🚀 深入理解命名管道（FIFO）及其C++實現

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一、命名管道核心特性

1.1 🧩 基本概念

命名管道（FIFO）是一種特殊的文件類型，具有以下特點：

• 跨進程通信：允許無親緣關系進程通信 🌐
• 文件系統可見：通過mkfifo創建實體文件 📂
• 雙工限制：需分別以讀/寫模式打開文件描述符 🔄
• 阻塞特性：打開操作會阻塞直到另一端就緒 ?

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二、💻 代碼實現解析

2.1 📁 公共頭文件（common.hpp）

#pragma once
#include <iostream>
#include <string>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>#define FIFO_FILE "./myfifo"  // 🚪 管道文件路徑
#define MODE 0664             // 🔒 權限模式enum {FIFO_CREATE_ERR = 1,     // 🛠? 創建錯誤FIFO_DELETE_ERR = 2,     // 🗑? 刪除錯誤FIFO_OPEN_ERROR = 3      // 🔓 打開錯誤
};class Init {  // 🔄 RAII管理管道生命周期
public:Init() {int n = mkfifo(FIFO_FILE, MODE);if(n == -1) {perror("? mkfifo");exit(FIFO_CREATE_ERR);}}~Init() {int m = unlink(FIFO_FILE);if(m == -1) {perror("? unlink");exit(FIFO_DELETE_ERR);}}
};

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2.2 🖥? 服務器端（server.cpp）

#include "common.hpp"int main() {Init init;  // 🏗? 自動創建管道int fd = open(FIFO_FILE, O_RDONLY);  // ?? 阻塞直到客戶端連接if(fd < 0) {perror(" open");exit(FIFO_OPEN_ERROR);}cout << " Server ready" << endl;while(true) {char buffer[1024];int bytes = read(fd, buffer, sizeof(buffer)-1);if(bytes > 0) {buffer[bytes] = '\0';cout << " Received: " << buffer << endl;} else if(bytes == 0) {cout << " Client disconnected" << endl;break;} else {perror(" read");break;}}close(fd);return 0;
}

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2.3 📱 客戶端（client.cpp）

#include "common.hpp"int main() {int fd = open(FIFO_FILE, O_WRONLY);  // 🔔 觸發服務器喚醒if(fd < 0) {perror(" open");exit(FIFO_OPEN_ERROR);}cout << " Connected to server" << endl;string line;while(getline(cin, line)) {write(fd, line.c_str(), line.size());  // 📤 發送數據}close(fd);return 0;
}

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三、🔧 運行機制圖解

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四、💡 技術亮點分析

4.1 🚦 阻塞行為控制

// 服務器端 open() 阻塞示例
int fd = open(FIFO_FILE, O_RDONLY);  // ??// 客戶端 open() 解除阻塞
int fd = open(FIFO_FILE, O_WRONLY);  // ??

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4.2 ? 數據傳輸特性

特性	描述	圖標
字節流傳輸	無消息邊界，需自定義協議	🌊
原子性保證	小于PIPE_BUF(通常4K)保證原子性	??
流量控制	寫滿緩沖區后自動阻塞	🚧

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4.3 🐛 錯誤處理策略

if(write(fd, buf, len) == -1) {if(errno == EPIPE) {  // 💔 連接斷開cout << " Connection closed" << endl;close(fd);exit(1);}perror(" write");
}

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五、🚀 編譯運行演示

5.1 🔧 操作流程

# 終端1：啟動服務器
$ ./server
🔄 Server ready# 終端2：啟動客戶端
$ ./client
💬 Please Enter@ Hello World!# 終端1顯示
📥 Received: Hello World!

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