在C++中，当cin是一个bash heredoc时调用fork会导致重复的输入片段。

Question

我正在用C++实现一个类似于shell的程序。它有一个循环，从cin读取数据，然后fork出子进程并等待其返回结果。

如果输入是交互式的或者从另一个程序进行了管道传输，那么这个程序可以正常运行。但是，当输入是一个bash heredoc时，程序会重新读取部分输入（有时无限期地重复读取）。

我知道子进程会继承父进程的文件描述符，包括共享文件偏移量。但是，这个例子中的子进程没有从cin读取任何内容，所以我认为它不应该接触偏移量。我对这种情况感到困惑。

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test.cpp：

#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>

int main(int argc, char **argv)
{
    std::string line;
    while (std::getline(std::cin, line)) {
        pid_t pid = fork();
        if (pid == 0) { // child
            break; // exit immediately
        }
        else if (pid > 0) { // parent
            waitpid(pid, nullptr, 0);
        }
        else { // error
            perror("fork");
        }

        std::cout << getpid() << ": " << line << "\n";
    }
    return 0;
}

我按照以下方式编译：

g++ test.cpp -std=c++11

然后我用以下命令运行它：

./a.out <<EOF
hello world
goodbye world
EOF

输出：

7754: hello world
7754: goodbye world
7754: goodbye world

如果我在输入命令中添加第三行foo bar，程序就会陷入无限循环：

13080: hello world
13080: goodbye world
13080: foo bar
13080: o world
13080: goodbye world
13080: foo bar
13080: o world
[...]

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版本信息:

• Linux内核: 4.4.0-51-generic
• Ubuntu系统: 16.04.1 LTS (xenial)
• Bash shell: GNU bash, version 4.3.46(1)-release (x86_64-pc-linux-gnu)
• GCC编译器: g++ (Ubuntu 5.4.0-6ubuntu1~16.04.4) 5.4.0 20160609

- Kevin Chen

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如果在开头执行 std::ios::sync_with_stdio(false); 并在写入 stdout 后显式刷新会发生什么？（例如将 '\n' 更改为 std::endl） - user1084944

通过跟踪子进程，我可以清楚地看到正在发生的事情。子进程在退出之前会向后查找文件描述符0，这会影响父进程。不幸的是，我不知道C库为什么会这样做，所以我不会将详细信息发布为答案。这也会发生在显式使用exit(0)但不会在_exit(0)时发生。 - Sam Varshavchik

这里的答案可能会有用：http://stackoverflow.com/questions/33899548/file-pointers-after-returning-from-a-forked-child-process - Erix

我无法复现这个问题，但是如果子进程没有执行 exec 函数，你绝对应该在 fork 出的子进程中使用 _exit 或 quick_exit 函数。父进程会构建 cout 缓冲区状态并且子进程会继承它。如果子进程正常退出，他们将尝试刷新自己拷贝的 cout 缓冲区，而此时父进程正在刷新缓冲区。如果发生这种情况，你将在输出中获得重复项。 - Petr Skocik

据我所知，无法倒回stdin被认为是glibc的一个bug。 - n. m.

Answer 1

我能够重现这个问题，不仅使用heredoc，还使用标准的文件重定向。

以下是我使用的测试脚本。在第一和第二种情况下，我都得到了输入的第二行的重复。

./a.out < Input.txt
echo

cat Input.txt | ./a.out
echo

./a.out <<EOF
hello world
goodbye world
EOF

在子进程退出之前关闭stdin似乎可以解决这两个问题。

#include <iostream>
#include <sstream>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
#include <limits>

int main(int argc, char **argv)
{
    std::string line;
    while (std::getline(std::cin, line)) {
        pid_t pid = fork();
        if (pid == 0) { // child
            close(STDIN_FILENO);
            break; // exit after first closing stdin
        }
        else if (pid > 0) { // parent
            waitpid(pid, nullptr, 0);
        }
        else { // error
            perror("fork");
        }

        std::cout << getpid() << ": " << line << "\n";
    }
    return 0;
}

- merlin2011