C语言详解select函数的使用

什么是select函数？

select函数是Linux系统中的多路复用函数，它通过检查一组文件描述符（socket、文件、管道等）的状态来实现同时监视多个文件描述符的读写状态，并在其中的一个文件描述符可读写时进行相应的处理。可以说，select函数是实现I/O多路复用的重要工具之一。

select函数的语法

int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);

• nfds：指最大的文件描述符加1，即文件描述符集合中所有文件描述符的范围，nfds参数常常被设置为需要检查的文件描述符集合中的最大文件描述符+1。
• readfds：可读文件描述符集合；其中每个元素代表一个文件描述符。如果文件描述符可读了，则相应元素会被置为1，否则为0。
• writefds：可写文件描述符集合；其中每个元素代表一个文件描述符。如果文件描述符可写了，则相应元素会被置为1，否则为0。
• exceptfds：异常文件描述符集合；其中每个元素代表一个文件描述符。如果文件描述符出现异常情况了，例如收到外带数据，该元素会被置为1，否则为0。
• timeout：select超时时间，分两种情况：当它的值为NULL时，表示无限等待；如果在超时时间内仍没有事件到达，则返回0。当它的值不为NULL时，最长等待时间为timeout。如果时间耗尽还没有I/O事件发生，则该函数返回0。

select函数使用示例

示例一：使用select函数实现简单的回显服务器

下面的示例演示如何使用select函数实现简单的回显服务器。该服务器首先监听来客户端的连接，当有客户端连接到服务器后，便会以子进程的方式处理客户端请求，并进行回显处理。具体实现过程如下所示：

#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <sys/select.h>

#define MAXLINE 1024
#define SERV_PORT 7000

void str_echo(int sockfd)
{
    ssize_t n;
    char buf[MAXLINE];
    while (1)
    {
        memset(buf, 0, MAXLINE);
        if ((n = read(sockfd, buf, MAXLINE)) == 0)
            return;
        write(sockfd, buf, n);
    }
}

int main(int argc, char **argv)
{
    int listenfd, connfd;
    pid_t childpid;
    socklen_t clilen;
    struct sockaddr_in cliaddr, servaddr;

    if ((listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1)
    {
        perror("socket error");
        exit(1);
    }

    bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
    servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

    if (bind(listenfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)) == -1)
    {
        perror("bind error");
        exit(1);
    }

    if (listen(listenfd, SOMAXCONN) == -1)
    {
        perror("listen error");
        exit(1);
    }

    fd_set rset, allset;
    FD_ZERO(&allset);
    FD_SET(listenfd, &allset);

    int maxfd = listenfd;
    int nready, i, sockfd;

    while (1)
    {
        rset = allset;
        if ((nready = select(maxfd + 1, &rset, NULL, NULL, NULL)) == -1)
        {
            perror("select error");
            exit(1);
        }

        if (FD_ISSET(listenfd, &rset))
        {
            clilen = sizeof(cliaddr);
            if ((connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &clilen)) == -1)
            {
                perror("accept error");
                exit(1);
            }

            if ((childpid = fork()) == 0)
            {
                close(listenfd);
                str_echo(connfd);
                exit(0);
            }

            close(connfd);
        }
    }

    exit(0);
}

示例二：使用select函数实现简单的客户端

下面的示例演示如何使用select函数实现简单的客户端。该客户端首先创建一个socket套接字，然后向指定的服务器发起一次连接，最后可以向服务器发送数据，并等待来自服务器的回应。具体实现过程如下所示：

#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <errno.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/select.h>

#define MAXLINE 1024
#define SERV_PORT 7000

int main(int argc, char **argv)
{
    int sockfd, n;
    char recvline[1024], sendline[1024];
    struct sockaddr_in servaddr;

    if (argc != 2)
    {
        printf("usage: ./client <IPaddress>\n");
        exit(1);
    }

    if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1)
    {
        perror("socket error");
        exit(1);
    }

    bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
    if (inet_pton(AF_INET, argv[1], &servaddr.sin_addr) < 0)
    {
        printf("inet_pton error for %s\n", argv[1]);
        exit(1);
    }

    if (connect(sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0)
    {
        perror("connect error");
        exit(1);
    }

    fd_set rset;
    FD_ZERO(&rset);

    while (1)
    {
        bzero(sendline, 1024);
        bzero(recvline, 1024);

        FD_SET(fileno(stdin), &rset);
        FD_SET(sockfd, &rset);

        int maxfd = (fileno(stdin) > sockfd ? fileno(stdin) : sockfd) + 1;
        if (select(maxfd, &rset, NULL, NULL, NULL) == -1)
        {
            perror("select");
            exit(1);
        }

        if (FD_ISSET(fileno(stdin), &rset))
        {
            fgets(sendline, 1024, stdin);
            if (send(sockfd, sendline, strlen(sendline), 0) < 0)
            {
                perror("send error");
                exit(1);
            }
        }

        if (FD_ISSET(sockfd, &rset))
        {
            if ((n = recv(sockfd, recvline, MAXLINE, 0)) == -1)
            {
                if (errno == ECONNRESET)
                {
                    printf("server close my socket\n");
                    close(sockfd);
                    exit(EXIT_FAILURE);
                }
                perror("recv error");
                exit(1);
            }
            if (n == 0)
            {
                printf("server close my socket\n");
                close(sockfd);
                exit(EXIT_FAILURE);
            }

            printf("recv the echoed msg:%s\n", recvline);
        }
    }

    exit(0);
}

总结

本文详细介绍了select函数的用法及其相关示例，包括使用select函数实现简单的回显服务器和客户端。使用select函数能够实现I/O多路复用，提高程序的性能和效率，是Linux网络编程中不可或缺的一部分。