Linux系统编程——文件描述符的复制：dup()和dup2()

dup() 和 dup2() 是两个非常有用的系统调用，都是用来复制一个文件的描述符，使新的文件描述符也标识旧的文件描述符所标识的文件。

这个过程类似于现实生活中的配钥匙，钥匙相当于文件描述符，锁相当于文件，本来一个钥匙开一把锁，相当于，一个文件描述符对应一个文件，现在，我们去配钥匙，通过旧的钥匙复制了一把新的钥匙，这样的话，旧的钥匙和新的钥匙都能开启这把锁。对比于 dup(), dup2() 也一样，通过原来的文件描述符复制出一个新的文件描述符，这样的话，原来的文件描述符和新的文件描述符都指向同一个文件，我们操作这两个文件描述符的任何一个，都能操作它所对应的文件。

所需头文件：

#include <unistd.h>

int dup(int oldfd);

功能：

通过 oldfd 复制出一个新的文件描述符，新的文件描述符是调用进程文件描述符表中最小可用的文件描述符，最终 oldfd 和新的文件描述符都指向同一个文件。

参数：

oldfd: 需要复制的文件描述符 oldfd

返回值：

成功：新文件描述符

失败：-1

下面的例子为，打开一个文件，复制文件描述符，通过 2 个描述符分别对文件进行写操作：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
	int fd1;
	int fd2;

	// 打开文件
	fd1 = open("1.txt", O_CREAT|O_WRONLY, 0666);
	if (fd1 < 0){
		perror("open");
		exit(-1);
	}
	printf("fd1 ============== %d\n", fd1);
	
	// 通过 fd1 复制出 fd2, 最终 fd1, fd2 都指向 1.txt
	fd2 = dup(fd1);
	printf("fd2 ============== %d\n", fd2);
	
	char *buf1 = "this is a test for fd1\n";
	// 操作 fd1 文件描述符
	write(fd1, buf1, strlen(buf1));
	
	char *buf2 = "this is a test for fd2\n";
	// 操作 fd2 文件描述符
	write(fd2, buf2, strlen(buf2));
	
	// 关闭文件描述符，两个都得关
	close(fd1);
	close(fd2);
	
	return 0;
}

通过上面的运行结果得知，dup() 后复制的新文件描述符是系统自动分配的最小可用的文件描述符。

接下来，我们再写一个例子，把本来通过 printf() 显示到屏幕上的内容，不显示在屏幕上，而让这些内容写入一个文件里：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
	int fd1;
	int fd2;

	// 打开文件
	fd1 = open("1.txt", O_CREAT|O_WRONLY, 0666);
	if (fd1 < 0){
		perror("open");
		exit(-1);
	}
	printf("fd1 ============== %d\n", fd1);
	
	// 1 本来指向标准输出设备（如，显示屏）
	// 把 1 文件描述符关闭，就是说 1 不再指向标准输出设备
	// 这样的话，1 文件描述符就空闲了，它就成为最小可用的文件描述符
	close(1);
	
	// 通过 fd1 复制出 fd2, 最终 fd1, fd2 都指向 “1.txt”
	// 系统会给 fd2 分配一个最小可用的文件描述符 1，即 fd2 = 1
	fd2 = dup(fd1);
	
	// 下面这句话的内容不会打印到屏幕上，而会写到文件 “1.txt” 里
	// printf()是标准库函数，最终还是会调用系统调用函数write()
	// 相当于这样，write(1，)，往 1 文件描述符写内容，
	// 默认的情况下, 1 文件描述符指向标准输出设备（如，显示屏）
	// 所以， printf()的内容先显示到屏幕上
	// 但是现在 1 文件描述符指向文件 “1.txt”
	// 所以，printf()的内容会写入文件 “1.txt”
	printf("fd2 ============== %d\n", fd2);
	
	close(fd1);
	close(fd2);
	
	return 0;
}

接下来，我们继续一起学习 dup2() 的用法，功能和 dup() 完全一样，但是 dup2() 复制出来的新文件描述符可以指定任意一个合法的数字。

int dup2(int oldfd, int newfd)

功能：

通过 oldfd 复制出一个新的文件描述符 newfd，如果成功，newfd 和函数返回值是同一个返回值，最终 oldfd 和新的文件描述符 newfd 都指向同一个文件。

参数：

oldfd: 需要复制的文件描述符

newfd: 新的文件描述符，这个描述符可以人为指定一个合法数字（0-1023），如果指定的数子已经被占用（和某个文件有关联），此函数会自动关闭 close() 断开这个数字和某个文件的关联，再来使用这个合法数字。

返回值：

成功：返回 newfd

失败：返回 -1

接着，我们将上面的例子改为用 dup2() 来实现：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
	int fd1;
	int fd2;

	// 打开文件
	fd1 = open("1.txt", O_CREAT|O_WRONLY, 0666);
	if (fd1 < 0){
		perror("open");
		exit(-1);
	}
	printf("fd1 ============== %d\n", fd1);
	
	// 通过 fd1 复制出 fd2, 最终 fd1, fd2 都指向 “1.txt”
	// 指定 fd2 的值为 1，1 原来指向标准输出设备，先 close()，再复制
	fd2 = dup2(fd1, 1);
	
	// 下面这句话的内容不会打印到屏幕上，而会写到文件 “1.txt” 里
	// printf()是标准库函数，最终还是会调用系统调用函数write()
	// 相当于这样，write(1，)，往 1 文件描述符写内容，
	// 默认的情况下, 1 文件描述符指向标准输出设备（如，显示屏）
	// 所以， printf()的内容先显示到屏幕上
	// 但是现在 1 文件描述符指向文件 “1.txt”
	// 所以，printf()的内容会写入文件 “1.txt”
	printf("fd2 ============== %d\n", fd2);
	
	close(fd1);
	close(fd2);
	
	return 0;
}

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