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Windows管道(Pipe)重定向stdout,stderr,stdin

2014-03-09 05:33 ⁄ 工业·编程 ⁄ 共 8791字 ⁄ 字号 小 中 大 ⁄ 暂无评论
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    stdin是标准输入，stdout是标准输出，stderr是标准错误输出。大多数的命令行程序从stdin输入，输出到stdout或stderr，有时我们需要重定向stdout,stderr,stdin。比如：将输出写入文件，又或者我们要将命令行程序输出结果显示到Windows对话框中。

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----命名管道(Named Pipes)通信学习

    在Windows编程中，重定向需要用到管道(Pipe)的概念。管道是一种用于在进程间共享数据的机制。一个管道类似于一个管子的两端，一端是写入的，一端是读出的。由一个进程从写入端写入、另一个进程从读出端读出，从而实现通信，就向一个“管道”一样。

重定向的原理是：

首先声明两个概念：主程序(重定向的操纵者)、子进程(被重定向的子进程)

如果要重定位stdout的话，先生成一个管道， 管道的写入端交给子进程去写，主程序从管道的读出端读数据，然后可以把数据写成文件、显示等等。重定向stderr和stdout是相同的。

同理，要重定向stdin的话，生成一个管道， 管道的写入端由主程序写，子进程从管道的读出端读数据。

其中需要用到几个Windows API :  CreatePipe, DuplicateHandle, CreateProcess, ReadFile, WriteFile 等，函数详解可参见MSDN.

一、编程实现原理 ( C语言)

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#include <windows.h> 
 
  //定义句柄: 构成stdin管道的两端句柄 
  HANDLE  hStdInRead;         //子进程用的stdin的读入端 
  HANDLE  hStdInWrite;        //主程序用的stdin的读入端 
 
  //定义句柄: 构成stdout管道的两端句柄 
  HANDLE  hStdOutRead;     ///主程序用的stdout的读入端 
  HANDLE  hStdOutWrite;    ///子进程用的stdout的写入端 
 
  //定义句柄: 构成stderr管道的句柄，由于stderr一般等于stdout,我们没有定义hStdErrRead，直接用hStdOutRead即可 
  HANDLE  hStdErrWrite;       ///子进程用的stderr的写入端 
 
  //定义一个用于产生子进程的STARTUPINFO结构体 （定义见CreateProcess,函数说明） 
  STARTUPINFO siStartInfo; 
  //定义一个用于产生子进程的PROCESS_INFORMATION结构体 （定义见CreateProcess,函数说明） 
  PROCESS_INFORMATION piProcInfo; 
 
 
  //产生一个用于stdin的管道，得到两个HANDLE:  hStdInRead用于子进程读出数据，hStdInWrite用于主程序写入数据 
  //其中saAttr是一个STARTUPINFO结构体，定义见CreatePipe函数说明 
  if   (!CreatePipe(&hStdInRead, &hStdInWrite,&saAttr, 0)) 
          return; 
 
  //产生一个用于stdout的管道，得到两个HANDLE:  hStdInRead用于主程序读出数据，hStdInWrite用于子程序写入数据 
  if  (!CreatePipe(&hStdOutRead, &hStdOutWrite,&saAttr, 0)) 
        return; 
  //由于stderr一般就是stdout, 直接复制句柄hStdOutWrite，得到 hStdErrWrite 
   if (!DuplicateHandle(GetCurrentProcess(), hStdOutWrite, GetCurrentProcess(), &hStdErrWrite, 0, TRUE, DUPLICATE_SAME_ACCESS)) 
      return; 
 
