C++ 执行系统命令 - 摩柯技术社区

在 C++ 中执行系统命令的多种方式

使用 system 函数

在 C++ 中，最基础且常用的执行系统命令的方式是使用 system 函数。这个函数定义在 <cstdlib> 头文件中。system 函数的原型如下：

int system(const char* command);

它接受一个指向以 null 结尾的字符串的指针，该字符串包含要执行的系统命令。当 system 函数被调用时，它会创建一个子进程，在该子进程中执行指定的命令，然后等待子进程完成，最后返回一个状态码。

以下是一个简单的示例，在 Windows 系统下使用 system 函数来执行 dir 命令（在 Unix - like 系统下对应的是 ls 命令）：

#include <iostream>
#include <cstdlib>

int main() {
    int result = system("dir");
    if (result == 0) {
        std::cout << "命令执行成功。" << std::endl;
    } else {
        std::cout << "命令执行失败，错误码: " << result << std::endl;
    }
    return 0;
}

在上述代码中，system("dir") 尝试执行系统的 dir 命令来列出当前目录下的文件和文件夹。根据 system 函数的返回值判断命令是否执行成功。如果返回值为 0，通常表示命令成功执行；非零返回值则表示执行过程中出现了问题。

然而，system 函数存在一些局限性。首先，它的返回值依赖于具体的操作系统，在不同系统上对返回值的解释可能不同。其次，system 函数无法直接获取命令的输出。如果需要获取命令的输出内容，就需要采用其他方法。

通过 popen 和 pclose 函数获取命令输出

为了能够获取系统命令的输出，C++ 可以借助 <stdio.h> 头文件中的 popen 和 pclose 函数。popen 函数用于创建一个管道，连接到另一个进程，该进程执行指定的命令。其原型如下：

FILE* popen(const char* command, const char* type);

command 参数是要执行的系统命令字符串，type 参数指定打开管道的模式，通常为 "r"（用于读取命令输出）或 "w"（用于向命令输入数据）。popen 函数返回一个指向 FILE 类型的指针，类似于 fopen 函数的返回值。

pclose 函数用于关闭由 popen 打开的管道，其原型为：

int pclose(FILE* stream);

stream 参数是 popen 函数返回的 FILE 指针。pclose 函数返回命令执行的退出状态，类似于 system 函数的返回值。

下面是一个示例，在 Unix - like 系统下获取 ls -l 命令的输出：

#include <iostream>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    FILE* pipe = popen("ls -l", "r");
    if (!pipe) {
        std::cerr << "popen() 失败!" << std::endl;
        return 1;
    }
    char buffer[128];
    std::string result = "";
    while (!feof(pipe)) {
        if (fgets(buffer, 128, pipe) != nullptr)
            result += buffer;
    }
    pclose(pipe);
    std::cout << "命令输出: " << std::endl << result << std::endl;
    return 0;
}

在这个示例中，popen("ls -l", "r") 执行 ls -l 命令并以读取模式打开管道。然后通过 fgets 函数从管道中逐行读取数据，并存储在 result 字符串中。最后使用 pclose 关闭管道，并输出命令的执行结果。

在 Windows 系统中，虽然 popen 和 pclose 函数也可用，但行为可能略有不同。而且，在 Windows 系统下，管道操作可能会受到更多的权限和环境限制。

使用 Windows 特定的函数（CreateProcess 等）

在 Windows 操作系统中，除了上述跨平台的方法外，还可以使用 Windows 提供的原生函数来执行系统命令。其中，CreateProcess 函数是一个强大的工具，它允许创建一个新进程及其主线程。CreateProcess 函数的原型较为复杂：

BOOL CreateProcess(
  LPCTSTR               lpApplicationName,
  LPTSTR                lpCommandLine,
  LPSECURITY_ATTRIBUTES lpProcessAttributes,
  LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes,
  BOOL                  bInheritHandles,
  DWORD                 dwCreationFlags,
  LPVOID                lpEnvironment,
  LPCTSTR               lpCurrentDirectory,
  LPSTARTUPINFO         lpStartupInfo,
  LPPROCESS_INFORMATION lpProcessInformation
);

lpApplicationName：指向一个以 null 结尾的字符串，指定要执行的模块名称。如果为 NULL，则 lpCommandLine 参数必须包含可执行文件的完整路径和文件名。
lpCommandLine：指向一个以 null 结尾的字符串，指定要执行的命令行。
lpProcessAttributes 和 lpThreadAttributes：分别指向 SECURITY_ATTRIBUTES 结构体，用于设置新进程及其主线程的安全属性。如果为 NULL，则使用默认的安全描述符。
bInheritHandles：一个布尔值，指定新进程是否从调用进程继承句柄。
dwCreationFlags：指定创建进程时的附加标志，例如 CREATE_NEW_CONSOLE 表示为新进程创建一个新的控制台窗口。
lpEnvironment：指向一个环境块，用于指定新进程的环境变量。如果为 NULL，则新进程将继承调用进程的环境。
lpCurrentDirectory：指向一个以 null 结尾的字符串，指定新进程的当前目录。如果为 NULL，则新进程将使用调用进程的当前目录。
lpStartupInfo：指向一个 STARTUPINFO 结构体，用于指定新进程的主窗口如何显示。
lpProcessInformation：指向一个 PROCESS_INFORMATION 结构体，用于接收新进程及其主线程的相关信息，如进程句柄、线程句柄和进程 ID 等。

下面是一个简单的示例，使用 CreateProcess 函数执行 notepad.exe 程序：

#include <windows.h>
#include <iostream>

int main() {
    STARTUPINFO si;
    PROCESS_INFORMATION pi;

