常見的操作是創建一個管道連接到另一個進程，然后讀其輸出或向其輸入端發送數據，為此，標准I/O庫提供了兩個函數popen和pclose。這兩個函數實現的操作是：創建一個管道，調用fork產生一個子進程，關閉管道的不使用端，執行一個shell以運行命令，然后等待命令終止。
#include <stdio.h> FILE *popen(const char *cmdstring, const char *type); 返回值：若成功則返回文件指針，若出錯則返回NULL int pclose(FILE *fp); 返回值：cmdstring的終止狀態，若出錯則返回-1
函數popen先執行fork，然后調用exec以執行cmdstring，並且返回一個標准I/O文件指針。如果type是“r”，則文件指針連接到cmdstring的標准輸出（見圖15-5）。
fp相當於管道的fd[0], stdout相當於管道的fd[1].
圖15-5 執行fp = popen（cmdstring， “r”）函數的結果
如果type是“w”，則文件指針連接到cmdstring的標准輸入（見圖15-6）。
fp相當於管道的fd[1], stdin相當於管道的fd[0].
圖15-6 執行fp = popen（cmdstring， “w”）函數的結果
pclose函數關閉標准I/O流，等待命令執行結束，然后返回shell的終止狀態。（我們曾在http://www.cnblogs.com/nufangrensheng/p/3510101.html對終止狀態進行過說明，system函數（http://www.cnblogs.com/nufangrensheng/p/3512291.html）也返回終止狀態。）如果shell不能被執行，則pclose返回的終止狀態與shell已執行exit（127）一樣。
cmdstring由Bourne shell以下列方式執行：
sh -c cmdstring
這表示shell將擴展cmdstring中的任何特殊字符。 例如，可以使用：
fp = popen("ls *.c", "r"); 或者 fp = popen("cmd 2>&1", "r");
實例
程序清單15-4 用popen向分頁程序傳送文件
#include "apue.h" #include <sys/wait.h> #define PAGER "${PAGER:-more}" /* environment variable, or default */ int main(int argc, char *argv[]) { char line[MAXLINE]; FILE *fpin, *fpout; if(argc != 2) err_quit("usage: a.out <pathname>"); if((fpin = fopen(argv[1], "r")) == NULL) err_sys("can't open %s", argv[1]); if((fpout = popen(PAGER, "w")) == NULL) err_sys("popen error"); /* copy argv[1] to pager */ while(fgets(line, MAXLINE, fpin) != NULL) { if(fputs(line, fpout) == EOF) err_sys("fputs error to pipe"); } if(ferror(fpin)) err_sys("fgets error"); if(pclose(fpout) == -1) err_sys("pclose error"); exit(0); }
使用popen減少了需要編寫的代碼量。
shell命令${PAGER:-more}的意思是：如果shell變量PAGER已經定義，且其值非空，則使用其值，否則使用字符串more。
實例：popen和pclose函數
程序清單15-5是我們編寫的popen和pclose版本。
程序清單15-5 popen和pclose函數
#include "apue.h" #include <errno.h> #include <fcntl.h> #include <sys/wait.h> /* * Pointer to array allocated at run-time. */ static pid_t *childpid = NULL; /* * From our open_max(), open_max（）函數見http://www.cnblogs.com/nufangrensheng/p/3496323.html中的程序清單2-4。 */ static int maxfd; FILE * popen(const char *cmdstring, const char *type) { int i; int pfd[2]; pid_t pid; FILE *fp; /* only allow "r" or "w" */ if((type[0] != 'r' && type[0] != 'w') || type[1] != 0) { errno = EINVAL; /* required by POSIX */ return(NULL); } if(childpid == NULL) /* first time through */ { /* allocate zerod out array for child pids */ maxfd = open_max(); if((childpid = calloc(maxfd, sizeof(pid_t))) == NULL) return(NULL); } if(pipe(pfd) < 0) return(NULL); /* errno set by pipe() */ if((pid = fork()) < 0) { return(NULL); /* error set by fork() */ } else if(pid == 0) { if(*type == 'r') { close(pfd[0]); if(pfd[1] != STDOUT_FILENO) { dup2(pfd[1], STDOUT_FILENO); close(pfd[1]); } } else { close(pfd[1]); if(pfd[0] != STDIN_FILENO) { dup2(pfd[0], STDIN_FILENO); close(pfd[0]); } } /* close all descriptors in childpid[] */ for(i=0; i < maxfd; i++) if(childpid[i] > 0) close(i); execl("/bin/sh", "sh", "-c", cmdstring, (char *)0); _exit(127); } /* parent continues... */ if(*type == 'r') { close(pfd[1]); if((fp = fdopen(pfd[0], type)) == NULL) return(NULL); } else { close(pfd[0]); if((fp = fdopen(pfd[1], type)) == NULL) return(NULL); } childpid[fileno(fp)] = pid; /* remeber child pid for this fd */ return(fp); } int pclose(FILE *fp) { int fd, stat; pid_t pid; if(childpid == NULL) { errno = EINVAL; return(-1); /* popen() has never been called */ } fd = fileno(fp); if((pid = childpid[fd]) = 0) { errno = EINVAL; return(-1); /* fp wasn't opened by popen() */ } childpid[fd] = 0; if(fclose(fp) == EOF) return(-1); while(waitpid(pid, &stat, 0) < 0) if(errno != EINTR) return(-1); /* error other than EINTR from waitpid() */ return(stat); /* return child's termination status */ }
這里有許多需要考慮的細節：首先，每次調用popen時，應當記住所創建的子進程的進程ID，以及其文件描述符或FILE指針。我們選擇在數組childpid中保存子進程ID，並用文件描述符作為其下標。於是，當以FILE指針作為參數調用pclose時，我們調用標准I/O函數fileno得到文件描述符，然后取得子進程ID，並用其作為參數調用waitpid。因為一個進程可能調用popen多次，所以在動態分配childpid數組時（第一次調用popen時），其數組長度應當是最大文件描述符數，於是該數組中可以存放與最大文件描述符數相同的子進程。
POSIX.1要求子進程 關閉在之前調用popen時打開且當前仍舊打開的所有I/O流。為此，在子進程中從頭逐個檢查childpid數組的各元素，關閉仍舊打開的任何描述符。
若pclose的調用者已經為信號SIGCHLD設置了一個信號處理程序，則pclose中的waitpid調用將返回一個EINTR。因為允許調用者捕捉此信號（或者任何其他可能中斷waitpid調用的信號），所以當waitpid被一個捕捉到的信號中斷時，我們只是再次調用waitpid。
注意，如果應用程序調用waitpid，並且獲得popen所創建的子進程的終止狀態，則在應用程序調用pclose時，其中將調用waitpid，它發現子進程已不再存在，此時返回-1，errno被設置為ECHILD。
注意，popen絕不應由設置用戶ID或設置用戶組ID程序調用。當它執行命令時，popen等同於：
execl("/bin/sh", "sh", "-c", command, NULL);
它在從調用者繼承的環境中執行shell，並由shell解釋執行command。一個心懷不軌的用戶可以操縱這種環境，使得shell能以設置ID文件模式所授予的提升了的權限以及非預期的方式執行命令。
popen特別適用於構造簡單的過濾器程序，它變換運行命令的輸入或輸出。當命令希望構造它自己的管道線時，就是這種情形。
實例
考慮一個應用程序，它向標准輸出寫一個提示，然后從標准輸入讀1行。使用popen，可以在應用程序和輸入之間插入一個程序以便對輸入進行變換處理。圖15-7顯示了為此做的進程安排。
圖15-7 用popen對輸入進行變換處理
對輸入進行的變化可能是路徑名擴充，或者是提供一種歷史機制（記住以前輸入的命令）。
程序清單15-6是一個簡單的過濾程序，它只是將標准輸入復制到標准輸出，在復制時，將所有大寫字符變換為小寫字符。在寫了一行以后，對標准輸出進行了沖洗（用fflush），其理由可參考進程間通信之協同進程。
程序清單15-6 將大寫字符轉換成小寫字符的過濾程序
#include "apue.h" #include <ctype.h> int main(void) { int c; while((c = getchar()) != EOF) { if(isupper(c)) c = tolower(c); if(putchar(c) == EOF) err_sys("output error"); if(c == '\n') fflush(stdout); } exit(0); }
對該過濾程序進行編譯，其可執行目標代碼放在文件myuclc中（也就是編譯后的可執行文件名為myuclc），然后在程序清單15-7中用popen調用它們。
程序清單15-7 調用大寫/小寫過濾程序以讀取命令
#include "apue.h" #include <sys/wait.h> int main(void) { char line[MAXLINE]; FILE *fpin; if((fpin = popen("/home/zhu/apue/myuclc", "r")) == NULL) err_sys("popen error"); for(;;) { fputs("prompt> ", stdout); fflush(stdout); if(fgets(line, MAXLINE, fpin) == NULL) /* read from pipe */ break; if(fputs(line, stdout) == EOF) err_sys("fputs error to pipe"); } if(pclose(fpin) == -1) err_sys("pclose error"); putchar('\n'); exit(0); }
因為標准輸出通常是行緩沖的，而提示符並不包括換行符，所以在寫了提示之后，需要調用fflush。
本篇博文內容摘自《UNIX環境高級編程》（第二版），僅作個人學習記錄所用。關於本書可參考：http://www.apuebook.com/。