`read`系统调用示例

read。这个函数是与 open 和 write 配合使用，用于从文件描述符指向的文件中读取数据。

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1. 函数介绍

read 是一个 Linux 系统调用，它的主要作用是从指定的文件描述符（file descriptor）所关联的文件、管道、套接字等输入流中读取数据，并将其存放到程序提供的缓冲区中。你可以把它想象成从一个“数据源”里“拿出”一些字节放到你自己的“篮子”（缓冲区）里。

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2. 函数原型

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

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3. 功能

尝试从文件描述符 fd 指向的文件或资源中读取最多 count 个字节的数据，并将这些数据存储到从 buf 指向的内存地址开始的缓冲区中。

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4. 参数

• int fd: 这是文件描述符 (file descriptor)。它是一个非负整数，由 open、creat、socket 等系统调用成功执行后返回，用以标识一个已打开的文件或资源。
• void *buf: 这是一个指向缓冲区的指针。读取到的数据将被存放到从这个地址开始的内存空间中。你需要确保这个缓冲区至少有 count 个字节的空间。
• size_t count: 这是你希望读取的最大字节数。函数不会读取超过 count 个字节的数据。

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5. 返回值

read 函数返回实际读取到的字节数，这个数可能小于或等于请求的 count。

• 成功时:
  • 返回实际读取到的字节数 (0 <= 返回值 <= count)。
  • 如果返回值为 0，通常表示已经到达文件末尾 (End Of File, EOF) 或者没有更多数据可读（例如从管道或网络套接字读取时对端已关闭）。
• 出错时:
  • 返回 -1，并设置全局变量 errno 来指示具体的错误类型（例如 EAGAIN、EBADF、EFAULT 等）。

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6. 相似函数，或关联函数

• pread: 类似于 read，但它允许你在一次调用中同时指定要读取的文件描述符、缓冲区、读取字节数以及文件内的偏移量。它不会改变文件的当前偏移量。
• readv: 允许你将数据读入到多个不连续的缓冲区（一个 iovec 数组）中，这在处理结构化数据时很有用。
• write: 与 read 相反，用于将数据写入到文件描述符指向的文件或资源中。
• open: 通常在调用 read 之前使用，用来获取文件描述符。

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7. 示例代码

示例 1：从普通文件读取内容

#include <unistd.h>  // read, write, close
#include <fcntl.h>   // open, O_RDONLY
#include <stdio.h>   // perror, printf
#include <stdlib.h>  // exit
#include <errno.h>   // errno#define BUFFER_SIZE 1024int main() {int fd;                 // 文件描述符char buffer[BUFFER_SIZE]; // 用于存储读取数据的缓冲区ssize_t bytes_read;     // 实际读取的字节数// 1. 打开一个文件以供读取 (假设当前目录下有名为 "example.txt" 的文件)fd = open("example.txt", O_RDONLY);if (fd == -1) {perror("Error opening file"); // 打印错误信息exit(EXIT_FAILURE);}printf("File opened successfully with fd: %d\n", fd);// 2. 循环读取文件内容，直到文件末尾while ((bytes_read = read(fd, buffer, BUFFER_SIZE)) > 0) {// 3. 将读取到的内容写入标准输出 (屏幕)// 注意：这里没有处理 write 可能只写入部分数据的情况，// 在实际应用中可能需要循环确保所有数据都被写入。if (write(STDOUT_FILENO, buffer, bytes_read) != bytes_read) {perror("Error writing to stdout");close(fd); // 出错也要记得关闭文件exit(EXIT_FAILURE);}// 可选：打印本次读取了多少字节// printf("Read %zd bytes\n", bytes_read);}// 4. 检查 read 是否因错误而返回if (bytes_read == -1) {perror("Error reading file");close(fd);exit(EXIT_FAILURE);}// 5. 关闭文件描述符if (close(fd) == -1) {perror("Error closing file");exit(EXIT_FAILURE);}printf("\nFinished reading file.\n");return 0;
}

代码解释:

1. 定义了缓冲区大小 BUFFER_SIZE。
2. 使用 open() 以只读模式 (O_RDONLY) 打开名为 example.txt 的文件。如果失败，perror() 会打印具体错误原因，程序退出。
3. 进入 while 循环，调用 read(fd, buffer, BUFFER_SIZE)。它会尝试读取最多 1024 个字节。
4. 如果 read 返回大于 0 的值，说明读到了数据。然后使用 write() 将这些数据写到标准输出 (STDOUT_FILENO，其值为 1)。
5. 循环继续，直到 read 返回 0（EOF）。
6. 检查 read 是否返回 -1（错误）。
7. 最后，使用 close() 关闭文件描述符，释放资源。

示例 2：从标准输入读取一行

这个例子演示如何从键盘（标准输入）读取用户输入的一行文本。

#include <unistd.h>  // read
#include <stdio.h>   // perror, printf
#include <stdlib.h>  // exit#define MAX_INPUT_SIZE 256int main() {char input_buffer[MAX_INPUT_SIZE];ssize_t bytes_read;int i;printf("Enter a line of text (max %d chars): ", MAX_INPUT_SIZE - 1);// 从标准输入 (STDIN_FILENO=0) 读取数据bytes_read = read(STDIN_FILENO, input_buffer, MAX_INPUT_SIZE - 1);if (bytes_read == -1) {perror("Error reading from stdin");exit(EXIT_FAILURE);} else if (bytes_read == 0) {printf("No data read (EOF on stdin?)\n");} else {// 寻找换行符 \n，将其替换为字符串结束符 \0// 这样可以方便地将输入作为 C 字符串处理for (i = 0; i < bytes_read; ++i) {if (input_buffer[i] == '\n') {input_buffer[i] = '\0';break;}}// 如果没有找到 \n (例如输入达到缓冲区最大限制)，手动添加 \0if (i == bytes_read) {input_buffer[bytes_read] = '\0';}printf("You entered: %s\n", input_buffer);// 注意：实际读取的字符数可能比 strlen(input_buffer) 多1（因为 \n 被替换了）printf("Number of bytes read (including \\n if present): %zd\n", bytes_read);}return 0;
}

代码解释:

1. 提示用户输入。
2. 调用 read(STDIN_FILENO, ...) 从键盘读取最多 MAX_INPUT_SIZE - 1 个字符（留一个位置给可能添加的 \0）。
3. 检查返回值：-1 表示错误，0 表示 EOF，正数表示读取的字节数。
4. 为了方便打印，代码查找读入的缓冲区中的换行符 \n 并将其替换为字符串结束符 \0。
5. 使用 printf 打印处理后的字符串和实际读取的字节数。

理解 read 函数的关键在于掌握文件描述符的概念以及如何处理其返回值（特别是区分读到数据、到达文件末尾和发生错误的情况）。