113-新的容器-fd_set

差不多在几个月前，我们学过一个装信号的容器 sigset，它通过 bit 位来保存数据。而今天要学习的 fd_set 容器，是用来装描述符的。它和 sigset 有着异曲同工之妙。

1. fd_set 容器

容器，说的通俗点就是用来放东西的，而且可以放很多很多。就像你家的柜子，里面有很多小隔间，一号隔间放爸爸的东西，二号隔间放妈妈的东西，三号隔间放你的东西。

相比我们的 fd_set 容器，它就有更多的小隔间，默认情况下有 1024 个。分别是 0 号，1 号，…… ，1023 号隔间。

对于 fd_set 来说，0 号隔间只能放 0 号描述符，1 号隔间只能放 1 号描述符……

实际上，fd_set 类型是利用整型数组实现的，每个元素中的每个 bit 位被置 1 就表示该位置保存了描述符，如果为 0 就表示没有该描述符。

图 1 提供了一种实现方式：

图1 一种 fd_set 的实现

在图 1 中，数组类型是 char，占 8 个 bit，可以看到，在第 5 位和第 14 位中 bit 位被置 1，说明这个 fd_set 中保存了 5 号描述符和 14 号描述符。

2. 操作 fd_set 容器

要使用 fd_set 容器，首先得定义一个容器出来，比如 fd_set st，这样就定义了一个容器，名为 st.

OS 提供了四个宏或函数，来帮助我们对 fd_set 容器进行增删查和初始化。

#include <sys/select.h>
// 判断描述符 fd 是否在集合中
int FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset);

// 将描述符 fd 从集合中删除
int FD_CLR(int fd, fd_set *fdset);

// 将描述符 fd 添加到集合中
int FD_SET(int fd, fd_set *fdset);

// 将集合清空（所有 bit 置 0）
int FD_ZERO(fd_set *fdset);

在 linux 中，这些操作是用宏来实现的。

3. 实验

程序 fdset.c 文件主要功能是先定义一个名为 st 的容器然后打印其内容。接下来主要对前 16 个描述符进行操作和打印。

• 清空 st，打印容器的值。
• 将所有奇数描述符保存到 st 中，打印容器的值。
• 将 3 号描述符从 st 中删除，打印容器的值。
• 清空 st，打印容器的值。

3.1 代码

#include <unistd.h>
#include <sys/select.h>

// 打印前 16 个小隔间
void printset(const fd_set *st) {
  int i;
  for (i = 0; i < 16; ++i) {
    if (FD_ISSET(i, st))
      putchar('1');
    else
      putchar('0');
  }
  puts("");
}

int main() {
  int i;
  fd_set st; 
  // 未初始化的集合
  puts("uninitial");
  printset(&st);

  // 清空集合
  puts("zeros");
  FD_ZERO(&st);
  printset(&st);

  // 将奇数描述符保存到集合
  puts("set odd");
  for (i = 0; i < 16; ++i) {
    if (i%2) {
      FD_SET(i, &st);
    }   
  }
  printset(&st);

  // 将 3 号描述符删除
  puts("clear 3");
  FD_CLR(3, &st);
  printset(&st);

  // 清空集合
  puts("zeros");
  FD_ZERO(&st);
  printset(&st);

  return 0;
}

3.2 编译和运行

• 编译和运行

$ gcc fdset.c -o fdset
$ ./fdset

• 运行结果

图2 运行结果

4. 总结

• 知道 fd_set 是用来装描述符的
• 掌握 fd_set 的操作

实际上，用来装描述符只是一种常规的做法，你当然可以在程序中用作别的用途。