——一个在两个实体之间的单向连接器。例如，让我们来看一看下面的这个GNU/Linux命令：

ls -1 | wc –l

这个命令创建了两个进程，一个和ls －l关联而另一个则和wc －l关联。接着它通过设置第二个进程的标准输入到第一个进程的标准输出连接了这两个进程（如图11.1）。产生的结果是——计算了当前子目录的文件数目。

我们的命令设置了一个在两个GNU/Linux命令之间的管道。命令ls被执行之后它产生的输出被用作第二个命令wc（word count）的输入。这是一个单向管道——通信发生在一个方向上。两个命令之间的连接由GNU/Linux来完成。我们也可以在应用程序当中做到这一点（等一下我们将会证明这一点）。

匿名管道和有名管道

一个匿名管道或者说单向管道，为一个进程提供了和它的一个子进程（匿名的种类）进行通信的方法。这是因为没有可以在操作系统当中找到一个匿名进程的方法。它的最通常的用法是在父进程建立一个匿名管道，然后将这个管道传递给它的子进程，然后它们就可以进行通信了。注意，如果需要双向通信的话，我们考虑使用的API就应该是套接字（sockets）API了。

管道的另一种类型是有名管道。一个有名管道其功能和匿名管道差不多，差别就在于它是可以在文件系统中存在的并且所有进程都可以找到它。这意味着没有血缘关系的进程之间可以使用它来进行通信。

在接下来的部分当中我们将会同时学习有名管道和匿名管道。我们将对管道进行一个快速的游览，然后我们就详细地学习管道API以及支持管道编程的GNU/Linux系统级的命令。

旋风式的游览

让我们以一个简单的管道编程的模型的例子来开始我们的旋风式游览。在这个简单的例子当中，我们在一个进程当中创建了一个管道，然后对它写入一个消息，接下来的就是从这个管道当中读取前面写入的消息，然后将它显示出来。

清单11.1: 一个简单的管道例子

1:#include <unistd.h>
2:#include <stdio.h>
3:#include <string.h>
4:  
5:#define MAX_LINE        80
6:#define PIPE_STDIN      0
7:       #define PIPE_STDOUT     1
8:  
9:       int main()
10:       {
11:         const char *string={"A sample message."};
12:         int ret, myPipe[2];
13:         char buffer[MAX_LINE+1];
14:  
15:         /* Create the pipe */
16:         ret = pipe( myPipe );
17:  
18:         if (ret == 0) {
19:  
20:           /* Write the message into the pipe */
21:           write( myPipe[PIPE_STDOUT], string, strlen(string) );
22:  
23:           /* Read the message from the pipe */
24:           ret = read( myPipe[PIPE_STDIN], buffer, MAX_LINE );
25:  
26:           /* Null terminate the string */
27:           buffer[ ret ] = 0;
28:  
29:           printf("%s\n", buffer);
30:  
31:         }
32:  
33:         return 0;
34:       }

在清单11.1当中，我们在16行当中使用了函数pipe创建了我们的管道。我们向函数pipe传入了一个拥有两个元素的代表我们的管道的整型数组。管道被定义为一对分开的文件描述符——一个输入和一个输出。我们可以从管道的一端写入然后从管道的另一端读取。如果管道成功建立的话，API函数pipe就会返回0。基于返回，myPipe将会包括两个新的代表管道的输入（myPipe[1]）和对管道的输出（myPipe[0]）的文件描述符。（PS： in文件描述符代表其所关联的文件或者设备相当于一个输入设备；out文件描述符则代表其所关联的文件或者设备相当于一个输出设备。）

在21行，我们使用函数write将我们的消息写入管道。我们指定了stdout（标准输出）描述符（这是从应用程序的角度来看的，而非管道）。管道现在包含了我们的消息，然后它能够在24行被函数read读取。在这里我们再次说明一下，从应用程序的角度来看，我们使用了stdin（标准输入）描述符来从管道进行读取。函数read将从管道当中读取到的消息保存到了变量buffer。为了让buffer真正地成为一个字符串，我们在其后添加了一个0 （NULL），然后我们就可以在29行使用函数printf显示它了。

