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0723------Linux基础----------文件 IO 之 dup、dup2 和 fcntl 函数
1. dup 函数
1.1 dup 函数用来复制一个文件描述符，复制后的文件描述符可以正常使用（见例1）。dup函数返回当前文件描述符表中一个最小的可用的文件描述符（Linux下分配文件描述符的规则是：寻找最小可用），这个过程由系统来完成。dup函数成功执行后，两个文件描述符fd_1 和 fd_2 指向同一个文件表项，因它们共享偏移量（文件数据结构图见Unix环境高级编程），在内核中的数据结构表示为：1个进程表项，1个文件表项（这里两个文件描述符指向同一个文件表项），1个V结点。文件表项中有一个属性是引用计数，调用dup后，两个文件描述符指向的是同一个文件表项，因而该表项中的引用计数为2，close 一个fd 的时候引用计数减1，只有当引用计数为 0 时，该文件表项才会被销毁。
例1. dup 复制后的文件描述符可以正常使用。
#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h>/* * dup 的用法 复制文件描述符 * */#define ERR_EXIT(m) do { perror(m); exit(EXIT_FAILURE); }while(0)int main(int argc, const char *argv[]){ int fd_1 = open("test.txt", O_RDONLY); if(fd_1 == -1){ ERR_EXIT("open"); } int fd_2 = dup(fd_1); printf("fd_1 = %d\t fd_2 = %d\n", fd_1, fd_2); char buf[1024] = {0}; //这里一定要初始化为0 read(fd_2, buf, 1024); printf("buf:%s\n", buf); close(fd_1); close(fd_2); return 0;}例2. dup复制后的两个描述符共享偏移量，因此二者交替读取时，文件内容连续。
#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h>/* * dup 复制后两个文件描述符指向同一个文件表项 * 因而共享文件偏移量 */#define ERR_EXIT(m) do { perror(m); exit(EXIT_FAILURE); }while(0)int main(int argc, const char *argv[]){ int fd_1 = open("test.txt", O_RDONLY); if(fd_1 == -1){ ERR_EXIT("open"); } int fd_2 = dup(fd_1); printf("fd_1 = %d\t fd_2 = %d\n", fd_1, fd_2); char buf[1024] = {0}; //从两个文件描述符表中交替读文件 read(fd_1, buf, 3); printf("fd_1 buf:%s\n", buf); memset(buf, 0, sizeof(buf)); read(fd_2, buf, 3); printf("fd_2 buf:%s\n", buf); close(fd_1); //关闭一个后另一个还能读 memset(buf, 0, sizeof(buf)); read(fd_2, buf, 3); printf("fd_2 buf:%s\n", buf); close(fd_2); return 0;}2. dup2
2.1 dup2和dup 函数功能相同，都是复制文件描述符，但是二者的区别在于，dup由系统分配fd，而dup2由手工指定。如果dup2指定的文件描述符已经被占用，那么会先关闭该fd；如果二者相等，那么仍然返回该fd。
#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h>/* * dup2用于复制时 可以手工指定被复制的fd * 如果该fd 已经被占用，那么要先关闭 */#define ERR_EXIT(m) do { perror(m); exit(EXIT_FAILURE); }while(0)int main(int argc, const char *argv[]){ int fd_1 = open("test.txt", O_RDONLY); if(fd_1 == -1){ ERR_EXIT("open"); } int fd_2 = 5; dup2(fd_1, fd_2); char buf[1024] = {0}; read(fd_2, buf, 20); printf("fd_2 buf:%s\n", buf); close(fd_1); close(fd_2); return 0;}2.2 两个要注意的点
a）两个常用命令 od -c filename 以ASCII 码显示文件的内容； du -h filename 显示文件中在磁盘中的大小，其中od 可以指定多种格式 如二进制 十六进制 浮点数 等等。
b) 数组如果不初始化为0，里面存放的是随机的值。因此定义的时候一定要初始化为0。
3.重定向标准输入输出
3.1实现标准流重定向是通过复制fd实现的。复制fd有三种方法：
a) dup
b) dup2
c) fcntl，设置选项为F_DUPFD
3.2 用 dup 重定向标准输入
#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h>#include <unistd.h>/* * 重定向标准输入 */#define ERR_EXIT(m) do { perror(m); exit(EXIT_FAILURE); }while(0)int main(int argc, const char *argv[]){ int fd_1 = open("test.txt", O_RDONLY); if(fd_1 == -1){ ERR_EXIT("open"); } close(STDIN_FILENO); int fd_2 = dup(fd_1); //此时0 和 3 指向同一个文件表项 //printf("fd_1 = %d\t fd_2 = %d\n", fd_1, fd_2); // fd_1 = 3 fd_2 = 0 char buf[1024] = {0}; fgets(buf, 1024, stdin); fputs(buf, stdout); close(fd_1); return 0;}3.3 用 dup2 重定向标准输入