    ZeroMemory(&si, sizeof(si));
    si.cb = sizeof(si);
    ZeroMemory(&pi, sizeof(pi));

    if (!CreateProcess(
        NULL,
        TEXT("notepad.exe"),
        NULL,
        NULL,
        FALSE,
        0,
        NULL,
        NULL,
        &si,
        &pi
    )) {
        std::cerr << "CreateProcess 失败，错误码: " << GetLastError() << std::endl;
        return 1;
    }

    // 等待进程结束
    WaitForSingleObject(pi.hProcess, INFINITE);

    // 关闭进程和线程句柄
    CloseHandle(pi.hProcess);
    CloseHandle(pi.hThread);

    std::cout << "进程已结束。" << std::endl;
    return 0;
}

在上述代码中，首先初始化 STARTUPINFO 和 PROCESS_INFORMATION 结构体。然后调用 CreateProcess 函数启动 notepad.exe 程序。如果创建进程失败，通过 GetLastError 函数获取错误码并输出错误信息。之后使用 WaitForSingleObject 函数等待新进程结束，最后关闭进程和线程句柄。

使用 Boost.Process 库

Boost 库是一个广泛使用的 C++ 库集合，其中的 Boost.Process 库提供了一种跨平台的、更高级的方式来执行系统命令。要使用 Boost.Process，需要安装并链接 Boost 库。

以下是一个简单的示例，使用 Boost.Process 执行 ls 命令（在 Unix - like 系统下）并获取其输出：

#include <iostream>
#include <boost/process.hpp>

namespace bp = boost::process;

int main() {
    std::string output;
    bp::ipstream pipe_stream;
    bp::child c("ls", bp::std_out > pipe_stream);
    while (pipe_stream && std::getline(pipe_stream, output)) {
        std::cout << output << std::endl;
    }
    c.wait();
    return 0;
}

在这个示例中，bp::child c("ls", bp::std_out > pipe_stream) 创建一个子进程执行 ls 命令，并将标准输出重定向到 pipe_stream。然后通过 std::getline 从 pipe_stream 中逐行读取命令的输出并输出到控制台。最后使用 c.wait() 等待子进程结束。

Boost.Process 库提供了更丰富的功能，如设置进程的环境变量、标准输入输出重定向等，同时在不同操作系统上提供了统一的接口，使得代码具有更好的可移植性。

跨平台的考虑

在编写跨平台的 C++ 代码来执行系统命令时，需要充分考虑不同操作系统的差异。例如，前面提到的 system 函数虽然跨平台可用，但返回值的含义在不同系统上可能不同。popen 和 pclose 函数在 Windows 和 Unix - like 系统上的行为也存在一些细微差别。

对于更复杂的跨平台需求，使用 Boost.Process 库是一个不错的选择，它提供了统一的接口来处理进程相关的操作。另外，也可以根据不同的操作系统条件编译不同的代码部分，例如：

#ifdef _WIN32
// Windows 特定的代码，如使用 CreateProcess
#elif defined(__unix__) || defined(__unix) || defined(unix) || (defined(__APPLE__) && defined(__MACH__))
// Unix - like 系统特定的代码，如使用 popen 和 pclose
#endif

通过这种条件编译的方式，可以在代码中针对不同操作系统编写特定的执行系统命令的逻辑，从而实现更好的跨平台兼容性。

安全方面的考虑

在执行系统命令时，安全是一个至关重要的问题。如果在 system 函数或其他执行命令的接口中直接使用用户输入作为命令，很容易遭受命令注入攻击。例如，以下代码存在安全风险：

#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <string>

int main() {
    std::string userInput;
    std::cout << "请输入要执行的命令: ";
    std::getline(std::cin, userInput);
    int result = system(userInput.c_str());
    if (result == 0) {
        std::cout << "命令执行成功。" << std::endl;
    } else {
        std::cout << "命令执行失败，错误码: " << result << std::endl;
    }
    return 0;
}

恶意用户可以输入类似 dir && del *.* 的内容，这样不仅会执行 dir 命令，还会执行 del *.* 命令删除当前目录下的所有文件。

为了避免这种安全风险，应该对用户输入进行严格的验证和过滤，确保输入内容只包含合法的命令参数，不包含恶意的命令组合。另外，尽量避免直接使用用户输入构建命令字符串，可以使用参数化的方式来执行命令，例如在使用 CreateProcess 函数时，将命令和参数分开传递，以减少命令注入的可能性。

总结不同方法的适用场景

system 函数：适用于简单的命令执行，不关心命令输出，只需要知道命令是否执行成功的场景。例如，执行一些系统配置相关的命令，如重启服务等。但由于其返回值的平台依赖性和无法获取输出的局限性，使用场景相对有限。
popen 和 pclose 函数：适用于需要获取系统命令输出的场景，在 Unix - like 系统下使用较为方便。在 Windows 系统下虽然也可用，但可能会遇到一些权限和环境问题。适合获取文件列表、系统状态等信息并进行进一步处理的场景。
Windows 特定函数（CreateProcess 等）：在 Windows 系统下，如果需要更精细地控制进程的创建、启动参数、环境变量等，使用 Windows 原生的函数如 CreateProcess 更为合适。例如，创建一个具有特定安全属性和环境配置的新进程。
Boost.Process 库：对于跨平台的项目，且需要更高级的进程操作功能，如标准输入输出重定向、设置环境变量等，Boost.Process 库提供了统一且功能丰富的接口，是一个很好的选择。它可以减少针对不同操作系统编写重复代码的工作量，提高代码的可维护性和可移植性。

通过对以上多种在 C++ 中执行系统命令方式的详细介绍，开发者可以根据具体的需求和项目的特点，选择最合适的方法来实现系统命令的执行和交互。同时，要始终关注安全问题，避免因不当使用导致的安全漏洞。