Как создать c ++ fstream из файлового дескриптора POSIX?

Question 1

Я в основном ищу версию fdopen () на C ++. Я провел небольшое исследование по этому поводу, и это одна из тех вещей, которые кажутся простыми, но на деле оказываются очень сложными. Я что-то упустил в этой вере (т.е. это действительно легко)? Если нет, есть ли где-нибудь хорошая библиотека, чтобы справиться с этим?

РЕДАКТИРОВАТЬ: мой пример решения перенесен в отдельный ответ.

Question 2

Из ответа Эрика Маленфана:

AFAIK, в стандартном С ++ нет возможности сделать это. В зависимости от вашей платформы ваша реализация стандартной библиотеки может предлагать (как нестандартное расширение) конструктор fstream, принимающий дескриптор файла в качестве входных данных. (Это относится к libstdc ++, IIRC) или FILE *.

На основании вышеизложенных наблюдений и моих исследований ниже рабочий код представлен в двух вариантах; один для libstdc ++ и другой для Microsoft Visual C ++.

libstdc ++

Есть нестандартный __gnu_cxx::stdio_filebufшаблон класса, который наследует std::basic_streambufи имеет следующий конструктор

stdio_filebuf (int __fd, std::ios_base::openmode __mode, size_t __size=static_cast< size_t >(BUFSIZ))

с описанием Этот конструктор связывает буфер файлового потока с открытым файловым дескриптором POSIX.

Мы создаем его, передав дескриптор POSIX (строка 1), а затем передаем его конструктору istream как basic_streambuf (строка 2):

#include <ext/stdio_filebuf.h>
#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>

using namespace std;

int main()
{
    ofstream ofs("test.txt");
    ofs << "Writing to a basic_ofstream object..." << endl;
    ofs.close();

    int posix_handle = fileno(::fopen("test.txt", "r"));

    __gnu_cxx::stdio_filebuf<char> filebuf(posix_handle, std::ios::in); // 1
    istream is(&filebuf); // 2

    string line;
    getline(is, line);
    cout << "line: " << line << std::endl;
    return 0;
}

Microsoft Visual C ++

Раньше существовала нестандартная версия конструктора ifstream, принимающая дескриптор файла POSIX, но она отсутствует как в текущей документации, так и в коде. Есть еще одна нестандартная версия конструктора ifstream, принимающая FILE *

explicit basic_ifstream(_Filet *_File)
    : _Mybase(&_Filebuffer),
        _Filebuffer(_File)
    {   // construct with specified C stream
    }

и это не задокументировано (я даже не смог найти старую документацию, где она могла бы присутствовать). Мы вызываем его (строка 1) с параметром, являющимся результатом вызова _fdopen для получения ФАЙЛА потока C * из дескриптора файла POSIX.

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

using namespace std;

int main()
{
    ofstream ofs("test.txt");
    ofs << "Writing to a basic_ofstream object..." << endl;
    ofs.close();

    int posix_handle = ::_fileno(::fopen("test.txt", "r"));

    ifstream ifs(::_fdopen(posix_handle, "r")); // 1

    string line;
    getline(ifs, line);
    ifs.close();
    cout << "line: " << line << endl;
    return 0;
}

Question 3

AFAIK, в стандартном С ++ нет возможности сделать это. В зависимости от вашей платформы ваша реализация стандартной библиотеки может предлагать (как нестандартное расширение) конструктор fstream, принимающий файловый дескриптор (это случай для libstdc ++, IIRC) или a FILE*в качестве входных данных.

Другой альтернативой было бы использование устройства boost :: iostreams :: file_descriptor , которое можно было бы обернуть в boost :: iostreams :: stream, если вы хотите иметь для него интерфейс std :: stream.

Question 4

Велика вероятность, что ваш компилятор предлагает конструктор fstream на основе ФАЙЛОВ, даже если он нестандартный. Например:

FILE* f = fdopen(my_fd, "a");
std::fstream fstr(f);
fstr << "Greetings\n";

Но насколько мне известно, портативного способа сделать это нет.

