13.4　pipe调用

在看过高级的popen函数之后，我们再来看看底层的pipe函数。通过这个函数在两个程序之间传递数据不需要启动一个shell来解释请求的命令。它同时还提供了对读写数据的更多控制。

pipe函数的原型如下所示：

pipe函数的参数是一个由两个整数类型的文件描述符组成的数组的指针。该函数在数组中填上两个新的文件描述符后返回0，如果失败则返回-1并设置errno来表明失败的原因。在Linux手册页（手册的第二部分）中定义了下面一些错误。

❑　EMFILE：进程使用的文件描述符过多。

❑　ENFILE：系统的文件表已满。

❑　EFAULT：文件描述符无效。

两个返回的文件描述符以一种特殊的方式连接起来。写到file_descriptor[1]的所有数据都可以从file_descriptor[0]读回来。数据基于先进先出的原则（通常简写为FIFO）进行处理，这意味着如果你把字节1，2，3写到file_descriptor[1]，从file_descriptor[0]读取到的数据也会是1，2，3。这与栈的处理方式不同，栈采用后进先出的原则，通常简写为LIFO。

特别要注意，这里使用的是文件描述符而不是文件流，所以我们必须用底层的read和write调用来访问数据，而不是用文件流库函数fread和fwrite。

下面的程序pipe1.c用pipe函数来创建一个管道。

实　验　pipe函数

注意file_pipes数组的用法，它的地址被当作参数传递给pipe函数。

运行这个程序时，输出结果如下所示：

实验解析

这个程序用数组file_pipes[]中的两个文件描述符创建一个管道。然后它用文件描述符file_pipes[1]向管道中写数据，再从file_pipes[0]读回数据。注意，管道有一些内置的缓存区，它在write和read调用之间保存数据。

如果你尝试用file_descriptor[0]写数据或用file_descriptor[1]读数据，其后果并未在文档中明确定义，所以其行为可能会非常奇怪，并且随着系统的不同，其行为可能会发生变化。在我的系统上，这样的调用将失败并返回-1，这至少能够说明这种错误比较容易发现。

乍看起来，这个使用管道的例子并无特别之处，它做的工作也可以用一个简单的文件完成。管道的真正优势体现在，当你想在两个进程之间传递数据的时候。我们在第12章讲过，当程序用fork调用创建新进程时，原先打开的文件描述符仍将保持打开状态。如果在原先的进程中创建一个管道，然后再调用fork创建新进程，我们即可通过管道在两个进程之间传递数据。

实　验　跨越fork调用的管道

（1）下面这个程序pipe2.c的开始部分（在调用fork之前的部分）和第一个例子非常相似。

（2）在确认fork调用成功后，如果fork_result等于零，就说明我们是在子进程中，如下所示：

（3）否则，我们肯定是在父进程中，如下所示：

运行这个程序时，输出结果和前例一样：

你可能会在实际运行这个程序的时候发现，命令提示符在输出结果的最后一行之前出现，为了便于阅读，我们在这里对输出结果进行了调整。

实验解析

这个程序首先用pipe调用创建一个管道，接着用fork调用创建一个新进程。如果fork调用成功，父进程就写数据到管道中，而子进程从管道中读取数据。父子进程都在只调用了一次write或read之后就退出。如果父进程在子进程之前退出，你就会在两部分输出内容之间看到shell提示符。

虽然从表面上看，这个程序和第一个使用管道的例子很相似，但实际上在这个例子中我们往前跨出了一大步，我们可以在不同的进程之间进行读写操作了，如图13-2所示。

图　13-2