Linux C语言read函数如何使用？

read 是 Linux/Unix 系统中最基本、最重要的系统调用之一，用于从文件描述符（file descriptor）中读取数据。

函数原型

read 函数在 <unistd.h> 头文件中声明。

#include <unistd.h>
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);

参数详解

1. int fd: 文件描述符

   • 这是一个非负整数，是内核为了管理一个打开的文件（或设备、套接字等）而返回的句柄。
   • 它是 open, socket, pipe, accept 等函数的返回值。
   • 当一个程序启动时，Linux 默认会打开三个文件描述符：
     • 0: 标准输入
     • 1: 标准输出
     • 2: 标准错误
   • 你可以用 0 来从键盘读取数据，用 1 向屏幕写入数据。

2. void *buf: 缓冲区

   • 这是一个指向内存区域的指针，read 会将从 fd 读取的数据存放到这个缓冲区中。
   • 调用者必须确保这个缓冲区足够大，能够容纳最多 count 字节的数据，否则会导致缓冲区溢出,非常危险。

3. size_t count: 读取的字节数

   
   （图片来源网络，侵删）
   • 这是你希望从 fd 读取的最大字节数。
   • read 并不保证一定能读取到 count 个字节,它可能会返回更少的字节数。

返回值

read 的返回值类型是 ssize_t，这是一个有符号的整数类型,有以下几种情况：

• 成功时:

  • 返回实际读取到的字节数，这个值会小于或等于 count。
  • 如果返回 0，表示已经到达了文件的末尾,没有更多数据可读了。

• 出错时:

  • 返回 -1，errno 会被设置为一个特定的错误码（你可以用 perror 函数打印出错误信息）。

• 特殊情况:

  • 阻塞与非阻塞: 如果文件描述符被设置为阻塞模式（默认），并且当前没有数据可读（从网络套接字或管道读取时），read 调用会阻塞，暂停程序的执行,直到有数据到达或发生错误。
  • 如果文件描述符被设置为非阻塞模式，当没有数据可读时，read 会立即返回 -1，并将 errno 设置为 EAGAIN 或 EWOULDBLOCK。

错误码

当 read 返回 -1 时，errno 可能被设置为以下常见值：

• EAGAIN / EWOULDBLOCK: 文件描述符被设置为非阻塞模式,并且当前没有数据可读。
• EBADF: fd 不是一个有效的文件描述符,或者它没有被打开为只读。
• EINTR: 读取操作被一个信号中断。
• EIO: 发生了 I/O 错误。
• EINVAL: 参数 count 为 0 或负数。

一个简单的示例：从标准输入读取

这个例子演示了如何从标准输入（通常是键盘）读取用户输入，并将其打印到标准输出（通常是屏幕）。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h> // for read
#include <string.h> // for strlen
#include <errno.h>  // for errno
#define BUFFER_SIZE 1024
int main() {
    char buffer[BUFFER_SIZE];
    ssize_t bytes_read;
    // 从标准输入 (fd=0) 读取数据，最多读取 BUFFER_SIZE-1 个字节
    // 留一个字节给字符串结束符 '\0'
    bytes_read = read(STDIN_FILENO, buffer, BUFFER_SIZE - 1);
    // 检查 read 是否出错
    if (bytes_read == -1) {
        // 使用 perror 打印一个描述性的错误信息
        perror("read error");
        return 1; // 返回非零表示错误
    }
    // 检查是否到达文件末尾 (用户按了 Ctrl+D)
    if (bytes_read == 0) {
        printf("End of input (EOF).\n");
        return 0;
    }
    // 成功读取，为字符串添加结束符 '\0'
    buffer[bytes_read] = '\0';
    // 打印读取到的内容
    printf("You entered: %s", buffer);
    printf("Number of bytes read: %zd\n", bytes_read);
    return 0;
}

如何编译和运行:

1. 将代码保存为 read_example.c。
2. 编译：gcc read_example.c -o read_example
3. 运行：./read_example
4. 在终端输入一些文字，然后按回车,程序会打印你输入的内容和读取的字节数。
5. 尝试直接按 Ctrl+D（发送 EOF 信号），程序会提示 "End of input"。

重要注意事项和最佳实践

1. 循环读取: read 不会一次性读取你请求的所有数据，尤其是在读取网络套接字或管道时，一个健壮的程序应该在一个循环中调用 read,直到读取到期望数量的字节或到达文件末尾。

   // 一个更健壮的读取循环
   char buffer[BUFFER_SIZE];
   size_t total_bytes_to_read = 100;
   size_t total_bytes_read = 0;
   while (total_bytes_read < total_bytes_to_read) {
       ssize_t bytes_read = read(fd, buffer + total_bytes_read, total_bytes_to_read - total_bytes_read);
       if (bytes_read == -1) {
           // 错误处理
           perror("read failed");
           break;
       } else if (bytes_read == 0) {
           // EOF
           printf("EOF reached.\n");
           break;
       }
       total_bytes_read += bytes_read;
   }

2. 缓冲区大小: count 参数是请求读取的最大字节数，而不是保证读取的字节数，不要假设 read 一定会填满你的缓冲区。

3. 文本 vs. 二进制模式: 在 Linux 上，read 总是进行二进制模式的读取，它不会对数据进行任何转换（比如把 \r\n 转成 \n），这与 Windows 的 C 库函数（如 fread）在文本模式下有所不同，这使得 read 在处理二进制文件（如图片、可执行文件）时非常可靠。

4. 文件指针: read 会自动更新与文件描述符 fd 相关联的“文件指针”（或叫“当前偏移量”），下一次读取会从上一次读取结束的位置继续，你可以使用 lseek 系统调用来移动这个指针。

read 与标准 I/O 库函数（fread）的区别

何时使用哪个？

• 使用 fread / fwrite: 当你进行常规的文件读写，特别是处理文本文件或对性能要求不是极致时，这是绝大多数情况下的首选，因为它更简单、通常性能更好。
• 使用 read / write:
  • 当你需要处理网络套接字、管道、终端等非文件设备时。
  • 当你进行二进制文件的精确读写,不希望有任何意外的数据转换时。
  • 当你需要与I/O 多路复用机制（如 epoll）配合使用时，因为这些机制只监控文件描述符，不监控 FILE* 流。
  • 当你在编写系统编程、驱动程序或需要极致控制性能的底层代码时。

read 是 Linux C 程序员必须掌握的核心工具，理解其行为和返回值是编写健壮、高效程序的基础。