#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h>#include <unistd.h>/* *用 dup2 重定向标准输入 */#define ERR_EXIT(m) do { perror(m); exit(EXIT_FAILURE); }while(0)int main(int argc, const char *argv[]){ int fd_1 = open("test.txt", O_RDONLY); if(fd_1 == -1){ ERR_EXIT("open"); } dup2(fd_1, STDIN_FILENO); // 这里 首先 关闭 STDIN_FILENO , 然后将该fd 指向 fd_1 char buf[1024] = {0}; fgets(buf, 1024, stdin); fputs(buf, stdout); close(fd_1); return 0;}3.4 用 fcntl 重定向标准输入
#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h>#include <unistd.h>/* *用 fcntl 重定向标准输入 */#define ERR_EXIT(m) do { perror(m); exit(EXIT_FAILURE); }while(0)int main(int argc, const char *argv[]){ int fd_1 = open("test.txt", O_RDONLY); if(fd_1 == -1){ ERR_EXIT("open"); } close(STDIN_FILENO); int fd_2 = fcntl(fd_1, F_DUPFD, 0); char buf[1024] = {0}; fgets(buf, 1024, stdin); fputs(buf, stdout); close(fd_1); return 0;}4. fcntl 函数
4.1 将标准输入描述符设置为非阻塞。这里解释一下阻塞和非阻塞。以本例中的read函数为例，默认情况下，STDIN_FILENO是阻塞的，即如果当前没有数据可读时，本进程会进入睡眠状态，一直等待，知道有数据可读时才返回。而当我们用fcntl 将该描述符设置为非阻塞时，如果当前没有数据可读，read 函数会立即返回-1，并设置相应的errno值。
#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h>#include <unistd.h>/* * 设置标准输入为非阻塞 * */#define ERR_EXIT(m) do { perror(m); exit(EXIT_FAILURE); }while(0)int main(int argc, const char *argv[]){ int flag = fcntl(STDIN_FILENO, F_GETFL, 0); flag |= O_NONBLOCK; fcntl(STDIN_FILENO, F_SETFL, flag); char buf[1024] = {0}; int read_n = read(STDIN_FILENO, buf, 1024); if(read_n == -1){ ERR_EXIT("read"); } return 0;}4.2 fcntl 的返回值根据第二个参数的不同而不同，比如当参数为F_DUPFD时，若成功，返回新的文件描述符；当参数为F_GETFL时，返回文件的状态标志，这里的文件状态标志是O_RDONLY,O_WRONLY,O_TRUNC 等等，增加一个标志和去掉一个标志的方式分别为 flag |= file_flag; flag &= ~file_flag;
#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h>#include <unistd.h>/* *将设置非阻塞 和 阻塞封装成函数 */#define ERR_EXIT(m) do { perror(m); exit(EXIT_FAILURE); }while(0)void set_nonblock(int fd);void set_block(int fd);int main(int argc, const char *argv[]){ set_nonblock(STDIN_FILENO); set_block(STDIN_FILENO); char buf[1024] = {0}; int read_n = read(STDIN_FILENO, buf, 1024); if(read_n == -1){ ERR_EXIT("read"); } printf("buf: %s", buf); return 0;}void set_block(int fd){ int flag = fcntl(fd, F_GETFL, 0); if(flag == -1){ ERR_EXIT("fcntl getfl"); } flag &= ~O_NONBLOCK; if(fcntl(fd, F_SETFL,flag) == -1){ ERR_EXIT("fcntl setfl"); }}void set_nonblock(int fd){ int flag = fcntl(fd, F_GETFL, 0); if(flag == -1){ ERR_EXIT("fcntl getfl"); } flag |= O_NONBLOCK; if(fcntl(fd, F_SETFL, flag) == -1){ ERR_EXIT("fcntl setfl"); }}