虽然这个例子很有趣，但是我们自己之间的通信的执行可以使用任意数量的机制。接下来我们将要学习提供了进程（不论是有关系的还是无关系的）间通信的更为复杂的例子。

详细的回顾

虽然管道模型的绝大部分为函数pipe，但是还有两个应该对它们的基于管道编程的可用性进行讨论的其它函数。表格11.1列举了我们在本章当中要详细地讨论的函数：

API函数 用处

pipe 创建一个匿名管道

dup 创建一个文件描述符的拷贝

mkfifo 创建一个有名管道（先进先出）

同时我们还将会学习一些可用于管道通信的其它函数，特别是那些能够使用管道进行通信的函数。

注意：我们要记住一个管道不过是一对文件描述符而已，因此任何能够在文件描述符上进行操作的函数都可以使用管道。这就包括了select、read、write、fcntl以及freopen等等，但并不是仅仅限于这些函数。

pipe

API函数pipe创建了一个新的由一个包含两个文件描述符的数组所代表的管道。函数pipe的原型如下：

#include

int pipe( int fds[2] );

如果函数pipe的操作成功的话，它将会返回0；反之则会返回-1，同时适当地设置了errno。如若成功返回，数组fds（它是按引用传递值）将会拥有两个激活的文件描述符。数组的第一个元素是一个能够被应用程序读取的文件描述符；而第二个则是一个能够被应用程序写入的文件描述符。

现在让我们来看一下一个应用管道于多进程应用程序的稍微更为复杂一点的例子。在这个应用程序，当中,我们将在14行当中创建一个管道，然后在16行使用函数fork在程序的父进程当中创建一个新的进程（子进程）。在子进程当中，我们尝试从我们的管道的输入文件描述符当中进行读取（18 行），但是如果没有什么可以读取的话，我们就将这个子进程挂起。当进行读取操作之后，我们就通过一个NULL将字符串终止（就是让一个数组字符成为一个字符串），然后打印我们所读取的字符串。父进程只是简单地通过使用输出（写）文件描述符（管道结构的数组的第二个元素）将一个测试字符串写入管道，然后使用函数wait等待子进程退出。

注意：除了我们的子进程继承了父进程使用函数pipe创建的的文件描述符然后使用它们来和另一个子进程或者和父进程来通信，关于这个程序不再没有什么可以引人注目的了。回想一下：一旦函数fork的操作完成，我们的进程是独立的（除了子进程继承了父进程的特征，比如管道描述符）。由于内存是分开的， pipe方法为我们提供了一个有趣的进程间通信的模型。

清单11.2: 举例说明两个进程间的管道模型

1:       #include <stdio.h>
     2:       #include <unistd.h>
     3:       #include <string.h>
     4:       #include <wait.h>
     5:      
     6:       #define MAX_LINE        80
     7:  
     8:       int main()
     9:       {
     10:         int thePipe[2], ret;
     11:         char buf[MAX_LINE+1];
     12:         const char *testbuf={"a test string."};
     13:      
     14:         if ( pipe( thePipe ) == 0 ) {
     15:      
     16:           if (fork() == 0) {
     17:      
     18:             ret = read( thePipe[0], buf, MAX_LINE );
     19:             buf[ret] = 0;
     20:             printf( "Child read %s\n", buf );
     21:      
     22:           } else {
     23:      
     24:             ret = write( thePipe[1], testbuf, strlen(testbuf) );
     25:             ret = wait( NULL );
     26:      
     27:           }
     28:      
     29:         }
     30:      
     31:         return 0;
     32:       }

注意：在这些简单的程序当中我们并没有讨论管道的关闭，这是因为一个进程一旦结束，和管道相关联的资源将会被自动地释放。虽然如此，调用函数close来关闭管道的描述符是一个十分良好的编程做法，比如：

ret = pipe( myPipe );

...

close( myPipe[0] );

close( myPipe[1] );

如果管道的写入端被关闭，而一个进程想要从管道当中进行读取的话，一个0将会被返回。这意味着管道不再被使用并且应该把它关闭。如果管道的读取端被关闭，而一个进程想要对管道写入的话，一个信号将会产生。这个信号（将会在“第十二章——套接字编程的简介”当中讨论）被叫做SIGPIPE。要对管道进行写入操作的应用程序通常都包含一个捕获这么一个状况的信号句柄。

dup和dup2

函数dup和dup2能够复制一个文件描述符的十分有用的函数。它们经常被用来重定向一个进程的stdin、stdout或者stderr。函数dup和dup2的原型如下：

