【Unix/Linuxプログラミング実践】パイプで双方向通信を実現する-bc計算機を例に

前言
ほとんどのバージョンのUnixにはbc計算機が含まれています.
実際、ほとんどのバージョンのbcは入力のみを分析し、内部でdc計算機プログラムを起動し、パイプを通じて通信します.dcはスタックベースの計算機で、逆ポーランド式を受信し、演算を実行した後、結果を標準出力に送る.
bcはdc標準出力に接続されたパイプから結果を読み出し,ユーザに転送する.
実際、bcはユーザーインタフェースを提供し、dcが提供するサービスを使用しています.これは、単純なクライアント/サーバモデルです.
bc/dcペアは協同プロセス(coroutines)と呼ばれる.
bcの構想を書く
1.bcは2つのパイプを作成します(pipeを使用します).
2.bcは新しいプロセスを作成します(dcを実行し、forkを使用します).
3.新しいプロセスが作成された後、exec dcを実行する前に、その標準入力と標準出力をパイプにリダイレクトします.
4.exec dcを実行する.
5.親プロセスbcでは、ユーザの入力を読み取り分析し、コマンドをパイプを介してdc、dcを介して応答を読み取り、応答をパイプを介してユーザに渡す.
コード実装と分析

/** tinybc.c * a tiny calculator that uses dc to do its work ** * demonstrates bidirectional pipes ** * input looks like number op number which ** tinybc converts into number 
 number 
 op 
 p ** and passes result back to stdout ** ** +-----------+ +----------+ ** stdin >0 >== pipetodc ====> | ** | tinybc | | dc - | ** stdout <1 <== pipefromdc ==< | ** +-----------+ +----------+ ** ** * program outline ** a. get two pipes ** b. fork (get another process) ** c. in the dc-to-be process, ** connect stdin and out to pipes ** then execl dc ** d. in the tinybc-process, no plumbing to do ** just talk to human via normal i/o ** and send stuff via pipe ** e. then close pipe and dc dies ** * note: does not handle multiline answers **/

#include <stdio.h>

#define oops(m, x) { perror(m); exit(x); }

main()
{
    int pid, todc[2], fromdc[2];

    /*      */

    if ( pipe(todc) == -1 || pipe(fromdc) == -1 )
        oops("pipe failed", 1);

    /*fork     ，              */

    if ( (pid = fork()) == -1 )
        oops("cannot fork", 2);

    if ( pid == 0 )     /*   ，  dc*/
        be_dc(todc, fromdc);
    else                /*   ，  bc*/
    {
        be_bc(todc, fromdc);
        wait(NULL);     /*       */
    }
}

be_dc(int in[2], int out[2])
{
    /*      in[0](    )        0( stdin) */
    if ( dup2(in[0], 0) == -1 )
        oops("dc:cannot redirect stdin",3);
    close(in[0]);       /*        ，         fd 0*/
    close(in[1]);       /*      */

    /*    ，                   */
    if ( dup2(out[1], 1) == -1 )
        oops("dc:cannot redirect stdout",4);
    close(out[1]);
    close(out[0]);

    /* now execl dc with the - option */
    execlp("dc", "dc", "-", NULL);
    oops("Cannot run dc",5);
}

be_bc(int todc[2], int fromdc[2])
{
    int num1, num2;
    char op[BUFSIZ], message[BUFSIZ], *fgets();
    FILE *fpout, *fpin, *fdopen();

    /*setup*/
    close(todc[0]);     /*    */
    close(fromdc[1]);   /*    */

    /*             FILE *    ，           I/O         */
    fpout = fdopen(todc[1], "w");
    fpin = fdopen(fromdc[0], "r");
    if ( fpout == NULL || fpin == NULL)
        fatal("Error convering pipes to streams");

    /*main loop*/

    /*      */
    while ( printf("tinybc: "), fgets(message, BUFSIZ, stdin) != NULL)
    {
        /* message          */
        if (sscanf(message, "%d%[-+*/^]%d", &num1, op, &num2) != 3)
        {
            printf("syntax error
");
            continue;
        }       

        /*      */
        if (fprintf(fpout, "%d
%d
%c
p
", num1, num2, *op) == EOF)
            fatal("Error writing");
        fflush(fpout);

        /*      */
        if (fgets(message, BUFSIZ, fpin) == NULL)
            break;
        printf("%d %c %d = %s", num1, *op, num2, message);
    }
    fclose(fpout);      /*close pipe*/
    fclose(fpin);       /*dc will see EOF*/
}

fatal(char mess[])
{
    fprintf(stderr, "Error: %s
", mess);
    exit(1);
}

締めくくり
このコードは『Unix/Linuxプログラミング実践チュートリアル』第11章から参照してください.
自分で真似して叩いてみると印象が深まり、一例としてpipe、fork、dup、execなどの知識が溶け込んでいます.
注意すべき点の1つは、fdopenを使用してファイル記述子を開き、fprintfとfgetsを使用してパイプとdcを介して通信できるようにすることです.