當for循環，fork()，printf()相遇時的思考

今天上午課間休息，教操作系統課的老韓看我沒事正在跟同學聊天，就過來給我出了這麼個問題：

"你看這兩段代碼運行結果有什麼不同麼？"

代碼1:

#include<unistd.h>
#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
int main()
{
printf("1 2 3");
fork();
}

代碼2:

#include<unistd.h>
#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
int main()
{
printf("1 2 3\n");
fork();
}

直觀看好像兩段代碼都應該輸出“1 2 3”，只不過代碼2的“1 2 3”換行了而已，fork()出的子進程同樣擁有主進程的所有“狀態”，那麼既然都輸出了……好像還是沒什麼區別

“你說計算機應該怎麼處理‘\n’呢？”

把當前行都補滿空白字符？這樣下一次輸出就能新開一行？

“那你理解緩衝區的概念麼？”

buffer？好像我也只是用，沒了解過機制。

“課下去探索探索，試一試！”

帶着這些問題，首先了解一下printf()的打印機制。

雖然帶着“print”，這條命令處理起來卻應該分爲兩步，第一步，系統將printf()中傳進的數據寫進進程的一塊兒叫做緩衝區的內存上，第二步，對於標準輸出而言（行緩衝），系統判斷如果緩衝區中有“\n”，或是EOF，或是主動刷出，或是緩衝區滿，或是文件描述符關閉，或是exit，就會把數據從緩衝區中輸出出來（flush）。也就是說對於printf（）代表的行緩衝而言，數據只是先被存儲在了緩衝區，直到碰見上述情況纔會輸出。如果緩衝區內有內容，注意，當進程退出時（exit）也會自動進行輸出，即使進程中並沒有printf（）語句。

有了這些知識，再看兩段代碼，結果很明顯，代碼1中主進程的緩衝區因爲執行時沒有輸出條件，所以內容被子進程繼承，兩個進程結束時觸發exit，輸出緩衝區內容，結果爲

1 2 31 2 3

而代碼2因爲執行時有“\n”條件所以主進程輸出1 2 3後緩衝區刷空，子進程繼承來空的buffer自然無法有輸出，結果爲

1 2 3

理解了這個問題那麼兩段代碼分別交換一下fork（）和printf（） 這兩句的執行順序呢？

很輕鬆就能想到，因爲先fork（）父子進程間沒有繼承來的buffer，兩個進程分別按規矩輸出就好

結果1:1 2 31 2 3

結果2:

1 2 3

1 2 3

那麼這樣呢？

 代碼3:

#include<unistd.h>
#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
int main()
{
fork();
printf("pid = %d, ppid = %d",getpid(),getppid());
fork();}

代碼4:

#include<unistd.h>
#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
int main()
{
fork();
printf("pid = %d, ppid = %d\n",getpid(),getppid());
fork();
}

結果原理流程圖用圖片來說明，注意的是兩個fork（）創建了4個進程，每個進程間的繼承關係要注意，要繼承的話也會繼承父進程緩衝區內容。結果的輸出順序取決於進程的執行順序，不一定固定。

代碼3流程：

代碼4流程：

理清了這個問題，讓我們再進一步，對於for循環中fork（）+printf（）怎麼理清分析呢？

代碼5:

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
    for(int i = 0;i < 2; i++)
    {
    fork();
    printf("pid = %d, ppid = %d, i = %d",getpid(),getppid(),i);
    }
   
}

代碼6:

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
    for(int i = 0;i < 2; i++)
    {
    fork();
    printf("pid = %d, ppid = %d, i = %d\n",getpid(),getppid(),i);
    }
   
}

對於主進程循環中的f第二次fork（），到底是隻從主進程中產生新的子進程，還是與第一次產生的子進程一起產生兩個新的子進程？

我們不妨把for循環拆成這樣

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
    int i = 0;
    fork();
    printf("pid = %d, ppid = %d, i = %d",getpid(),getppid(),i);
    int i = 1;
    fork();
    printf("pid = %d, ppid = %d, i = %d",getpid(),getppid(),i);
}

有沒有發現很像我們討論的代碼3 和代碼4的情況呢？只是末尾多了一個printf（）輸出，比這代碼3 4 的流程分析，我們很容易就得出輸出結果.

代碼5主進程輸出A X 0A X 1,fork1進程輸出B A 0B A 1,fork2繼承主進程buffer後又輸出自己的狀態A X 0C A 1,fork3繼承fork1後又輸出自己的狀態B A 0D B1。

代碼6

主進程輸出

A X 0

A X 1

fork1輸出

B A 0

B A 1

fork2輸出

C A 1

fork3輸出

D B 1

順着走下來是不是沒有那麼難了呢？凡事就是這樣，想明白了再回頭會感覺沒什麼，但越怕去想就會越成爲一個巨大的障礙。

感謝韓芳溪老師啓發！

希望能幫到你，歡迎交流！