在 C 语言中，管道是一种用于进程间通信的机制，它允许一个进程与另一个进程之间传递数据。以下是与管道相关的主要函数及其用法，包括 pipe、popen、pclose 和 dup2 函数。

1. pipe 函数

pipe 函数用于创建一个无名管道。无名管道是单向的，可以在父子进程之间传递数据。

函数原型
    int pipe(int pipefd[2]);
参数说明
    pipefd：一个包含两个整数的数组。pipefd[0] 是管道的读取端，pipefd[1] 是管道的写入端。
返回值
    成功时返回 0，失败时返回 -1，并设置 errno。

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

int main() {
    int pipefd[2];
    char buffer[128];

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

    // 向管道写入数据
    write(pipefd[1], "Hello, world!\n", 14);

    // 从管道读取数据
    read(pipefd[0], buffer, sizeof(buffer));
    printf("Read from pipe: %s", buffer);

    // 关闭管道
    close(pipefd[0]);
    close(pipefd[1]);

    return 0;
}

2. popen 和 pclose 函数

popen 和 pclose 函数用于打开一个管道，执行一个命令，并捕获命令的输出或为命令提供输入。

popen 函数原型
    FILE *popen(const char *command, const char *type);
参数说明
    command：要执行的命令。
    type：指定管道的操作模式，"r" 用于读取命令输出，"w" 用于向命令写入数据。

pclose 函数原型
    int pclose(FILE *stream);

示例代码：

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

int main() {
    char buffer[128];
    FILE *pipe = popen("ls -l", "r");
    if (!pipe) {
        perror("popen");
        return 1;
    }

    // 读取命令的输出
    while (fgets(buffer, sizeof(buffer), pipe) != NULL) {
        printf("%s", buffer);
    }

    // 关闭管道
    int ret = pclose(pipe);
    if (ret == -1) {
        perror("pclose");
        return 1;
    }

    printf("Command exited with status %d\n", WEXITSTATUS(ret));
    return 0;
}

3. dup2 函数

dup2 函数用于将一个文件描述符复制到另一个文件描述符上，可以重定向标准输入或标准输出。

函数原型
    int dup2(int oldfd, int newfd);
参数说明
    oldfd：要复制的文件描述符。
    newfd：要将 oldfd 复制到的文件描述符。

示例

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>

int main() {
    int fd = open("output.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0644);
    if (fd == -1) {
        perror("open");
        return 1;
    }

    // 将标准输出重定向到文件
    dup2(fd, STDOUT_FILENO);

    // 此时 printf 的输出将被写入到 output.txt 中
    printf("This text is written to output.txt\n");

    close(fd);
    return 0;
}

4. pipe 和 fork 结合使用

pipe 和 fork 函数可以结合使用来创建父子进程之间的通信。例如，父进程可以向管道写入数据，而子进程可以从管道读取数据。

示例

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

int main() {
    int pipefd[2];
    char buffer[128];
    pid_t pid;

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

    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 read: %s", buffer);
        close(pipefd[0]);
    } else {  // 父进程
        close(pipefd[0]);  // 关闭读端
        write(pipefd[1], "Hello from parent!\n", 19);
        close(pipefd[1]);
    }

    return 0;
}

总结

这些函数提供了在 C 语言中进行进程间通信的强大工具，尤其是对于需要父子进程协同工作的应用场景。这些函数在实际开发中非常有用，例如处理数据流、执行系统命令并捕获输出等。