  //对STARTUPINFO结构体赋值，对stdin,stdout,stderr的Handle设置为刚才得到的管道HANDLE 
  ZeroMemory( &siStartInfo, sizeof(STARTUPINFO) ); 
  siStartInfo.cb = sizeof(STARTUPINFO); 
  siStartInfo.dwFlags  |= STARTF_USESHOWWINDOW; 
  siStartInfo.dwFlags  |= STARTF_USESTDHANDLES; 
  siStartInfo.hStdOutput = hStdOutWrite;     //意思是：子进程的stdout输出到hStdOutWrite 
  siStartInfo.hStdError  =  hStdErrWrite;        //意思是：子进程的stderr输出到hStdErrWrite 
  siStartInfo.hStdInput  = hStdInRead; 
 
  // 产生子进程，具体参数说明见CreateProcess函数 
  bSuccess = CreateProcess(NULL, 
      CommandLine,    // 子进程的命令行 
      NULL,                   // process security attributes 
      NULL,                   // primary thread security attributes 
      TRUE,                   // handles are inherited 
      0,                          // creation flags 
      NULL,                  // use parent's environment 
      NULL,                  // use parent's current directory 
      &siStartInfo,      // STARTUPINFO pointer 
      &piProcInfo);     // receives PROCESS_INFORMATION 
 
   //如果失败，退出 
   if (!bSuccess ) return; 
 
    //然后，就可以读写管道了 
    //写入stdin，具体代码在一个WriteToPipe函数中 
    WriteToPipe(); 
 
   //不断子检测进程有否结束 
    while (GetExitCodeProcess(piProcInfo.hProcess,&process_exit_code)) 
        { 
            //读stdout,stderr 
           ReadFromPipe(); 
           //如果子进程结束，退出循环 
           if (process_exit_code!=STILL_ACTIVE) break; 
        } 
[html] view plaincopy
#include <windows.h> 
 
  //定义句柄: 构成stdin管道的两端句柄 
  HANDLE  hStdInRead;         //子进程用的stdin的读入端 
  HANDLE  hStdInWrite;        //主程序用的stdin的读入端 
 
  //定义句柄: 构成stdout管道的两端句柄 
  HANDLE  hStdOutRead;     ///主程序用的stdout的读入端 
  HANDLE  hStdOutWrite;    ///子进程用的stdout的写入端 
 
  //定义句柄: 构成stderr管道的句柄，由于stderr一般等于stdout,我们没有定义hStdErrRead，直接用hStdOutRead即可 
  HANDLE  hStdErrWrite;       ///子进程用的stderr的写入端 
 
  //定义一个用于产生子进程的STARTUPINFO结构体 （定义见CreateProcess,函数说明） 
  STARTUPINFO siStartInfo; 
  //定义一个用于产生子进程的PROCESS_INFORMATION结构体 （定义见CreateProcess,函数说明） 
  PROCESS_INFORMATION piProcInfo; 
 
 
  //产生一个用于stdin的管道，得到两个HANDLE:  hStdInRead用于子进程读出数据，hStdInWrite用于主程序写入数据 
  //其中saAttr是一个STARTUPINFO结构体，定义见CreatePipe函数说明 
  if   (!CreatePipe(&hStdInRead, &hStdInWrite,&saAttr, 0)) 
          return; 
 
  //产生一个用于stdout的管道，得到两个HANDLE:  hStdInRead用于主程序读出数据，hStdInWrite用于子程序写入数据 
  if  (!CreatePipe(&hStdOutRead, &hStdOutWrite,&saAttr, 0)) 
        return; 
  //由于stderr一般就是stdout, 直接复制句柄hStdOutWrite，得到 hStdErrWrite 
   if (!DuplicateHandle(GetCurrentProcess(), hStdOutWrite, GetCurrentProcess(), &hStdErrWrite, 0, TRUE, DUPLICATE_SAME_ACCESS)) 
      return; 
 
