Linux中讓終端輸入變為非阻塞的三種方法
介紹
在linux下每開啟一個終端，系統自動的就打開了三個檔案，它們的檔案描述符分別為0,1,2，功能分別是“標準輸入”、“標準輸出”和“標準錯誤輸出”，同時對應了三個檔案流指標，分別是stdin,stdout和stderr。三個檔案描述符定義了對應的巨集，分別為STDIN_FILENO,STDOUT_FILENO和STDERR_FILENO下表為他們的對應關係：
| 標準輸入 | 0 | STDIN_FILENO | stdin |
| 標準輸出 | 1 | STDOUT_FILENO | stdout |
| 標準錯誤輸出 | 2 | STDERR_FILENO | stderr |
在程式中通過read從STDIN_FILENO這個檔案描述符中讀取資料，實際上就是讀取終端上鍵盤輸入的資料，當然也可以通過fread從stdin這個檔案流指標中讀取資料。通過write往STDOUT_FILENO這個檔案描述符中寫資料，自然就是往終端輸出資料了。標準錯誤輸出也是往終端輸出，它與標準輸出的區別就是標準輸出是有緩衝的，而標準錯誤輸出是無緩衝的。
在程式中可以通過各種辦法從終端讀取鍵盤輸入的資料，有時候會希望呼叫的函式不阻塞，這裡有三種方法可以實現。
1、通過ioctl清除非阻塞標誌
函式原型：
int ioctl(int d, int request, ...);
引數：
d：檔案描述符
request：功能碼。根據填寫的功能碼選擇第三個引數。
返回：
成功返回0，失敗返回-1。但是也有一部分功能返回的是一個數值。
ioctl函式是一個萬能函式，這裡不詳細解釋。
傳入的第二個引數為FIONBIO表示“設定/清除非阻塞標誌”，那麼第三個引數要傳入一個int型別的指標，指標指向的值為1表示設定非阻塞標誌，那麼對應的檔案描述符為非阻塞，指標指向的值為0表示清除非阻塞標誌，那麼對應的檔案描述符為阻塞，簡單的說就是“0就阻塞，1就非阻塞”
因此呼叫如下程式碼即可實現非阻塞：
int attr = 1; ioctl(STDIN_FILENO, FIONBIO, &attr); /* 清除非阻塞標誌 */
通過該方法設定完成之後，在沒有資料的情況下呼叫read函式將返回-1。
完整測試程式碼如下：
1 #include <stdio.h>
2 #include <netinet/in.h>
3 #include <unistd.h>
4 #include <fcntl.h>
5 #include <termios.h>
6 #include <string.h>
7 #include <sys/ioctl.h>
8
9 int main(int argc, const char *argv[])
10 {
11 char buf[128] = { 0 };
12 int len = 0;
13 int total = 0;
14 int attr = 1;
15
16 ioctl(STDIN_FILENO, FIONBIO, &attr); /* 清除非阻塞標誌 */
17
18 while (1) {
19 len = read(STDIN_FILENO, &buf[total], sizeof(buf) - total);
20 //printf("len = %d\n", len); /* 如果不相信read變成了非阻塞可以去掉本行註釋 */
21 if (len > 0) {
22 total += len;
23 if (buf[total - 1] == '\n') {
24 printf("total = %d\n", total);
25 printf("buf = %s\n", buf);
26 total = 0;
27 memset(buf, 0, sizeof(buf));
28 }
29 }
30 }
31
32 return 0;
33 }2、通過fcntl設定非阻塞標誌
函式原型：
int fcntl(int fd, int cmd, ... /* arg */ );
引數：
fd：檔案描述符。
cmd：功能碼。根據填寫的功能碼選擇第三個引數。
返回：
根據不同的功能決定。
fcntl函式與ioctl函式看上去有很多相似性，實際上這兩個函式確實有很多功能是重疊的。
如果要通過fcntl讓檔案不阻塞，那麼需要知道兩個功能碼：
F_GETFL：取得fd的檔案狀態標誌,如同下面的描述一樣(arg被忽略)
F_SETFL：設定給arg描述符狀態標誌,可以更改的幾個標誌是：O_APPEND， O_NONBLOCK，O_SYNC和O_ASYNC。
很明顯非阻塞標誌是O_NONBLOCK，呼叫下列程式碼就可以實現非阻塞：
int attr = 0;
attr = fcntl(STDIN_FILENO, F_GETFL);
attr |= O_NONBLOCK;
fcntl(STDIN_FILENO, F_SETFL, attr);
通過該方法設定完成之後，在沒有資料的情況下呼叫read函式將返回-1。
完整測試程式碼如下：
1 #include <stdio.h>
2 #include <netinet/in.h>
3 #include <unistd.h>
4 #include <fcntl.h>
5 #include <termios.h>
6 #include <string.h>
7 #include <sys/ioctl.h>
8
9 int main(int argc, const char *argv[])
10 {
11 char buf[128] = { 0 };
12 int len = 0;
13 int total = 0;
14 int attr = 0;
15
16 /* 設定 O_NONBLOCK屬性 */
17 attr = fcntl(STDIN_FILENO, F_GETFL);
18 attr |= O_NONBLOCK;
