linux里面的过滤符号 | 是如何实现的

ls -l | grep ".txt" 的实现过程涉及无名管道的创建、进程的创建（fork()）以及输入输出的重定向（dup2()）。以下是详细的实现步骤和代码示例：

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实现步骤

1. 创建无名管道：

   • 使用pipe()系统调用创建一个无名管道，管道会返回两个文件描述符：pipefd[0]（读端）和pipefd[1]（写端）。

2. 创建子进程：

   • 使用fork()创建子进程。父进程和子进程会共享管道的文件描述符。

3. 重定向输入输出：

   • 在父进程中：

     • 关闭管道的读端（pipefd[0]）。

     • 将标准输出（STDOUT_FILENO）重定向到管道的写端（pipefd[1]）。

     • 执行ls -l命令，其输出会写入管道。

   • 在子进程中：

     • 关闭管道的写端（pipefd[1]）。

     • 将标准输入（STDIN_FILENO）重定向到管道的读端（pipefd[0]）。

     • 执行grep ".txt"命令，其输入会从管道读取。

4. 等待子进程完成：

   • 父进程使用wait()等待子进程结束。

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代码实现

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>

int main() {
    int pipefd[2]; // 用于存储管道的文件描述符
    pid_t pid;

    // 创建无名管道
    if (pipe(pipefd) == -1) {
        perror("pipe");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 创建子进程
    pid = fork();
    if (pid == -1) {
        perror("fork");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    if (pid == 0) { // 子进程：执行 grep ".txt"
        // 关闭管道的写端
        close(pipefd[1]);

        // 将标准输入重定向到管道的读端
        if (dup2(pipefd[0], STDIN_FILENO) == -1) {
            perror("dup2");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }

        // 关闭管道的读端（已经重定向，不再需要）
        close(pipefd[0]);

        // 执行 grep ".txt"
        execlp("grep", "grep", ".txt", NULL);
        perror("execlp"); // 如果 execlp 失败
        exit(EXIT_FAILURE);
    } else { // 父进程：执行 ls -l
        // 关闭管道的读端
        close(pipefd[0]);

        // 将标准输出重定向到管道的写端
        if (dup2(pipefd[1], STDOUT_FILENO) == -1) {
            perror("dup2");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }

        // 关闭管道的写端（已经重定向，不再需要）
        close(pipefd[1]);

        // 执行 ls -l
        execlp("ls", "ls", "-l", NULL);
        perror("execlp"); // 如果 execlp 失败
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 父进程等待子进程结束
    wait(NULL);
    return 0;
}

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代码说明

1. pipe(pipefd)：

   • 创建一个无名管道，pipefd[0]是读端，pipefd[1]是写端。

2. fork()：

   • 创建子进程。父进程和子进程会同时运行，但通过if (pid == 0)区分逻辑。

3. dup2(pipefd[1], STDOUT_FILENO)：

   • 将标准输出重定向到管道的写端，使得ls -l的输出写入管道。

4. dup2(pipefd[0], STDIN_FILENO)：

   • 将标准输入重定向到管道的读端，使得grep ".txt"从管道读取输入。

5. execlp()：

   • 替换当前进程的映像，执行指定的命令（如ls -l或grep ".txt"）。

6. wait(NULL)：

   • 父进程等待子进程结束，避免僵尸进程。

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运行结果

运行该程序后，会输出当前目录下所有包含.txt的文件列表，效果与直接在终端运行ls -l | grep ".txt"相同。

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总结

通过无名管道和进程间通信，我们可以实现类似Shell管道的功能。无名管道的核心在于：

• 父子进程共享文件描述符。

• 通过dup2()重定向输入输出。

• 使用execlp()执行命令。