  //对STARTUPINFO结构体赋值，对stdin,stdout,stderr的Handle设置为刚才得到的管道HANDLE 
  ZeroMemory( &siStartInfo, sizeof(STARTUPINFO) ); 
  siStartInfo.cb = sizeof(STARTUPINFO); 
  siStartInfo.dwFlags  |= STARTF_USESHOWWINDOW; 
  siStartInfo.dwFlags  |= STARTF_USESTDHANDLES; 
  siStartInfo.hStdOutput = hStdOutWrite;     //意思是：子进程的stdout输出到hStdOutWrite 
  siStartInfo.hStdError  =  hStdErrWrite;        //意思是：子进程的stderr输出到hStdErrWrite 
  siStartInfo.hStdInput  = hStdInRead; 
 
  // 产生子进程，具体参数说明见CreateProcess函数 
  bSuccess = CreateProcess(NULL, 
      CommandLine,    // 子进程的命令行 
      NULL,                   // process security attributes 
      NULL,                   // primary thread security attributes 
      TRUE,                   // handles are inherited 
      0,                          // creation flags 
      NULL,                  // use parent's environment 
      NULL,                  // use parent's current directory 
      &siStartInfo,      // STARTUPINFO pointer 
      &piProcInfo);     // receives PROCESS_INFORMATION 
 
   //如果失败，退出 
   if (!bSuccess ) return; 
 
    //然后，就可以读写管道了 
    //写入stdin，具体代码在一个WriteToPipe函数中 
    WriteToPipe(); 
 
   //不断子检测进程有否结束 
    while (GetExitCodeProcess(piProcInfo.hProcess,&process_exit_code)) 
        { 
            //读stdout,stderr 
           ReadFromPipe(); 
           //如果子进程结束，退出循环 
           if (process_exit_code!=STILL_ACTIVE) break; 
        } 

 
具体看一下WriteToPipe(), ReadFromPipe函数:

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//写入stdin 
BOOL WriteToPipe() 
{ 
  DWORD dwWritten; 
  BOOL bSuccess = FALSE; 
   
//用WriteFile，从hStdInWrite写入数据，数据在in_buffer中，长度为dwSize 
  bSuccess = WriteFile( hStdInWrite, in_buffer, dwSize, &dwWritten, NULL); 
  return bSuccess; 
} 
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//写入stdin 
BOOL WriteToPipe() 
{ 
  DWORD dwWritten; 
  BOOL bSuccess = FALSE; 
   
//用WriteFile，从hStdInWrite写入数据，数据在in_buffer中，长度为dwSize 
  bSuccess = WriteFile( hStdInWrite, in_buffer, dwSize, &dwWritten, NULL); 
  return bSuccess; 
} 
 

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// 读出stdout 
BOOL ReadFromPipe() 
{ 
  char out_buffer[4096]; 
  DWORD dwRead;   
  BOOL bSuccess = FALSE; 
 
   //用WriteFile，从hStdOutRead读出子进程stdout输出的数据，数据结果在out_buffer中，长度为dwRead 
   bSuccess = ReadFile( hStdOutRead, out_buffer, BUFSIZE, &dwRead, NULL); 
   if ((bSuccess) && (dwRead!=0))  //如果成功了，且长度>0 
             { 
                   // 此处加入你自己的代码 
                   // 比如：将数据写入文件或显示到窗口中 
             } 
  return bSuccess; 
} 
[html] view plaincopy
// 读出stdout 
BOOL ReadFromPipe() 
{ 
  char out_buffer[4096]; 
  DWORD dwRead;   
  BOOL bSuccess = FALSE; 
 
   //用WriteFile，从hStdOutRead读出子进程stdout输出的数据，数据结果在out_buffer中，长度为dwRead 
   bSuccess = ReadFile( hStdOutRead, out_buffer, BUFSIZE, &dwRead, NULL); 
   if ((bSuccess) && (dwRead!=0))  //如果成功了，且长度>0 
             { 
                   // 此处加入你自己的代码 
                   // 比如：将数据写入文件或显示到窗口中 
             } 
  return bSuccess; 
} 

