网络编程-read()/write()/assert()函数

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本文深入讲解了TCP网络编程中read和write函数的工作原理及其在不同场景下的应用，包括阻塞和非阻塞模式下的行为差异，并探讨了发送和接收缓冲区的概念及read/write调用的阻塞情况。

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序言

基于TCP的网络编程中，使用read/recv接收数据，使用write/send发送数据。sendto/recvfrom也可用于TCP数据传输

1. read函数

[1] 头文件
- unistd.h
[2] 函数原型
- ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
- 功能：从描述符fd所指向的文件中读取count个字符到buf所指向的缓存区中
- 参数：
  - fd：文件描述符
  - buf：存放读取数据的地址
  - count：所要读取的字符
[3] 函数返回值：分几种情况
- 1）从普通文件中read数据
  - 成功：返回读到的字节数
  - 已到文件尾或无数据可读：返回0
  - 出错：返回-1
  - 若在读到指定字节数之前读到文件末尾，例如，若在到达文件末端之前还有30个字节，而要求读100个字节，则read返回30，下一次再调用read时，它将返回0（文件末端）
- 2）从设备文件中read数据
  - 以终端这一设备来讲，通常一次读一行，读到换行符返回
  - 调用read时睡眠等待，直到终端输入换行符才从read一定字符返回，剩下的数据仍保存在内核终端设备缓冲区
- 3）read用于套接字
  - 若对方结束了连接，返回0
  - 读取过程中信号中断：如果已读取了一部分数据则返回已读取数据，没有读取返回-1且errno为EINTR
[4] 补充：socket read中的阻塞和非阻塞
- 阻塞socket：read一直阻塞等待有数据到来返回，不管数据量多少返回其实际读取的字符数
- 非阻塞socket：不管socket接收缓冲区是否有数据都会立即返回，有数据返回实际读取的字符长度，没有数据返回-1，并errno为EWOULDBLOCK或者EAGAIN （表示应该设置为阻塞的）

2. write函数

[1] 头文件
- unistd.h
[2] 函数原型
- ssize_t write(int fd, void *buf, size_t length);
- 功能：把length个字节从buf所指缓冲区中写到描述符fd所指文件中
[3] 函数返回值：
- 成功：返回写入的字符数
- 失败：返回-1
- 阻塞和非阻塞返回值：
  - 阻塞：与read不同（返回实际读取到的字符数），write只有在缓冲区足以放下整个buffer时才返回
  - 非阻塞：返回能够放下的字节数，之后调用则返回-1，并errno = EAGAIN或EWOULDBLOCK

3. 发送和接收缓冲区 && read/write调用阻塞

write成功
- write成功返回，只是buf中的数据被复制到了kernel中的TCP发送缓冲区。至于数据什么时候被发往网络，什么时候被对方主机接收，什么时候被对方进程读取，系统调用层面不会给予任何保证和通知
发送端和接收端缓存
- 对于每个socket都有自己的发送和接收缓冲区，不管TCP还是UDP
- send buffer：已经发送到网络的数据依然需要暂存在send buffer中，只有收到对方的ack后，kernel才从buffer中清除这一部分数据，为后续发送数据腾出空间
- receive buffer：接收端将收到的数据暂存在receive buffer中，自动进行确认。但如果socket所在的进程不及时将数据从receive buffer中取出，最终导致receive buffer填满，由于TCP的滑动窗口和拥塞控制，接收端会阻止发送端向其发送数据
write和read调用阻塞
- write调用阻塞：一般来说，由于接收端进程从socket读数据的速度跟不上发送端进程向socket写数据的速度，最终导致发送端write调用阻塞
- read调用阻塞：从socket的receive buffer中拷贝数据到应用程序的buffer中，read调用阻塞，通常是发送端的数据没有到达

4. assert()函数

[1] 头文件
- assert.h
[2] 实现
- 在C标准库中，assert是用宏来实现的，而不是函数
- 表达式：int assert(int expression);
- 功能：先计算表达式 expression ，如果其值为假为0，那么它先向stderr打印一条出错信息，然后通过调用 abort() 来终止程序运行
[3] 用法总结
- 在函数开始时检验传入参数的合理性
```
int resetBufferSize(int nNewSize)
{
　　assert(nNewSize >= 0);
　　assert(nNewSize <= MAX_BUFFER_SIZE);
　　...
}
```
- 一次只检验一个条件，如果检验多个，断言失败无法直观判断是哪个条件出错
- 不能使用改变环境的语句
```
assert(i++ < 100)
先断言i是否小于100，再++
```
  如果出错，比如i在执行之前就为100，那么i++这条命令就没有执行
[4] assert的缺点及避免
- 频繁调用会极大影响程序的性能，增加额外的开销
- 避免：在调试结束后，在assert.h头文件之前添加 #define NDEBUG 来禁止 assert 调用

#include <stdio.h>

#define NDEBUG
#include <assert.h>

参考文章：
http://www.cnblogs.com/xiehongfeng100/p/4619451.html
http://www.cnblogs.com/Dscxy/p/4103833.html
http://www.cnblogs.com/ggzss/archive/2011/08/18/2145017.html

2017.11.03