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	 fd_2 = %d
", 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
", 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	 fd_2 = %d
", 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
", buf);

    memset(buf, 0, sizeof(buf));
    read(fd_2, buf, 3);
    printf("fd_2  buf:%s
", 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
", 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
", 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	 fd_2 = %d
", 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");
    }
}