OK，到此原理写完了。为简化说明原理，上述代码省略了出错处理、结束处理(如:CloseHandle等)，具体可以参见我的源码。

二、封装、实用的代码

上述过程有些麻烦，实际使用中，我封装成几个函数:

首先定义三个回调函数 (就是函数指针类型)

//当stdin输入时，调用此函数。将要写的数据写入buf中，*p_size写为数据长度即可。
typedef void FuncIn(char *buf,int *p_size);

//当stdout,stderr输出时，调用此函数。可读取的数据在buf中，数据长度为size。
typedef void FuncOut(char *buf,int size);

//当子进程持续过程中，周期性调用此函数，设置p_abort可中断子进程。
typedef void FuncProcessing(int *p_abort);

然后定义了四个函数

//执行一个命令行，重定向stdin, stdout,stderr。
//OnStdOut是回调函数指针，当有输出时，OnStdOut被调用。
//OnStdIn是回调函数指针，当输入时，OnStdIn被调用。
int ExecCommandEx(char *szCommandLine,char *CurrentDirectory,char *Environment,unsigned short ShowWindow,
              FuncOut *OnStdOut,FuncProcessing *OnProcessing,FuncIn *OnStdIn);

//执行一个命令行，重定向stdout,stderr。
//OnLineOut是回调函数指针，当有一行输出时，OnLineOut被调用。
int ExecCommandOutput(char *szCommandLine,char *Environment,unsigned short ShowWindow,
                       FuncOut *OnLineOut,FuncProcessing *OnProcessing);

//执行一个命令行，等待子进程结束，返回子进程的程序退出代码。不处理重定向。
int ExecCommandWait(char *szCommandLine,unsigned short ShowWindow,FuncProcessing *OnProcessing);

//执行一个命令行，不等待子进程结束，即返回。不处理重定向。功能相当于 Windows API  WinExec.
int ExecCommandNoWait(char *szCommandLine,unsigned short ShowWindow);

还定义了一个存储数据的EXEC_INFO结构体及操作它的函数。

全部代码为C语言，在JExecution.c, JExecution.h两个文件中。只用到了Windows API，没有用MFC及其他库。

三、使用方法

有了JExecution.c，使用就很方便了。比如：

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#include <stdio.h> 
#include <windows.h> 
#include "JExecution.h" 
 
//定义一个处理输出的回调函数 
void OnLineOut(char *buf,int size) 
{ 
   printf("%s\n", buf); 
} 
 
 
int main(int argc, char* argv[]) 
{ 
  int n; 
  char *command; 
 
  command = "cmd.exe  /r dir/w ";   //这个命令的意思就是调用DOS，执行dir命令，显示当前目前下的文件 
  n=ExecCommandOutput(command,NULL,SW_HIDE,OnLineOut,NULL); 
  printf("<Return:>%d",n); 
} 
[html] view plaincopy
#include <stdio.h> 
#include <windows.h> 
#include "JExecution.h" 
 
//定义一个处理输出的回调函数 
void OnLineOut(char *buf,int size) 
{ 
   printf("%s\n", buf); 
} 
 
 
int main(int argc, char* argv[]) 
{ 
  int n; 
  char *command; 
 
  command = "cmd.exe  /r dir/w ";   //这个命令的意思就是调用DOS，执行dir命令，显示当前目前下的文件 
  n=ExecCommandOutput(command,NULL,SW_HIDE,OnLineOut,NULL); 
  printf("<Return:>%d",n); 
} 

 

我用C++ Builder 6写了一个示范程序。示范将stdout重定向，输出到窗口中。

四、小结

Windows管道虽然有些麻烦，却可以产生好的效果。

比如：我们常用的IDE就是把调用命令行的编译程序，将其stdout重定向，将结果信息显示在窗口中。
又比如，我们把上述的程序改一下，把dir命令的结果通过网络发送出去，嗯，Hacker.

作者：JoStudio

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