为什么从管道读取时 libc++ getline 会阻塞，而 libstdc++ getline 不会？

Question

TL;DR

使用libc++ 版本的getline 函数的程序在从管道读取输入时会阻塞，直到管道缓冲区已满。

对于libstdc++ 版本的getline 函数NOT也是如此：这里的函数会立即读取并在输入行可用时立即返回。

我应该期待libstdc++ 和libc++ 之间的这种行为差异吗？ [编辑：我不是在这里征求意见，我对管道的了解不够，也不太了解实现 C++ 标准库的困难。对我来说，这种行为上的差异确实令人惊讶，但也许有人知道得更好，可以向我保证这种差异是可以预料的，也许这只是一个实现细节？]

更重要的是，我该怎么做才能让libc++ 表现得像libstdc++ 那样？也就是说，getline 函数不应该等到管道缓冲区满了，它应该在输入行可用时立即返回。

下面的代码示例展示了我如何读取和写入管道。

环境

• macOS 10.13.1（High Sierra）
• Xcode 9.1
• Apple LLVM 版本 9.0.0 (clang-900.0.38)

我怀疑问题不仅限于 macOS，但我没有可以用来测试的带有clang 的 Linux 开发系统。

考试准备

打开三个shell，我们称它们为A、B和C。

在 shell A 中：创建一个新文件 pipe-test.cpp 并从下面添加源代码。使用libstdc++ 编译一次源代码，使用libc++ 编译一次源代码：

g++ -stdlib=libstdc++ -o pipe-test-libstdc++ pipe-test.cpp
g++ -stdlib=libc++ -o pipe-test-libc++ pipe-test.cpp

在 shell A 中：创建两个管道：

mkfifo input-pipe output-pipe

测试1，使用libstdc++版本的程序

• 在 shell A 中，运行以下命令：pipe-test-libstdc++ input-pipe output-pipe
• 在 shell B 中，运行以下命令：cat output-pipe
• 在 shell C 中，运行以下命令：cat >input-pipe
• 在 shell C 中，键入“foo”行并按 ENTER
• 切换到 shell B：您将看到字符串“foo”。
• 发生了什么？在 shell A 中运行的程序已使用 getline 函数从输入管道中读取了“foo”行，并立即将该行打印到输出管道。
• 在 shell C 中，键入 CTRL+D。测试到此结束，所有的 shell 现在都应该回到命令行了。

测试2，使用libc++版本的程序

• 在 shell A 中，运行以下命令：pipe-test-libc++ input-pipe output-pipe
• 在 shell B 中，运行以下命令：cat output-pipe
• 在 shell C 中，运行以下命令：cat >input-pipe
• 在 shell C 中，键入“foo”行并按 ENTER
• 切换到 shell B：您将不会看到字符串“foo”。
• 发生了什么？在 shell A 中运行的程序仍处于阻塞状态，getline 函数尚未从输入管道接收到“foo”行，因为该管道的缓冲区尚未满。
• 在 shell C 中，键入 CTRL+D。
• 切换到 shell B：现在您将看到字符串“foo”。
• 请注意，除了键入 CTRL+D，您还可以将大量文本粘贴到 shell C 中。一旦管道的缓冲区已满，getline 函数将开始逐行读取输入，直到清空管道的缓冲区。

源代码

#include <string>
#include <iostream>
#include <fstream>


int main(int argc, char** argv)
{
  if (argc != 3)
  {
    std::cout
      << "Usage: pipe-test /path/to/input-pipe /path/to/output-pipe"
      << std::endl;
    return 1;
  }

  std::string pathToInputPipe = argv[1];
  std::string pathToOutputPipe = argv[2];

  std::cout
    << "Input pipe = " << pathToInputPipe << std::endl
    << "Output pipe = " << pathToOutputPipe << std::endl;

  std::ifstream inputPipeStream;
  inputPipeStream.open(pathToInputPipe.c_str());
  if (! inputPipeStream)
  {
    std::cout
      << "Failed to open input pipe " << pathToInputPipe
      << std::endl;
    return 1;
  }
  else
  {
    std::cout
      << "Input pipe: result of eof() = " << inputPipeStream.eof() << std::endl
      << "Input pipe: result of bad() = " << inputPipeStream.bad() << std::endl
      << "Input pipe: result of good() = " << inputPipeStream.good() << std::endl
      << "Input pipe: result of fail() = " << inputPipeStream.fail() << std::endl;
  }

  std::ofstream outputPipeStream;
  outputPipeStream.open(pathToOutputPipe.c_str());
  if (! outputPipeStream)
  {
    std::cout
      << "Failed to open output pipe " << pathToOutputPipe
      << std::endl;
    return 1;
  }
  else
  {
    std::cout
      << "Output pipe: result of eof() = " << outputPipeStream.eof() << std::endl
      << "Output pipe: result of bad() = " << outputPipeStream.bad() << std::endl
      << "Output pipe: result of good() = " << outputPipeStream.good() << std::endl
      << "Output pipe: result of fail() = " << outputPipeStream.fail() << std::endl;
  }

  int lineNumber = 0;
  while (true)
  {
    lineNumber++;
    std::string line;
    bool getlineFailResult = getline(inputPipeStream, line).fail();
    if (getlineFailResult)
    {
      std::cout << "Failed to read stream, stopping" << std::endl;
      break;
    }
    else
    {
      std::cout << "Received line " << lineNumber << ": " << line << std::endl;
      outputPipeStream << line << std::endl;
      outputPipeStream.flush();
    }
  }

  return 0;
}

Answer 1

您可能知道，libc++ 是标准库的非 GPL (MIT) 版本。 libstdc++ 是 GPL 版本。 libc++ 是 LLVM 的一部分。 libstdc++ 是一个 GPL 库，通常随 GCC 一起提供。

它们是两种完全不同的实现。哪个更好，或者您应该使用哪个是一种意见。这上面有很多线程，例如：Should I use libc++ or libstdc++?

我无法轻易找到关于 getline() 的规范来指定您所关注的行为。

这里是libc++版本中getline的源码 https://github.com/llvm-mirror/libcxx/blob/018a3d51a47f7275c59e802709104498b729522b/include/istream#L1037

他们行为不同的事实并不让我感到惊讶。如果您需要 getline() 的特定实现/行为，我会编写您自己的，因为它不是一个复杂的操作，并使用标准的 POSIX 系统调用来执行它，这些调用是规范的，并且应该是相同的 - 不管操作系统或编译器。

另外（这里的意见），我的建议是避免使用标准 C++ 库，尤其是 iostream，除了实现之外，除非它们已经在大型代码库中并且您必须使用它们。它们充满错误，具有不同的行为，并且通常速度不快。