Question 5

Частично исходная (неустановленная) мотивация этого вопроса заключается в том, чтобы иметь возможность передавать данные либо между программами, либо между двумя частями тестовой программы с использованием безопасно созданного временного файла, но tmpnam () выдает предупреждение в gcc, поэтому я хотел вместо этого использовать mkstemp (). Вот тестовая программа, которую я написал на основе ответа Эрика Маленфанта, но с использованием mkstemp () вместо fdopen (); это работает в моей системе Ubuntu с установленными библиотеками Boost:

#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <assert.h>
#include <string>
#include <iostream>
#include <boost/filesystem.hpp>
#include <boost/iostreams/device/file_descriptor.hpp>
#include <boost/iostreams/stream.hpp>

using boost::iostreams::stream;
using boost::iostreams::file_descriptor_sink;
using boost::filesystem::path;
using boost::filesystem::exists;
using boost::filesystem::status;
using boost::filesystem::remove;

int main(int argc, const char *argv[]) {
  char tmpTemplate[13];
  strncpy(tmpTemplate, "/tmp/XXXXXX", 13);
  stream<file_descriptor_sink> tmp(mkstemp(tmpTemplate));
  assert(tmp.is_open());
  tmp << "Hello mkstemp!" << std::endl;
  tmp.close();
  path tmpPath(tmpTemplate);
  if (exists(status(tmpPath))) {
    std::cout << "Output is in " << tmpPath.file_string() << std::endl;
    std::string cmd("cat ");
    cmd += tmpPath.file_string();
    system(cmd.c_str());
    std::cout << "Removing " << tmpPath.file_string() << std::endl;
    remove(tmpPath);
  }
}

Question 6

На самом деле это довольно просто. Николай М. Йосуттис выпустил fdstreamвместе со своей книгой Стандартная библиотека C ++ - Учебное пособие и справочник . Вы можете найти реализацию на 184 линии здесь .

Question 7

Я попробовал решение, предложенное выше для libstdc ++ Петром Доброгостом, и обнаружил, что у него есть болезненный недостаток: из-за отсутствия подходящего конструктора перемещения для istream очень сложно получить вновь созданный объект istream из функции создания. . Другая проблема заключается в том, что он пропускает объект FILE (даже если не думать о базовом дескрипторе файла posix). Вот альтернативное решение, позволяющее избежать этих проблем:

#include <fstream>
#include <string>
#include <ext/stdio_filebuf.h>
#include <type_traits>

bool OpenFileForSequentialInput(ifstream& ifs, const string& fname)
{
    ifs.open(fname.c_str(), ios::in);
    if (! ifs.is_open()) {
        return false;
    }

    using FilebufType = __gnu_cxx::stdio_filebuf<std::ifstream::char_type>;
    static_assert(  std::is_base_of<ifstream::__filebuf_type, FilebufType>::value &&
                    (sizeof(FilebufType) == sizeof(ifstream::__filebuf_type)),
            "The filebuf type appears to have extra data members, the cast might be unsafe");

    const int fd = static_cast<FilebufType*>(ifs.rdbuf())->fd();
    assert(fd >= 0);
    if (0 != posix_fadvise(fd, 0, 0, POSIX_FADV_SEQUENTIAL)) {
        ifs.close();
        return false;
    }

    return true;
}

Вызов posix_fadvise () демонстрирует потенциальное использование. Также обратите внимание, что в примере используется static_assert и использование C ++ 11, за исключением того, что он должен нормально собираться в режиме C ++ 03.

Question 8

Насколько я понимаю, в объектной модели iostream C ++ нет никакой связи с указателями FILE или файловыми дескрипторами, чтобы код оставался переносимым.

Тем не менее, я видел несколько мест, где упоминаются mds-utils или boost, чтобы помочь преодолеть этот пробел.