与子进程 stdout/stdin 通信

Question

因此我尝试以编程方式替换 shell 用户。一个比喻的例子：想象一下，出于某种原因，我想在 C 中使用 VIM。然后我还需要编写命令（stdout）并从编辑器（stdin）读取内容。

最初我认为这可能是一项微不足道的任务，但似乎没有标准方法。 int system(const char *command); 只是执行一个命令并将命令 stdin/stdout 设置为调用进程之一。

因为这无济于事，我查看了FILE *popen(const char *command, const char *type);，但手册页指出：

因为根据定义，管道是单向的，类型参数可以只指定读或写，不能同时指定；结果流是相应的只读或只写。

及其含义：

popen() 的返回值在所有方面都是一个普通的标准 I/O 流，除了它必须用 pclose() 而不是 fclose(3) 关闭。 写入这样的流会写入标准输入 命令的；命令的标准输出与调用popen()的进程的相同，除非这被命令本身改变。相反，从“弹出”流中读取 命令的标准输出，命令的标准输入与调用popen()的进程相同。

因此使用popen() 并非完全不可能，但在我看来它非常不雅，因为我必须解析调用进程的标准输出（调用popen() 的代码）才能解析从 popen 命令发送的数据（使用 popen 类型 'w' 时）。

相反，当使用类型 'r' 调用 popen 时，我需要写入调用的进程标准输入，以便将数据写入 popened 命令。在这种情况下，我什至不清楚这两个进程是否在标准输入中接收到相同的数据......

我只需要控制一个程序的标准输入和标准输出。我的意思是不能有这样的功能：

stdin_of_process, stdout_of_process = real_popen("/path/to/bin", "rw")
// write some data to the process stdin
write("hello", stdin_of_process)
// read the response of the process
read(stdout_of_process)

所以我的第一个问题：实现上层功能的最佳方式是什么？

目前我正在尝试以下方法与另一个进程进行通信：

1. 使用int pipe(int fildes[2]); 设置两个管道。一个管道读取进程的标准输出，另一个管道写入进程的标准输入。
2. 叉子。
3. 使用int execvp(const char *file, char *const argv[]);在分叉的子进程中执行我想与之通信的进程。
4. 在原流程中使用两个管道与孩子通信。

这很容易说机器人实现起来并不那么简单（至少对我来说）。在一种情况下，我奇怪地设法做到了，但是当我试图用一个更简单的例子来理解我在做什么时，我失败了。这是我目前的问题：

我有两个程序。第一个只是每 100 毫秒向它的标准输出写入一个递增的数字：

#include <unistd.h>
#include <time.h>
#include <stdint.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>

void sleepMs(uint32_t ms) {
    struct timespec ts;
    ts.tv_sec = 0 + (ms / 1000);
    ts.tv_nsec = 1000 * 1000 * (ms % 1000);
    nanosleep(&ts, NULL);
}

int main(int argc, char *argv[]) {
    long int cnt = 0;
    char buf[0x10] = {0};

    while (1) {
        sleepMs(100);
        sprintf(buf, "%ld\n", ++cnt);
        if (write(STDOUT_FILENO, buf, strlen(buf)) == -1)
            perror("write");
    }
}

现在第二个程序应该读取第一个程序的标准输出（请记住，我最终想用一个进程来读写，所以在上层用例中使用 popen() 的技术正确解决方案在这种特定情况下可能是正确的，因为我简化了我的实验以仅捕获底部程序的标准输出）。我希望底层程序能够读取上层程序写入标准输出的任何数据。但它不读取任何内容。原因可能在哪里？ （第二个问题）。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdint.h>
#include <time.h>

void sleepMs(uint32_t ms) {
    struct timespec ts;
    ts.tv_sec = 0 + (ms / 1000);
    ts.tv_nsec = 1000 * 1000 * (ms % 1000);
    nanosleep(&ts, NULL);
}

int main() {
    int pipe_fds[2];
    int n;
    char buf[0x100] = {0};
    pid_t pid;

    pipe(pipe_fds);

    char *cmd[] = {"/path/to/program/above", NULL};

    if ((pid = fork()) == 0) { /* child */
        dup2(pipe_fds[1], 1); // set stdout of the process to the write end of the pipe
        execvp(cmd[0], cmd); // execute the program.
        fflush(stdout);
        perror(cmd[0]); // only reached in case of error
        exit(0);
    } else if (pid == -1) { /* failed */
        perror("fork");
        exit(1);
    } else { /* parent */

        while (1) {
            sleepMs(500); // Wait a bit to let the child program run a little
            printf("Trying to read\n");
            if ((n = read(pipe_fds[0], buf, 0x100)) >= 0) { // Try to read stdout of the child process from the read end of the pipe
                buf[n] = 0; /* terminate the string */
                fprintf(stderr, "Got: %s", buf); // this should print "1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ..."
            } else {
                fprintf(stderr, "read failed\n");
                perror("read");
            }
        }
    }
}

Answer 1

Here 是一个（C++11 风格的）完整示例。

然而，出于许多实际目的，Expect library 可能是一个不错的选择（查看其源代码分发的 example 子目录中的代码）。

Answer 2

您的想法是对的，我没有时间分析您的所有代码以指出具体问题，但我确实想指出一些您可能忽略的关于程序和终端工作。

将终端作为“文件”的想法是幼稚的。 vi 等程序使用库 (ncurses) 发送特殊控制字符（并更改终端设备驱动程序设置）。例如，vi 将终端设备驱动程序本身置于一种可以一次读取一个字符的模式。

以这种方式“控制”像 vi 这样的程序非常重要。

关于你的简化实验...

您的缓冲区太小了一个字节。另外，请注意 IO 有时是行缓冲的。因此，您可以尝试确保正在传输换行符（使用 printf 而不是 sprintf/strlen/write...您已经将标准输出连接到管道），否则在换行符被击中之前您可能看不到数据。我不记得管道是行缓冲的，但值得一试。