「Linux 系统编程」exec 函数族及使用示例

1 exec 函数族

在 Linux 系统编程中，fork() 函数用于创建一个新的进程，这个新进程是当前进程的副本。如果我们想要新进程执行一个全新的、不同的程序，这个时候就需要用到 exec 函数族。

exec 是 Linux 中一组功能强大且常用的函数，负责将当前进程的镜像替换为一个新的程序镜像 —— 进程的 PID 保持不变，但运行的程序被彻底替换。

1.1 exec 函数族概览

exec 函数族包含了多个函数，它们的核心功能相同（加载新程序），在参数传递方式上略有差异。这些函数都定义在 <unistd.h> 中。

函数原型	参数特点	路径搜索	环境变量
`int execl(const char path, const char arg, ...);`	列表 (List)	否 (需全路径)	继承父进程
`int execlp(const char file, const char arg, ...);`	列表 (List)	是 (PATH)	继承父进程
`int execle(const char path, const char arg, ..., char *const envp[]);`	列表 (List)	否 (需全路径)	自定义
`int execv(const char path, char const argv[]);`	向量 (Vector/数组)	否 (需全路径)	继承父进程
`int execvp(const char file, char const argv[]);`	向量 (Vector/数组)	是 (PATH)	继承父进程
`int execvpe(const char file, char const argv[], char *const envp[]);`	向量 (Vector/数组)	是 (PATH)	自定义

注意：execvpe 是一个 GNU 扩展，并非所有 UNIX 系统都支持（但主流 Linux 发行版都支持）。

区分 exec 函数族每个函数：

l (list)：以列表的形式设置命令行参数
p (path)：搜索 file 时使用 path 变量
v (vector)：以数组的形式设置命令行
e (environment)：使用环境变量数组，不适用进程原有的环境变量，设置新加载程序运行的环境变量

1.2 exec 函数参数

const char *file / const char *path：执行的程序。如果是 file 需要借助 PATH 环境变量寻找待执行程序；如果是 path 必须是完整的路径。
const char *arg, ...：对应的分别是命令行参数的 argv[0], argv[1], argv[2], ...，并且最后需要添加一个 NULL 表示参数结束。
char *const argv[]：与 const char *arg, ... 同理，参数数组的最后必须以 NULL 结尾。

1.3 exec 函数返回值

exec 函数一旦调用成功，即执行新的程序，不返回。
exec 只有失败才返回，返回 -1。因此通常直接在 exec 函数调用后直接调用 perror() 等错误判断。

2 execl、execlp (参数列表形式)

2.1 函数原型

1 2	`int execl(const char path, const char arg0, const char arg1, ..., (char ) NULL); int execlp(const char file, const char arg0, const char arg1, ..., (char ) NULL);`

path/file: 要执行的程序的路径。
- execl 需要 绝对路径 或 相对路径（如 /bin/ls 或 ./my_program）。
- execlp 只需要 程序名，系统会在 $PATH 环境变量指定的目录中搜索该程序。
arg0, arg1, ...: 命令行参数列表。arg0 是程序名本身（argv[0]）。
...: 参数需要以 (char *) NULL 结尾，表示参数列表结束。

2.2 代码示例

使用 execl 执行 ls -lh

#include <unistd.h>

int main(){
    execl("/bin/ls", "ls", "-l", "-h", (char*)NULL);
    
    // execl 失败才会执行后续代码
    perror("execl error"); 
    return 1;
}

使用 execlp 执行 ps aux：

#include <unistd.h>

int main(){
    // 系统会在 PATH 中找到 "ps" 命令
    execlp("ps", "ps", "aux", (char*)NULL);
    
    // execlp 失败才会执行后续代码
    perror("execlp failed");
    return 1;
}

3 execv、execvp (参数数组形式)

3.1 函数原型

1 2	`int execv(const char path, char const argv[]); int execvp(const char file, char const argv[]);`

path/file: 同 execl/execlp。
argv[]: 一个字符串指针数组，包含了所有命令行参数。该数组的最后一个元素必须是 NULL。

3.2 代码示例

使用 execvp 执行 ls -l /home/[username]

#include <unistd.h>

int main(){
    // 参数数组
    char* args[] = {"ls", "-l", "/home/marisa", NULL};
    
    // 使用 execvp 执行
    execvp("ls", args);
    
    perror("execvp failed");
    return 1;
}

4 execle、execvpe (自定义环境变量)

4.1 函数原型

1 2	`int execle(const char path, const char arg0, ..., (char ) NULL, char const envp[]); int execvpe(const char file, char const argv[], char *const envp[]);`

envp[]: 一个字符串指针数组，代表新程序的环境变量。数组以 NULL 结尾。每个字符串的格式通常是 “KEY=VALUE”。

envp[] 为新的程序进程提供一个 完全自定义的环境，而不是继承父进程的环境。

4.2 代码示例

使用 execle 执行一个程序并传递自定义环境

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    char* new_envp[] = {
        "MY_VAR=Hello_World",
        "PATH=/usr/bin:/bin",
        NULL // 环境变量数组也必须以 NULL 结尾
    };
    
    // print_env 打印环境变量
    execle("./print_env", "print_env", NULL, new_envp);
    
    perror("execle failed");
    return 1;
}

// print_env.c
#include <stdio.h>

// 外部变量 environ，它是由C库提供的指向环境变量数组的指针
extern char **environ;

int main(int argc, char *argv[]) {
    printf("Printing all environment variables:\n");
    printf("===================================\n");
    
    // 遍历环境变量数组，直到遇到NULL指针
    for (char **env = environ; *env != NULL; env++) {
        printf("%s\n", *env);
    }
    
    // 也可以使用 main 的第三个参数（如果使用 execle 等方式传递了环境变量）
    // 但更通用的方法是使用 environ 变量
    
    return 0;
}

print_env 程序只是打印它的所有环境变量，只会看到 MY_VAR 和 PATH，而看不到父进程原有的其他环境变量。

5 fork() 结合 exec 调用新程序

5.1 exec 核心特性

exec 调用成功，当前进程的代码、数据、堆、栈等所有段都被新程序彻底覆盖。exec 之后的代码永远不会被执行（除非调用失败）。
进程的 PID、PPID（父进程ID）、文件描述符、信号处理方式等属性会被保留。新程序可以继承父进程打开的文件、网络连接等资源。

fork() 结合 exec 代码示例

exec 最常见的用法是与 fork() 结合：

父进程调用 fork() 创建子进程。
子进程调用 exec() 来执行另一个程序。
父进程通常调用 wait() 来等待子进程结束。

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

int main() {
    pid_t pid = fork();

    if (pid == -1) {
        perror("fork failed");
        return 1;
    } else if (pid == 0) {
        // 子进程
        printf("I'm the child process (PID: %d).\n", getpid());
        execlp("ls", "ls", "-l", NULL);
        // 如果 exec 失败
        perror("execlp failed");
        return 1; // 子进程退出
    } else {
        // 父进程
        printf("I'm the parent process (PID: %d), my child is %d.\n", getpid(), pid);
        wait(NULL); // 等待子进程结束
        printf("Child process finished.\n");
    }

    return 0;
}

追逐繁星 > Linux 系统编程

#Linux

「Linux 系统编程」exec 函数族及使用示例

https://marisamagic.github.io/2025/09/02/20250902/

作者

MarisaMagic

发布于

2025年9月2日

许可协议

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