19 fcntl(STDIN_FILENO, F_SETFL, attr);
20
21 while (1) {
22 len = read(STDIN_FILENO, &buf[total], sizeof(buf) - total);
23 //printf("len = %d\n", len); /* 如果不相信read變成了非阻塞可以去掉本行註釋 */
24 if (len > 0) {
25 total += len;
26 if (buf[total - 1] == '\n') {
27 printf("total = %d\n", total);
28 printf("buf = %s\n", buf);
29 total = 0;
30 memset(buf, 0, sizeof(buf));
31 }
32 }
33 }
34
35 return 0;
36 }
3、通過設定termios實現
termios是一個結構體，詳細介紹可以參見這篇部落格：https://www.cnblogs.com/dartagnan/archive/2013/04/25/3042417.html
需要用到的函式有tcgetattr和tcsetattr，這兩個函式的用法在這篇部落格中有介紹：https://www.cnblogs.com/Suzkfly/p/11055532.html
操作流程就是先用tcgetattr獲取檔案屬性，修改屬性之後再用tcsetattr設定進去，關鍵程式碼如下：
tcgetattr(STDIN_FILENO, &attr);
attr.c_cc[VTIME] = 0;
attr.c_cc[VMIN] = 0;
attr.c_lflag &= ~ICANON; /* 禁用規範輸入模式 */
tcsetattr(STDIN_FILENO, TCSANOW, &attr);
經過測試，attr.c_lflag &= ~ICANON;這一句一定要寫，原因我也不知道，但是寫了這句話會帶來某些問題，在最後進行分析。
將attr.c_cc[VTIME]和attr.c_cc[VMIN]的值都設定為0。attr.c_cc[VTIME]和attr.c_cc[VMIN]共同決定了read函式的返回時機。表示讀阻塞時間，單位是1/10秒。
如果經過了c_cc[VTIME]這麼長時間，緩衝區內有資料，但是還沒達到c_cc[VMIN]個數據，read也會返回。而如果當緩衝區內有了c_cc[VMIN]個數據時，無論等待時間是否到了c_cc[VTIME]，read都會返回，但返回值可能比c_cc[VMIN]還大，根據實際資料量而定。如果將c_cc[VMIN]的值設定為0，那麼當經過c_cc[VTIME]時間後read也會返回，返回值為0。如果將c_cc[VTIME]和c_cc[VMIN]都設定為0，那麼程式執行的效果與設定O_NONBLOCK類似，不同的是如果設定了O_NONBLOCK，那麼在沒有資料時read返回-1，而如果沒有設定O_NONBLOCK，那麼在沒有資料時read返回的是0。
完整測試程式碼如下：
1 #include <stdio.h>
2 #include <netinet/in.h>
3 #include <unistd.h>
4 #include <fcntl.h>
5 #include <termios.h>
6 #include <string.h>
7 #include <sys/ioctl.h>
8
9 int main(int argc, const char *argv[])
10 {
11 int port = 0;
12 char buf[128] = { 0 };
13 int len = 0;
14 int total = 0;
15 struct termios attr;
16
17 tcgetattr(STDIN_FILENO, &attr);
18 attr.c_cc[VTIME] = 0;
19 attr.c_cc[VMIN] = 0;
20 attr.c_lflag &= ~ICANON; /* 禁用規範輸入模式 */
21 tcsetattr(STDIN_FILENO, TCSANOW, &attr);
22
23 while (1) {
24 len = read(STDIN_FILENO, &buf[total], sizeof(buf) - total);
25 //printf("len = %d\n", len);
26 if (len > 0) {
27 total += len;
28 if (buf[total - 1] == '\n') {
29 printf("total = %d\n", total);
30 printf("buf = %s\n", buf);
31 total = 0;
32 memset(buf, 0, sizeof(buf));
33 }
34 }
35 }
36
37 return 0;
38 }
4、分析總結
特別要注意的一點是，在測試的時候，如果你不知道你的操作會產生什麼結果，在下次測試之前一定要重新開一個終端，因為如果終端沒有結束的話，就表示檔案沒有關閉，即使程式退出了，之前的設定也是會儲存的。
通過這三種方法都實現了設定屬性為非阻塞，其實第一和第二種方法是一樣的，第三種方法由於禁用了規範輸入模式，會帶來某些問題。所謂規範輸入模式就是對某些特殊的鍵會產生特殊的效果，比如退格鍵應該回刪一個字元，但通過第三種方法會將退格鍵也當成一個字元讀取進去了。比如，在終端輸入“abc”再輸入一個退格，然後按回車，通過第一和第二種方法會接收到“ab\n”三個字元，而通過第三種方法則會收到“abc”+“退格”+“\n”5個字元。
第一和第二種方法雖然read不會阻塞，但是並不是說只要通過鍵盤輸入了資料，它就能讀到資料，即使通過鍵盤輸入了一些資料，read函式返回的還是-1，直到按下回車鍵為