c++からのpipe,fork,execを用いた外部プログラムのコントロール

[chibago]

皆様、お世話になっております。
C＋＋から既存のコードシステム(fortranで記述、実行ファイルのみ）を
コントロールする必要があり、勉強中です。表題にありますように、
やるべきことは分かってはいるのですが、敷居が高すぎて、少々
ご協力いただきたいと考えて居ります。
対象のコードは標準入力から受け取った入力を処理し、標準出力
に結果を吐き出すものです。
とりあえず、以下のような(target.fと名づけます）コードでテストしております。

コード:

      character*72 buf
      read(5,*) buf
      write(6,*) buf
      stop
      end

これは標準入力から取得した文字列を標準出力から吐き出すためのコードです。
pipe等の使い方に関しては
http://www.ncad.co.jp/~komata/c-kouza3.htm
が参考になり、もしかしたら、そのまま使えそうなサンプルが記載されておりました。
以下のようなものです。

コード:

#include　　　　<stdio.h>
#include　　　　<signal.h>

#define R　　　 (0)
#define W　　　 (1)

int popen2(command,fd_r,fd_w)
char　　*command;
int　　 *fd_r,*fd_w;
{
int　　 pipe_c2p[2],pipe_p2c[2];
int　　 pid;

　　　　/* Create two of pipes. */
　　　　if(pipe(pipe_c2p)<0){
　　　　　　　　perror("popen2");
　　　　　　　　return(-1);
　　　　}
　　　　if(pipe(pipe_p2c)<0){
　　　　　　　　perror("popen2");
　　　　　　　　close(pipe_c2p[R]);
　　　　　　　　close(pipe_c2p[W]);
　　　　　　　　return(-1);
　　　　}

　　　　/* Invoke processs */
　　　　if((pid=fork())<0){
　　　　　　　　perror("popen2");
　　　　　　　　close(pipe_c2p[R]);
　　　　　　　　close(pipe_c2p[W]);
　　　　　　　　close(pipe_p2c[R]);
　　　　　　　　close(pipe_p2c[W]);
　　　　　　　　return(-1);
　　　　}
　　　　if(pid==0){　　　/* I'm child */
　　　　　　　　close(pipe_p2c[W]);
　　　　　　　　close(pipe_c2p[R]);
　　　　　　　　dup2(pipe_p2c[R],0);
　　　　　　　　dup2(pipe_c2p[W],1);
　　　　　　　　close(pipe_p2c[R]);
　　　　　　　　close(pipe_c2p[W]);
　　　　　　　　if(execlp("sh","sh","-c",command,NULL)<0){
　　　　　　　　　　　　perror("popen2");
　　　　　　　　　　　　close(pipe_p2c[R]);
　　　　　　　　　　　　close(pipe_c2p[W]);
　　　　　　　　　　　　exit(1);
　　　　　　　　}
　　　　}

　　　　close(pipe_p2c[R]);
　　　　close(pipe_c2p[W]);
　　　　*fd_w=pipe_p2c[W];
　　　　*fd_r=pipe_c2p[R];

　　　　return(pid);
}

引数としてはコマンドと、書き込み、読み込み用のファイルディスクリプタのポインター
(これが分かりません)を渡すと記載されているのですが使い方がいまいち分かりません。

当面の目標としては、上記のtarget.fをコンパイルしたものをC++より操作し"hello"と標準入力
から入力しtargetfが標準出力から吐き出した"hello"を受け取りたいと考えております。

とりあえず、popen2の動作について簡単に教えていただけると助かります。
（元サイトの説明は私には難しすぎます。）

また、pstreamというものをお使いの方は、私のやろうとしていることが実現できるか
お知らせいただければ助かります。（テストケースをのぞいた感じではなさそうでしたが）

[softya（ソフト屋)]

えっらく引数が古い書き方のＣ言語ですね。
あとLinux/Unix系のＯＳが前提って話で良いですか？

ざっと見た感じだと、popenを拡張して標準入出力をpipe化しましょうと言う関数です。
char　　*command;　起動するプログラム名など
int　　 *fd_r,*fd_w;　要するにファイルディスクリプタを戻すためのポインタ変数です。

cygwinでシェルsortのソートを動かしてみました。

コード:

#include    <stdio.h>
#include    <string.h>
#include    <signal.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>

#define R    (0)
#define W    (1)

int popen2(char *command,int *fd_r,int *fd_w)
{
int   pipe_c2p[2],pipe_p2c[2];
int   pid;

    /* Create two of pipes. */
    if(pipe(pipe_c2p)<0){
        perror("popen2");
        return(-1);
    }
    if(pipe(pipe_p2c)<0){
        perror("popen2");
        close(pipe_c2p[R]);
        close(pipe_c2p[W]);
        return(-1);
    }

