Параллельное и распределенное программирование на С++
Шрифт:
Пять из семи базовых компонентов нашего потока уже реализованы в библиотеке классов iostreams. Поэтому нам остается лишь дополнить их компонентами портов ввода и вывода. Для этого мы можем рассмотреть системные средства поддержки потоков. В среде UNIX/Linux создать канал можно с помощью вызовов системных функций (листинг 11.19).
// Листинг 11.19. Использование системного вызова для
// создания канала
int main(int argc, char *argv[]) {
//.. .
int Fd[2];
pipe(Fd);
//.. .
}
Функция pipe предназначена для создания структуры данных канала, которую можно использовать для взаимодействия между родительским и сыновним процессами. При успешном обращении к функции pipe она возвращает
Эти два файловых дескриптора представляют наши логические порты ввода и вывода соответственно. Мы также используем их для связи с библиотекой классов iostreams. В частности, они обеспечивают связь с классом буфера. Ко м понент буфера iostreams-классов имеет три семейства классов. Эти три типа буферных классов перечислены в табл. 11.3.
Таблица 11.3. Три типа буферных классов
basic_streambuf Описывает поведение различных потоковых буферов с целью управления входными и выходными последовательностями символов
basic_stringbuf Связывает входные и выходные последовательности с последовательностью произвольных символов, которая может быть использо-ванадля инициализации или доступна в качестве строкового объекта
basic_filebuf Связывает входные и выходные последовательности символов с файлом
Рассмотрим подробнее класс basic_filebuf. Тогда как класс basic_streambuf используется в качестве объектно-ориентированного буфера в операциях ввода-вывода с применением стандартного потока, а класс basic_stringbuf — в качестве объектно-ориентированного буфера для памяти, класс basic_filebuf применяется в качестве объектно-ориентированного буфера для файлов. Рассмотрев интерфейс для класса basic_filebuf и интерфейс для классов преобразования (basic_ifstream, basic_ofstream и basic_fstream), можно найти способ связать дескрипторы файлов, возвращаемые системной функцией pipe , с объектами класса basic_iostream. На рис. 11.8 показаны диаграммы классов для семейства fstream-классов.
Рис. 11.8. Диаграммы классов для семейства fstream-классов
Обратите вни м ание на то, что все классы basic_ifstream, basic_ofstream и basic_fstream содержат класс basic_filebuf. Следовательно, чтобы упростить создание объектно-ориентированного канала, мы можем использовать любой класс из семейства fstream-классов. Мы можем связать дескрипторы файлов, возвращаемые системной функцией pipe , либо с помощью конструкторов, либо с помощью функции-члена attach .
Синопсис
#include <fstream>
// UNIX-системы
ifstream(int fd)
fstream(int fd)
ofstream(int fd)
// gnu C++
void attach(int fd) ;
Связь каналов c iostream-объектами с помощью дескрипторов файлов
Существует
три iostream-класса (ifstream, ofstream и fstream), которые мы можем использовать для подключения к каналу. Объект класса ifstream используется для ввода данных, объект класса ofstream — для их вывода, а объект класса fstream можно применять и в том и в другом случае. Несмотря на то что непосредственная поддержка дескрипторов файлов и потоков ввода-вывода не является частью стандарта ISO, в большинстве UNIX- и Linux-сред поддерживается С++-ориентированный iostream-доступ к дескрипторам файлов. В библиотеке GNU С++ iostreams предусмотрена поддержка дескриптора файла в одном из конструкторов классов ifstream, ofstream и fstream и в методе attach( ) , определенном в классах ifstream и ofstream. UNIX-компилятор языка С++ ко м пании Sun также поддерживает дескрипторы файлов с помощью одного из конструкторов классов ifstream, ofstream и fstream. Поэтому при выполнении следующего фрагмента кода//...
int Fd[2];
Pipe(Fd);
ifstream IPipe(Fd[0]) ;
ofstream OPipe(Fd[1]) ;
будут созданы объектно-ориентированные каналы. Объект IPipe будет играть роль входного потока, а объект OPipe— выходного. После создания эти потоки можно применять для связи между параллельно выполняемыми процессами с использованием потоково г о представления и операторов вставки (<<) и извлечения (>>). Для С++-сред, которые поддерживают метод attach, дескриптор файла можно связать с объектами классов ifstream, ofstream или fstream, используя следующий синтаксис.
// Листинг 11.20. Создание канала и использование
// функции attach
int Fd[2];
ofstream OPipe;
//.. .
pipe(Fd);
//.. .
OPipe.attach(Fd[1]);
//.. .
OPipe << Value << endl;
Такой способ использования объектно-ориентированных каналов предполагает существование сыновнего процесса, который может считывать из них информацию. В программе 11.1 для создания двух процессов используется fork-инструкция. Родительский процесс отправляет значение сыновнему процессу с помощью iostreams-ориентированного канала.
// Программа 11.1
1 #include <unistd.h>
2 #include <iostream.h>
3 #include <fstream.h>
4 #include <math.h>
5 #include <sys/wait.h> 6
7 8 9
10 int main(int argc, char *argv[])
11 {
12
13 int Fd[2];
14 int Pid;
15 float Value;
16 int Status;
17 if(pipe(Fd) != 0) {
18 cerr « «Ошибка при создании канала " « endl;
19 exit(l);
20 }
21 Pid = fork;
22 if(Pid == 0){
23 ifstream IPipe(Fd[0]);
24 IPipe » Value;
25 cout « «От процесса-родителя получено значение» << Value << endl;
26 IPipe.close;
27 }