#include

int dup( int oldfd );

int dup2( int oldfd, int targetfd );

函数dup允许我们复制一个描述符。我们向函数传递一个已经存在了的描述符，然后它返回了一个和前面那个一模一样的新的描述符。这意味着两个描述符共享着相同的结构。例如，我们用一个文件描述符执行了一个lseek（在文件当中查找），文件的当前位置（文件的内部指针）在第二个当中也是一样的。函数 dup的使用如下面的代码片段所示：

int fd1, fd2;

...

fd2 = dup( fd1 );

注意：在fork的调用之前创建一个描述符产生的效果和调用函数dup是一样的。子进程接收了一个复制的描述符，就好像它模仿了dup的调用一样。

函数dup2和dup类似，但是它允许调用者指定一个激活的描述符已经目标描述符的id。在函数dup2成功返回之后，新的目标描述符复制了第一个描述符（targetfd ＝oldfd）。让我们来看一下下面的举例说明dup2的用法的代码片段：

int oldfd;

oldfd = open("app_log", (O_RDWR | O_CREATE), 0644 );

dup2( oldfd, 1 );

close( oldfd );

在这个例子当中，我们打开了一个叫做“app_log”的新的文件并且接收到了一个叫做fd1的文件描述符。我们通过使用oldfd和1调用了 dup2，就这样我们用oldfd（我们新打开的文件）替换了文件描述符1（stdout标准输出）。任何写入标准输出stdout的数据现在将会被写入一个叫做“app_log”的文件当中。注意我们在复制了oldfd之后就关闭了它。然而这并没有关闭了我们新打开的文件，这是因为文件描述符1现在就是它——我们可以这么认为。

现在让我们来学习一个更为复杂的例子。回想本章的前面部分我们研究的让ls –l的输出成为wc –l的输入。我们现在通过一个C应用程序来探讨允许这个例子（清单11.3）。

在清单11.3的开始部分，我们在9行创建了我们的管道然后在13-16行创建了程序的子进程接下来在20-23行创建了父进程。我们在13行关闭了 stdout（标准输出）描述符。子进程在这里提供了ls –l的功能并且不会写入stdout当中去相反它被写入了我们的管道（用了dup来作重定向）。在14行，我们使用了dup2来重定向stdout到我们的管道（pfds[1]）当中去。一旦这样的一个操作完成之后，我们关闭了我们的管道的输入端（因为它永远不会被使用）。最后，我们使用了函数 execlp来将我们的子进程的镜像替换为命令ls –l的镜像。一旦这个命令被执行了之后，任何产生的输出将会被传送到输入当中去。

现在让我们来看一看，管道的接收端。父进程充当了这么一个角色并遵循了一个相似的模式。我们首先在20行关闭了stdin（标准输入），这是因为我们不会从它那里接收任何数据。接下来，我们再次使用函数dup2（21行）来使得stdin成为管道的输出端。这是通过使文件描述符0（一般来说为 stdin）在功能上变得和pfds[0]一样来完成的。我们关闭了管道的stdout标准输出端（pfds[1]），这是因为在这里我们不会使用到它（22行）。最后，我们使用函数execlp来执行将管道当中的内容当成它的输入的命令wc -1（23行）。

清单11.3: 流水线命令C程序

1:       #include <stdio.h>
     2:       #include <stdlib.h>
     3:       #include <unistd.h>
     4:      
     5:       int main()
     6:       {
     7:         int pfds[2];
     8:      
     9:         if ( pipe(pfds) == 0 ) {
     10:      
     11:           if ( fork() == 0 ) {
     12:      
     13:             close(1);
     14:             dup2( pfds[1], 1 );
     15:             close( pfds[0] );
     16:             execlp( "ls", "ls", "-1", NULL );
     17:      
     18:           } else {
     19:      
     20:             close(0);
     21:             dup2( pfds[0], 0 );
     22:             close( pfds[1] );
     23:             execlp( "wc", "wc", "-l", NULL );
     24:      
     25:           }
     26:      
     27:         }
     28:      
     29:         return 0;
     30:       }

在这个程序当中有一点十分重要并值得我们记下来——这就是我们的子进程把它自己的输出重定向到管道的输入上，而父进程则将它自己的输入重定向到管道的输出——这是一个值得我们去记的十分有用的技术。

mkfifo

函数mkfifo被用来创建一个在文件系统当中的提供FIFO（先进先出）的功能的文件（也可以称之为有名管道）。到目前为止我们讨论的都是匿名管道。它们是专用于一个父进程和它的子进程之间的通信。有名管道在文件系统当中是可见的，因此可以被任何进程使用。函数mkfifo原型如下：

