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c++将输出流连接到输入流

coder 2023-06-02 原文

我想做的是创建一种“管道”(就像进程之间的管道),但在同一程序中的 c++ iostream 之间。我有一个需要输入流作为参数的函数,但我的数据来自输出流。那么有没有一种标准方法可以将 std::ostream 的输出通过管道传输到 std::istream 的输入?

最佳答案

您可以创建一个 std::streambuf 输出到一个缓冲区,当缓冲区满时 std::overflow() 阻塞。另一方面,您将有一个输入缓冲区,当缓冲区为空时,该缓冲区会阻塞在 underflow() 上。显然,阅读和写作将在两个不同的线程中。

棘手的问题是如何同步两个缓冲区:流在访问缓冲区时不使用任何同步操作。只有当任何一个虚函数被调用时,你才能拦截操作并处理同步。另一方面,不使用缓冲区是相当低效的。我解决此问题的方法是使用相对较小的输出缓冲区(例如 256 个 chars)并覆盖 sync() 以使用此函数将字符传输到输入缓冲区。 streambuf 将使用互斥锁进行同步,并使用条件变量来阻塞输出时的完整输入缓冲区和输入时的空输入缓冲区。为了支持完全关闭,还应该有一个函数设置一个标志,表明没有更多的输入,并且所有进一步的输出操作都应该失败。

创建实际实现表明两个缓冲区是不够的:访问输入和输出缓冲区的线程可能在其他缓冲区阻塞时处于事件状态。因此,需要第三个中间缓冲区。通过对上述计划的这个小改动,下面是一些代码(它使用微小的缓冲区来确保存在实际的上溢和下溢;对于实际使用,至少输入缓冲区可能应该更大)。

// threadbuf.cpp                                                      -*-C++-*-
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//  FROM, OUT OF OR IN CONNECTION WITH THE SOFTWARE OR THE USE OR        
//  OTHER DEALINGS IN THE SOFTWARE. 
// ----------------------------------------------------------------------------


#include <algorithm>
#include <condition_variable>
#include <iostream>
#include <mutex>
#include <stdexcept>
#include <streambuf>
#include <string>
#include <thread>

// ----------------------------------------------------------------------------

class threadbuf
    : public std::streambuf
{
private:
    typedef std::streambuf::traits_type traits_type;
    typedef std::string::size_type      string_size_t;

    std::mutex              d_mutex;
    std::condition_variable d_condition;
    std::string             d_out;
    std::string             d_in;
    std::string             d_tmp;
    char*                   d_current;
    bool                    d_closed;

public:
    threadbuf(string_size_t out_size = 16, string_size_t in_size = 64)
        : d_out(std::max(string_size_t(1), out_size), ' ')
        , d_in(std::max(string_size_t(1), in_size), ' ')
        , d_tmp(std::max(string_size_t(1), in_size), ' ')
        , d_current(&this->d_tmp[0])
        , d_closed(false)
    {
        this->setp(&this->d_out[0], &this->d_out[0] + this->d_out.size() - 1);
        this->setg(&this->d_in[0], &this->d_in[0], &this->d_in[0]);
    }
    void close()
    {
        {
            std::unique_lock<std::mutex> lock(this->d_mutex);
            this->d_closed = true;
            while (this->pbase() != this->pptr()) {
                this->internal_sync(lock);
            }
        }
        this->d_condition.notify_all();
    }

private:
    int_type underflow()
    {
        if (this->gptr() == this->egptr())
        {
            std::unique_lock<std::mutex> lock(this->d_mutex);
            while (&this->d_tmp[0] == this->d_current && !this->d_closed) {
                this->d_condition.wait(lock);
            }
            if (&this->d_tmp[0] != this->d_current) {
                std::streamsize size(this->d_current - &this->d_tmp[0]);
                traits_type::copy(this->eback(), &this->d_tmp[0],
                                  this->d_current - &this->d_tmp[0]);
                this->setg(this->eback(), this->eback(), this->eback() + size);
                this->d_current = &this->d_tmp[0];
                this->d_condition.notify_one();
            }
        }
        return this->gptr() == this->egptr()
            ? traits_type::eof()
            : traits_type::to_int_type(*this->gptr());
    }
    int_type overflow(int_type c)
    {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(this->d_mutex);
        if (!traits_type::eq_int_type(c, traits_type::eof())) {
            *this->pptr() = traits_type::to_char_type(c);
            this->pbump(1);
        }
        return this->internal_sync(lock)
            ? traits_type::eof()
            : traits_type::not_eof(c);
    }
    int sync()
    {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(this->d_mutex);
        return this->internal_sync(lock);
    }
    int internal_sync(std::unique_lock<std::mutex>& lock)
    {
        char* end(&this->d_tmp[0] + this->d_tmp.size());
        while (this->d_current == end && !this->d_closed) {
            this->d_condition.wait(lock);
        }
        if (this->d_current != end)
        {
            std::streamsize size(std::min(end - d_current,
                                          this->pptr() - this->pbase()));
            traits_type::copy(d_current, this->pbase(), size);
            this->d_current += size;
            std::streamsize remain((this->pptr() - this->pbase()) - size);
            traits_type::move(this->pbase(), this->pptr(), remain);
            this->setp(this->pbase(), this->epptr());
            this->pbump(remain);
            this->d_condition.notify_one();
            return 0;
        }
        return traits_type::eof();
    }
};

// ----------------------------------------------------------------------------

static void writer(std::ostream& out)
{
    for (std::string line; std::getline(std::cin, line); )
    {
        out << "writer: '" << line << "'\n";
    }
}

// ----------------------------------------------------------------------------

static void reader(std::istream& in)
{
    for (std::string line; std::getline(in, line); )
    {
        std::cout << "reader: '" << line << "'\n";
    }
}

// ----------------------------------------------------------------------------

int main()
{
    try
    {
        threadbuf sbuf;
        std::ostream out(&sbuf);
        std::istream in(&sbuf);

        std::thread write(&::writer, std::ref(out));
        std::thread read(&::reader, std::ref(in));

        write.join();
        sbuf.close();
        read.join();
    }
    catch (std::exception const& ex)
    {
        std::cerr << "ERROR: " << ex.what() << "\n";
    }
}

关于c++将输出流连接到输入流,我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题: https://stackoverflow.com/questions/12410961/

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