管道（Pipe）在C语言中的应用|极客教程

管道（Pipe）在C语言中的应用

1. 什么是管道

在C语言中，管道（Pipe）是一种在父子进程之间进行进程通信的常用方式。管道在Linux系统中被广泛使用，可以在进程间传递数据，其中一个进程将数据写入管道，另一个进程从管道中读取数据。管道是一种半双工的通信方式，数据只能在一个方向上流动。管道可以用于实现进程之间的数据传输和协作。

在C语言中，创建管道需要使用pipe系统调用，并且通过fork系统调用创建子进程。父子进程可以使用管道进行通信，并传递数据。

2. 管道的类型

在C语言中，管道通常分为两种类型：匿名管道和命名管道。

2.1 匿名管道

匿名管道是最常见的管道类型，它由pipe系统调用创建，只能在有亲缘关系的进程之间使用。匿名管道只能用于父子进程之间的通信，无法用于无关进程之间的通信。

2.2 命名管道

命名管道也称为FIFO（First-In-First-Out），它是一种特殊类型的文件，可以让无关的进程之间进行通信。命名管道在文件系统中以文件的形式存在，可以用mkfifo函数创建。命名管道适用于无关进程之间的通信，而匿名管道只适用于父子进程之间的通信。

3. 使用匿名管道进行进程通信

下面我们将通过一个简单的示例来演示如何使用匿名管道进行父子进程之间的通信。在这个示例中，父进程向子进程传递一个字符串，并且子进程将这个字符串全部转换为大写字母后返回给父进程。

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

#define BUFFER_SIZE 1024

int main() {
    int pipefd[2];
    pid_t pid;
    char buf[BUFFER_SIZE];

    if (pipe(pipefd) == -1) {
        perror("pipe");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    pid = fork();

    if (pid == -1) {
        perror("fork");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    if (pid == 0) {  // 子进程
        close(pipefd[1]);  // 关闭写端

        read(pipefd[0], buf, BUFFER_SIZE);
        for (int i = 0; i < strlen(buf); i++) {
            buf[i] = toupper(buf[i]);
        }
        printf("子进程收到数据并转换为大写字母: %s\n", buf);

        close(pipefd[0]);
        exit(EXIT_SUCCESS);
    } else {  // 父进程
        close(pipefd[0]);  // 关闭读端

        char input[BUFFER_SIZE];
        printf("请输入一个字符串：");
        fgets(input, BUFFER_SIZE, stdin);

        write(pipefd[1], input, strlen(input)+1);
        close(pipefd[1]);

        wait(NULL);  // 等待子进程结束
    }

    return 0;
}

运行结果：

请输入一个字符串：hello world
子进程收到数据并转换为大写字母: HELLO WORLD

在这个示例中，父进程通过管道向子进程发送了一个字符串，并等待子进程将字符串中的字母全部转换为大写字母后返回。子进程接收到字符串后，将每个字符都转换为大写字母，然后返回给父进程。

4. 使用命名管道进行进程通信

下面我们将通过一个简单的示例来演示如何使用命名管道进行无关进程之间的通信。在这个示例中，一个进程写入一个数字到命名管道中，另一个进程从命名管道中读取这个数字并进行平方计算后输出。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>

#define FIFO_FILE "myfifo"

int main() {
    int fd;
    char buf[256];
    int number;

    mkfifo(FIFO_FILE, 0666);

    printf("等待写入...\n");
    fd = open(FIFO_FILE, O_RDONLY);
    read(fd, &number, sizeof(number));
    close(fd);

    printf("读取到的数字为：%d\n", number);
    int square = number * number;
    printf("%d 的平方为：%d\n", number, square);

    return 0;
}

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>

#define FIFO_FILE "myfifo"

int main() {
    int fd;
    int number;

    printf("请输入一个数字：");
    scanf("%d", &number);

    fd = open(FIFO_FILE, O_WRONLY);
    write(fd, &number, sizeof(number));
    close(fd);

    return 0;
}

运行结果：

父进程：

等待写入...
读取到的数字为：10
10 的平方为：100

子进程：

请输入一个数字：10

在这个示例中，父进程通过命名管道向子进程发送了一个数字，子进程读取到数字后计算其平方并输出。命名管道适用于无关进程之间的通信，可以通过在文件系统中创建一个FIFO文件来实现进程间的数据传输。

结语

管道在C语言中是一种非常有用的进程通信机制，能够方便地实现进程间的数据传递和协作。通过匿名管道和命名管道，不同类型的进程可以实现不同形式的通信，从而实现更加复杂的任务协作和数据传输。在实际编程中，合理使用管道可以提高程序的效率和可靠性，是C语言中不可或缺的一部分。

管道（Pipe）在C语言中的应用