    /* Invoke processs */
    if((pid=fork())<0){
        perror("popen2");
        close(pipe_c2p[R]);
        close(pipe_c2p[W]);
        close(pipe_p2c[R]);
        close(pipe_p2c[W]);
        return(-1);
    }
    if(pid==0){   /* I'm child */
        close(pipe_p2c[W]);
        close(pipe_c2p[R]);
        dup2(pipe_p2c[R],0);
        dup2(pipe_c2p[W],1);
        close(pipe_p2c[R]);
        close(pipe_c2p[W]);
        if(execlp("sh","sh","-c",command,NULL)<0){
            perror("popen2");
            close(pipe_p2c[R]);
            close(pipe_c2p[W]);
            exit(1);
        }
    }

    close(pipe_p2c[R]);
    close(pipe_c2p[W]);
    *fd_w=pipe_p2c[W];
    *fd_r=pipe_c2p[R];

    return(pid);
}

int main()
{
	char  str[512],*ptr;
	int fd_r,fd_w;
	int pid;
	char *outs = "ccc\naaa\nbbb\n";
	
    if((pid=popen2("sort",&fd_r,&fd_w))==0){
        fprintf(stderr,"error!!!\n");
        exit(-1);
    }
    //	sortに入力
    write(fd_w,outs,strlen(outs));
    close(fd_w);
    //	sortから出力を受け取る。
    while(1){
		if( read(fd_r,str,1) == 0 ) {
			break;
        }
        str[1]= 0x00;
        printf("%s",str);
    }
    close(fd_r);
	return 0;
}

おまけでLinux系マニュアルのページです。man on WWWで関数名などを入力すると該当ページを開いてくれます。調べるのに使ってください。
http://linuxjm.sourceforge.jp/

[chibago]

softyaさん、
大変ありがとうございました。
いきなり、目標達成できてしまいました。
（自分でテスト用に用意したtarget.fもコントロールできました。）

ご解説いただいたpopen2ですが、私はてっきり、コマンドの制御のすべて
を内部でおこなえるものだとおもっておりましたが、pipeをつなぐだけのもの
だったようですね。

ところで、解決はしたのですが、
＞あとLinux/Unix系のＯＳが前提って話で良いですか？
OSに依存しない形で同様の処理はできるのでしょうか。

いろいろ調べた結果（この板にも質問しました）、結局、
この方法しかなさそうだという結論に達しました。
ただ、可搬性の高いシステムを構築しようと思っておりますので、
もし、他のやり方がありましたらご教示いただければ幸です。

[softya（ソフト屋)]

少なくともcygwinでコンパイルすればそのままのコードでWindowsで使えます。
ただし、exeと同じフォルダにcygwin1.dllが必要ですけど。
もしＶＣ++などでコンパイルしたければ、Windowsにはfork関数がないので結構書き換えないと行けないと思います。

[追記]
MacはUnix系なのでMacでコンパイルすればそのまま使えます。
ということで、Mac/Linux/Unix/Windows(cygwin)で一般的な環境はカバーできると思います。

[追記の追記]
もっと可搬性を高くしたい＆OS依存を避けたければC++ではなくJavaの利用も考えられた方が良いと思います。
そうすればＯＳ毎にコンパイルする必要もなくなります。

[hjkl]

ファイルディスクリプタだとシステムコールを自分で呼ばなきゃなので
fdopenでストリームに変換した方が標準C 入出力の関数が使えるので
便利かなーと。

コード:

int r, w;

//たぶんpopen2の戻り値は-1がエラーだと思う。
if (popen2("target", &r, &w) == -1) {
  //エラー処理
}

FILE *read_stream = fdopen(r, "r");
if (read_stream == NULL) {
  //エラー処理
}

FILE *write_stream = fdopen(w, "w");
if (read_stream == NULL) {
  //エラー処理
}

//fwriteとかfread等で通信

あんまりプロセス間通信ってしたことないんで希望する動作を実現するものか分かりませんが
名前付きパイプ以外でいいなら
c++ならboost.asioでソケット(fortranにネットワークライブラリがあるのか知りませんが)
とか多言語間の通信にはThriftやGoogle Protocol Buffers等のRPCをつかった方が可搬性はあがるかもしれませんね。
自分はRPCフレームワークは使ったこと無いのでなんとも言えませんが...。

[chibago]

貴重なご情報ありがとうございます。
頂いた情報を元にさらに調べましたら
http://d.hatena.ne.jp/c2top/20090528/1243495644
istreamにもつながりそうです。

結局のところ、pstreamと同じになるのかもしれませんが。
（pstreamで２つのパイプを設定できれば、何も苦労はないのですが。）

マルチプラットフォームについては、好き好きだとおもいますが、
わたしは、fedoraをつかい、windows用にはmingwのクロスコンパイルを
利用しております。(Macはまわりの人も含めて、あまりユーザーがいません。）
(残念ながらmingwではforkは利用できないようです。）

Javaも使ったことはあるのですが、実行環境（ランタイムライブラリ）等のバージョン
等が複雑過ぎて、作成したプログラムの動作がまちまち(GUIアプリですが）なのが気になります。