在Linux环境下,C语言程序通过调用shell命令可以扩展功能，实现文件操作、系统管理、进程控制等任务，常用的方法包括system()函数、popen()函数、exec系列函数以及lib库中的spawn函数等，每种方法适用于不同场景，具有各自的优缺点和注意事项。
system()函数是最简单直接的方式，其原型为int system(const char *command)，功能是执行指定的shell命令并等待命令执行完成，执行ls -l命令只需调用system("ls -l")，该函数的实现依赖于系统的/bin/sh解释器，因此会启动新的进程来执行命令，优点是使用简单，无需关心进程细节；缺点是无法获取命令的输出结果，且安全性较低，若命令参数来自用户输入，可能引发命令注入漏洞，若用户输入的参数包含rm -rf /等恶意命令，system()会直接执行，导致系统风险，使用system()时需对输入参数进行严格过滤或转义。
popen()函数通过管道机制实现与shell命令的交互，其原型为FILE *popen(const char *command, const char *mode)，其中mode参数为"r"（读取命令输出）或"w"（向命令输入数据），执行cat file.txt | grep "error"并获取输出结果，可通过以下代码实现：
FILE *fp = popen("cat file.txt | grep 'error'", "r");
if (fp) {
char buf[128];
while (fgets(buf, sizeof(buf), fp) != NULL) {
printf("%s", buf);
}
pclose(fp);
}
与system()相比，popen()可以获取命令的标准输出或输入，适合需要处理命令结果的场景，但需注意，popen()同样存在命令注入风险，且管道操作可能导致缓冲区阻塞，需合理处理数据流。
对于更精细的进程控制,可使用exec系列函数（如execlp()、execvp()），其特点是直接替换当前进程的映像，不创建新的shell进程，执行ls -l命令并获取返回状态：
pid_t pid = fork();
if (pid == 0) {
execlp("ls", "ls", "-l", NULL);
exit(EXIT_FAILURE);
} else if (pid > 0) {
int status;
waitpid(pid, &status, 0);
if (WIFEXITED(status)) {
printf("Exit status: %d\n", WEXITSTATUS(status));
}
}
exec系列函数的效率较高，适合需要直接控制进程参数的场景，但需结合fork()和wait()函数使用，代码复杂度较高。exec不会启动shell，因此无法直接执行包含管道或重定向的复杂命令，需通过sh -c间接调用，例如execlp("sh", "sh", "-c", "ls | wc -l", NULL)。
以下是不同方法的对比表格：
| 方法 | 优点 | 缺点 | 适用场景 |
|---|---|---|---|
system() |
简单易用，支持复杂shell命令 | 无法获取输出，安全性低 | 无需结果输出的简单命令 |
popen() |
可交互，获取输入/输出 | 存在注入风险，可能阻塞 | 需处理命令结果的场景 |
exec系列 |
效率高，直接控制进程 | 代码复杂，不支持复杂shell命令 | 需精细控制进程参数的场景 |
在实际应用中,还需注意错误处理和资源释放。system()返回-1表示调用失败，popen()失败时返回NULL，需检查返回值并使用pclose()关闭管道，频繁调用shell命令可能影响性能，建议在循环或高频操作场景中优化逻辑，避免不必要的进程创建。
相关问答FAQs：
Q1: 如何安全地使用system()函数避免命令注入？
A1: 避免直接拼接用户输入到命令字符串中，若必须使用用户输入，可通过白名单过滤非法字符，或使用exec系列函数直接执行程序（不通过shell），将system("rm -rf " + user_input)改为使用fork()和exec()，并严格验证user_input的合法性。
Q2: popen()读取命令输出时，如何避免缓冲区阻塞？
A2: 可通过设置管道为非阻塞模式，或逐行读取数据并立即处理，使用setbuf(fp, NULL)关闭标准缓冲，或采用多线程方式同时读取管道和标准输入，确保数据流不被阻塞，对于大数据量输出，可分批次读取并写入临时文件，避免内存溢出。
