面试题：C++跨平台执行系统命令及性能优化

整体架构设计思路

抽象层设计：设计一个抽象基类 SystemCommandExecutor，定义执行系统命令的接口，例如 executeCommand(const std::string& command)。然后针对不同操作系统，派生出具体的实现类，如 WindowsCommandExecutor、LinuxCommandExecutor 和 MacOSCommandExecutor。这样可以将不同操作系统的具体实现细节封装起来，对外提供统一的接口。
命令语法差异处理：
- 在每个具体实现类中，针对不同系统的命令语法进行适配。例如，在 Windows 中命令分隔符可能是 &&，而在 Linux 和 macOS 中是 ;。可以在每个实现类的 executeCommand 方法中对传入的命令字符串进行预处理，将通用的命令分隔符转换为对应系统的实际分隔符。
- 不同系统下一些命令的参数格式也可能不同，例如获取文件列表，Windows 下是 dir，Linux 和 macOS 下是 ls。可以在具体实现类中维护一个命令映射表，将通用命令映射到对应系统的实际命令。
性能优化策略：
- 进程复用：对于类 Unix 系统（Linux 和 macOS），可以使用 popen 函数结合管道来复用进程。例如，在执行多个相关命令时，可以先打开一个管道，通过该管道依次发送不同的命令，而不是每次都启动新的进程。对于 Windows，可以使用 CreateProcess 并结合管道来实现类似的效果，但具体实现细节有所不同。
- 缓存机制：对于一些经常执行的命令，可以使用缓存机制。例如，在执行获取系统环境变量的命令时，如果已经执行过一次，可以将结果缓存起来，下次直接返回缓存结果，避免重复执行命令。

关键代码片段示例

抽象基类定义

#include <string>
class SystemCommandExecutor {
public:
    virtual std::string executeCommand(const std::string& command) = 0;
    virtual ~SystemCommandExecutor() = default;
};

Linux 具体实现类

#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#include <memory>
class LinuxCommandExecutor : public SystemCommandExecutor {
public:
    std::string executeCommand(const std::string& command) override {
        std::unique_ptr<FILE, decltype(&pclose)> pipe(popen(command.c_str(), "r"), pclose);
        if (!pipe) {
            throw std::runtime_error("popen() failed!");
        }
        char buffer[128];
        std::string result;
        while (fgets(buffer, sizeof(buffer), pipe.get()) != nullptr) {
            result += buffer;
        }
        return result;
    }
};

Windows 具体实现类

#include <iostream>
#include <windows.h>
#include <tchar.h>
#include <stdio.h>
class WindowsCommandExecutor : public SystemCommandExecutor {
public:
    std::string executeCommand(const std::string& command) override {
        SECURITY_ATTRIBUTES saAttr;
        saAttr.nLength = sizeof(SECURITY_ATTRIBUTES);
        saAttr.bInheritHandle = TRUE;
        saAttr.lpSecurityDescriptor = NULL;

        HANDLE hReadPipe, hWritePipe;
        if (!CreatePipe(&hReadPipe, &hWritePipe, &saAttr, 0)) {
            throw std::runtime_error("CreatePipe failed");
        }

        STARTUPINFO si;
        PROCESS_INFORMATION pi;
        ZeroMemory(&si, sizeof(si));
        si.cb = sizeof(si);
        si.hStdError = hWritePipe;
        si.hStdOutput = hWritePipe;
        si.dwFlags |= STARTF_USESTDHANDLES;

        ZeroMemory(&pi, sizeof(pi));

        if (!CreateProcess(NULL, const_cast<LPTSTR>(_T(command.c_str())), NULL, NULL, TRUE, 0, NULL, NULL, &si, &pi)) {
            CloseHandle(hReadPipe);
            CloseHandle(hWritePipe);
            throw std::runtime_error("CreateProcess failed");
        }

        CloseHandle(hWritePipe);

        char buffer[128];
        DWORD bytesRead;
        std::string result;
        while (ReadFile(hReadPipe, buffer, sizeof(buffer) - 1, &bytesRead, NULL) && bytesRead > 0) {
            buffer[bytesRead] = '\0';
            result += buffer;
        }

        CloseHandle(hReadPipe);
        CloseHandle(pi.hProcess);
        CloseHandle(pi.hThread);

        return result;
    }
};

使用示例

int main() {
    LinuxCommandExecutor linuxExecutor;
    std::string linuxResult = linuxExecutor.executeCommand("ls -l");
    std::cout << "Linux result: " << linuxResult << std::endl;

    WindowsCommandExecutor windowsExecutor;
    std::string windowsResult = windowsExecutor.executeCommand("dir");
    std::cout << "Windows result: " << windowsResult << std::endl;

    return 0;
}

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