Day 68：errno使用误区

上一讲我们详细讲解了系统调用与错误码处理，强调了返回值检查、errno的正确管理、多线程场景下的注意事项，以及如何处理可重试错误（如 EINTR、EAGAIN）。

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1. 主题原理与细节逐步讲解

errno 是 C 语言环境下用于报告最近一次库函数或系统调用错误原因的全局变量。它的定义在 <errno.h> 中。C标准规定：只有当相关函数发生错误时，errno 才被设为有效的错误码；成功时不会清零，也不会自动改变其值。

errno 的使用流程

• 系统调用或库函数执行失败时，返回错误值（如 -1 或 NULL），并设置 errno 为相应错误码。
• 程序可以读取 errno 来判断错误类型，并结合 strerror(errno) 或 perror 输出错误信息。

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2. errno 相关典型陷阱/缺陷及成因

2.1 忽略返回值直接读取 errno

成因： 调用函数后，不判断返回值直接读取 errno。如果函数实际没有出错，errno 的值可能是先前遗留值，导致误判。

2.2 成功调用后访问 errno

成因： 某些程序习惯性地在调用成功后也读取 errno。但 C 标准仅保证出错时 errno 有效，成功时 errno 可以是任何值。

2.3 errno 被后续函数覆盖

成因： 调用出错后，没有及时保存 errno，后续其他函数（如日志、清理）可能改写 errno，导致错误信息丢失或错误。

2.4 多线程下 errno 共享问题

成因： 在多线程环境，若 errno 不是线程局部存储（TLS），会导致不同线程的错误码相互干扰。现代实现多为 TLS，但极端移植场景需确认。

2.5 忘记包含 <errno.h>

成因： 直接访问 errno 未包含头文件，可能导致编译警告、链接错误或访问非预期变量。

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3. 规避方法与最佳实践

• 始终在检测到错误返回值后，立即读取并保存 errno。不要在后续代码再访问。
• 只在函数执行失败（如返回 -1 或 NULL）时处理 errno，成功时不要依赖其值。
• 在多线程程序中确认 errno 是线程局部变量（POSIX 标准保证），极端场景下可用 perror 或日志测试。
• 所有使用 errno 的代码都要包含 <errno.h>。
• 写库函数时，只有在明确出错时才设置 errno，不要滥用。

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4. 典型错误代码与正确代码对比

错误示例1：未检查返回值直接用 errno

FILE *fp = fopen("data.txt", "r");
if (errno == ENOENT) {
    printf("file not found\n");
}

错误：若 fopen 成功，errno 可能为之前的值，误报！

优化后：

FILE *fp = fopen("data.txt", "r");
if (fp == NULL) {
    if (errno == ENOENT) {
        printf("file not found\n");
    } else {
        perror("fopen failed");
    }
}

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错误示例2：后续函数覆盖 errno

int fd = open("file.txt", O_RDONLY);
if (fd == -1) {
    log_error("open failed"); // log_error 可能内部调用其他库函数，覆盖 errno
    printf("error: %s\n", strerror(errno));
}

错误：log_error 可能修改 errno，导致无法获得真实错误码。

优化后：

int fd = open("file.txt", O_RDONLY);
if (fd == -1) {
    int saved_errno = errno;
    log_error("open failed");
    printf("error: %s\n", strerror(saved_errno));
}

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错误示例3：多线程 errno 访问不安全（理论）

// 伪代码，假设 errno 非 TLS
thread1: open(...) failed, errno=ENOENT
thread2: open(...) failed, errno=EACCES
// 两线程可能读到彼此的 errno，错误信息混乱

优化后：

• 使用现代 POSIX/C11 实现，errno 为线程局部变量，无需担忧。
• 极端平台需文档确认或用线程安全 API。

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错误示例4：未包含头文件

int fd = open("file.txt", O_RDONLY);
if (fd == -1) {
    printf("errno=%d\n", errno); // errno 未定义或类型不对
}

优化后：

#include <errno.h>
...

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5. 底层原理补充

• 在 Linux/glibc 下，errno 通常实现为宏，实际为 __errno_location() 返回的线程局部指针。
• 其他平台如 Windows，errno 也为 TLS，但部分嵌入式系统需注意兼容性。
• errno 的值不会自动清零，只有出错时库/系统调用才设置它。

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6. 图示：errno 误用流程

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7. 总结与实际建议

• errno 只在相关系统调用或库函数失败后才有效，绝不能直接用。
• 出错后要立即保存 errno，避免后续代码污染。
• 多线程下注意 errno 的 TLS 实现，极端移植要文档确认。
• 始终包含 <errno.h>，不要假定默认可用。
• 代码审查时重点关注 errno 用法，防止误判和漏报。

核心建议：errno 的正确管理关乎每一个系统级 API 的可靠性，是高质量 C 程序不可或缺的基本功。严谨的 errno 用法能有效提升程序健壮性和可维护性。

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