#include

#include

int mkfifo( const char *pathname, mode_t mode );

命令mkfifo需要两个参数。第一个（pathname）是要被创建在文件系统当中的一个特殊文件。第二个（mode）指定了FIFO的读写权限。成功的话命令mkfifo将会返回0，失败的话将会返回-1（同时errno将会被适当地写入）。让我们来看一下一个使用函数mkfifo创建了一个 fifo的例子：

int ret;
...
ret = mkfifo( "/tmp/cmd_pipe", S_IFIFO | 0666 );
if (ret == 0) {
// Named pipe successfully created
} else {
// Failed to create named pipe
}

在这个例子当中，我们使用文件cmd_pipe在子目录/tmp当中创建了一个fifo（有名管道）。接下来我们就打开了这个文件来进行读写，通过它我们就可以进行通信了。一旦我们打开了一个有名管道，我们可以使用典型的I/O命令进行读写了。例如，下面是一个使用fgets从管道当中进行读取的代码段：

pfp = fopen( "/tmp/cmd_pipe", "r" );

...

ret = fgets( buffer, MAX_LINE, pfp );

我们可以使用下面的代码段来为上面的代码对管道进行写入操作：

pfp = fopen( "/tmp/cmd_pipe", "w+ );

...

ret = fprintf( pfp, "Here’s a test string!\n" );

关于有名管道的使人感兴趣的地方是它们在被看做是集合点的地方工作，我们将会在对系统命令mkfifo的讨论当中对这一点进行探讨。一个读取者是不能够打开一个有名管道的，除非一个写入者主动地打开管道的另一端。读取者将会在调用open函数时被阻塞直到一个写入者出现。尽管有这样的一个限制，有名管道仍然是进程间通信的一个有用的机制。

系统命令

让我们来看一下一个和用于IPC的管道模型相关的系统命令。命令mkfifo，就和API函数mkfifo一样，允许我们在命令行上创建一个有名管道。

mkfifo

命令mkfifo是在命令行上创建有名管道（fifo特殊文件）的两个方法当中的一个。命令mkfifo的一般用法如下：

mkfifo [options] name

在这里，选项（options）-m代表mode（权限）而name则是要创建的有名管道的名字（如果需要的话还要包含路径）。如果没有指定权限，默认的是0644。下面是一个例子，它在目录/tmp当中创建了一个叫做cmd_pipe的有名管道：

$ mkfifo /tmp/cmd_pipe

我们可以简单地通过使用选项-m调整选项。下面是一个将权限设置为0644的例子（但是我们必须首先删除掉原先的那一个）：

$ rm cmd_pipe

$ mkfifo -m 0644 /tmp/cmd_pipe

一旦权限被创建完毕，我们可以通过这个管道来在命令行上进行通信。在另一个终端上，我们使用命令echo向有名管道cmd_pipe写入：

$ echo Hi > cmd_pipe

当这个命令结束的时候，我们的读取者将会被唤醒并结束（下面清楚地完成了读取者的命令序列）：

$ cat cmd_pipe

Hi

$

以上举例说明了有名管道不仅可以用于C程序当中还可以用在脚本当中。

有名管道的创建还可以使用命令mknod（紧随其后的特殊文件可以是很多其它类型的文件）。下面我们使用命令mknod创建了一个有名管道；

$ mknod cmd_pipe p

在这里，有名管道cmd_pipe被创建在当前子目录当中（p是有名管道的类型）。

总结

在这一章当中，我们对有名管道和匿名管道作了一次旋风式的游览。我们回顾了创建管道的程序方法和命令行方法，同时还回顾了使用它们来进行通信的典型的 I/O机制。我们还回顾了如何使用函数dup和dup2来进行I/O的重定向。虽然管道十分有用，在其它某一特定情节当中这些命令或者函数依然十分地有用（无论在上面地方一个文件描述符被使用，比如一个套接字或者文件）。

管道编程API

#include

int pipe( int filedes[2] );

int dup( int oldfd );

int dup2( int oldfd, int targetfd );

int mkfifo( const char *pathname, mode_t mode );

（