奇怪的fork结果

本文最后更新于：2023年12月17日下午

前言

最近在上操作系统的相关课程，恰好学到了fork函数。这么为了引入问题，简单测试一下，请问下面的代码会输出什么？

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
     fork();
     fork();
     fork();
     printf("Hello World\n");
     exit(0);
}

奇妙的过程

相信聪明的小伙伴，马上就能回答，“会输出8行 Hello World”。原因也很简单，因为每次执行完fork函数都会生成一个跟父进程一样的子进程，所以第一次执行完fork，总共有2个进程，第二次执行完fork就会有4个，第三次执行完就会有8个，所以最后每个进程都会输出一行Hello World。

接下来，我们稍微改变代码，变成下面这样子，那么这次输出结果会怎么样呢？

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
     printf("Hello World\n");
     fork();
     fork();
     fork();
     exit(0);
}

这不也还是很简单吗，结果只是输出一行“Hello World”，因为打印操作在fork操作前，所以接下来的子进程都不会再执行打印输出的操作了。一开始我也是这么想的，但是VScode上的输出结果却令人大吃一惊，这怎么还是输出8行啊？

VScode输出结果

这真让人有些摸不着头脑，然后我又试了试在命令行下直接编译执行，发现这次得到的结果符合预期，这更加令人疑惑了。所以我又去试了试在Clion下执行这段代码，发现输出的结果也是符合预期的。

命令行下编译执行

Clion执行结果

那么在多方对比之下，只能是认为是VScode出了问题。当时我还认为是VScode里Code Runner这个插件的问题，所以在Stack Overflow上提问了^[1]，随后得到了大牛的解答。

简单来说printf是有一个buffer的，也就是说并不是执行完printf语句，就会立即输出显示到终端屏幕（标准输出stdout）上，只有buffer满了，或者显示调用刷新，或是输入回车符 ‘\n’ ，才会立即将缓冲区的内容输出到屏幕上。

但是对于VScode来说，程序代码并不是直接运行在终端shell里的，标准输出stdout会绑定到IDE自身的一个GUI（图形用户界面）。此时，只有当缓冲区满了，或者是手动刷新缓冲区的时候，才会立刻输出到GUI界面上，也就是说缓冲区接收到了’\n’回车符也不会立即输出。下图是我的理解，可能不太准确，不过大体上这么解释能够说得通。

个人图解（可能不太准确）

因此就有了输出8行的奇怪形象，因为每个子进程都继承了缓冲区里的内容，直到最后程序退出时刷新缓冲区，因此最后每个程序都输出一行。

然后在尝试下添加fflush手动刷新缓冲区，输出果然变成了只有一行，验证了之前的想法。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
     printf("Hello World\n");
     fflush(stdout);
     fork();
     fork();
     fork();
     exit(0);
}