基于epoll的io复用管理，一种文件监听方案 1

最新推荐文章于 2025-12-19 16:34:09 发布

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本文将介绍一个基于 epoll 的封装库（仓库链接：https://github.com/12379biu/epoll_manager.git），此封装旨在简化 epoll 监听文件描述符的操作流程。通过封装，将 epoll 的底层细节与业务逻辑解耦，更专注于文件（或 socket 等）的实际操作。

以下代码将先介绍 epoll 的核心特性，再结合这个封装库的使用示例（监听标准输入、实现多人复用服务器），展示如何通过封装快速实现 epoll 功能。

阅读本文需要一定的 Linux IO 编程和网络编程基础。

本章节以监听标准输入流为例，下一章以io复用多人服务器为例子介绍，之后会介绍源码。

epoll介绍

struct epoll_event

struct epoll_event是epoll的核心--------既可以作为事件注册的容器，也可以以数组的形式作为储存事件的容器。
成员events储存着事件的性质与触发方式。成员data是一个 联合体，内部有一个fd句柄和一个万能指针 void* ptr,这意味着我们可以传入任意类型的数据类型，注意，data是联合体，故而ptr和fd最好只使用其中一个，修改其中一个数据必然会破环另一个数据的结构，只监控文件建议使用fd,如果要传递其他数据则使用ptr。

struct epoll_event {

    __uint32_t events; // 事件类型

    epoll_data_t data; // 用户数据

};



typedef union epoll_data {

    void *ptr; // 用户自定义指针

    int fd; // 文件描述符

    __uint32_t u32; // 用户自定义 32 位数据
    
    __uint64_t u64; // 用户自定义 64 位数据

} epoll_data_t;

接下来，我会先介绍这个封装库提供的 API 函数，再通过两个实例（监听标准输入、实现多人复用网络服务器），展示如何利用此封装快速实现 epoll 监听逻辑，减少重复的底层调用，让开发者更专注于文件事件与数据本身的操作。

API介绍

 // 客户端信息
 typedef struct{
    //此成员由用户自定义，这里作为网络ip地址结构体使用，修改不影响文件操作
    struct sockaddr_in address;//存放网络ip,分配端口
    int fd;//<----存放监听文件的句柄
    int epoll_fd;//<-----存放监听者epoll的句柄
 }epoll_info;  

//epoll封装的类
 class EpollManager
 {
private:
    int epoll_fd; //epoll注册的fd句柄
    plist_t list; //储存信息索引的链表
    epoll_info *sock_ptr; //专门为网络套接字准备的指向epoll_event.data.ptr的指针
public:

    //创建链表与epoll组件
    EpollManager(){
        list = list_create();
        epoll_fd = epoll_create1(0);
    }

    //获取epoll组件句柄
    int get_epoll_fd(){return epoll_fd;}
    //注册文件信息
    void info_register(epoll_info *pclient_info,bool is_sockt = false);
    //变参回调函数,由用户自定义数据处理的方案
    template<class F,class... Args>
    void Epoll_EventHandle(epoll_info *pclient_info,std::string &buf,
                           F &&f,Args&&...  args);

    //释放索引链表与套接字的资源                       
    ~EpollManager(){
        if (sock_ptr)
            delete sock_ptr;
        
        list_delete(list); 
    }
 };

在这里的结构体epoll_info作为信息体贮存于万能指针 epoll_event.data.ptr 中，epoll_event.data.fd被舍弃，故而fd信息都存储在epoll_info.fd中。struct sockaddr_in address是用户自定义结构体，可以任意修改，这里作为网络地址结构体储存网络信息。事实上，除了fd，和epoll_fd会在内部用到以外，其他所有的结构体都是可以自定义的。

 // 客户端信息
 typedef struct{
    //此成员由用户自定义，这里作为网络ip地址结构体使用，修改不影响文件操作
    struct sockaddr_in address;//存放网络ip,分配端口
    int fd;//<----存放监听文件的句柄
    int epoll_fd;//<-----存放监听者epoll的句柄
 }epoll_info;

在构造函数中创建epoll与信息索引链表list。list作为底层调用处理信息，并不出现于应用层，使用无需了解它，我会在后面的源码解析中介绍它。

void info_register(epoll_info *pclient_info,bool is_sockt = false);将数据信息注册到epoll,第一个参数为epoll_info*,数据由此结构体传递到epoll,第二个参数只有当监听数文件是网络服务器套接字时需要填true,其他时候不需要填。

接下来的API函数我会通过监听一个标准输入的简单例子介绍他们。

文件监听例子

#include "epoll_manager.h"

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

#include <string>


/*自定义信息处理函数---------------------------------------------------------*/
void fun_cb(epoll_info* info, std::string& buf)
{
    std::cout << info->fd << ":" << buf << std::endl;
}

/*-------------------------------------------------------------------------*/
int main(int argc,char** argv)
{
    system("clear");//清理一下端口
    std::string buf(1024,0);//初始化缓冲区，注意需要给定长度
    int nfds = 0;

    EpollManager epoll1;//创建epoll
    struct epoll_event events[3];//epoll事件容器

    epoll_info temp_info = {0};//用于储存中间信息的容器

    temp_info.epoll_fd = epoll1.get_epoll_fd();//获取epoll句柄

    temp_info.fd = 0;//监听标准输入流
    epoll1.info_register(&temp_info);//录入客户端文件信息并注册到epoll
    std::cout << "正在监听标准输入" << std::endl;

    while(1)
    {
        nfds = epoll_wait(epoll1.get_epoll_fd(),events,3,-1);//监听的事件数量
        for (int i = 0;i < nfds;i ++)
        {
            //数据处理，参数(epoll_info*,string,fun,...[任意可变参])
            epoll1.Epoll_EventHandle(static_cast<epoll_info*>(events[i].data.ptr),buf,fun_cb);
        }
    }

    return 0;
}

在这个例子中，创建epoll组件，事件容器events[3]:一次能处理3个事件，信息结构体：temp_info ，作为参数传给API使用。

首先，注册事件到epoll,要监听的文件temp_info.fd = 0，标准输入流文件句柄为0，输出1，标准错误输出2。info_register会将事件注册为边沿触发，输入事件。并为epoll_event.data.ptr开辟一个epoll_info大小的空间。定义缓冲区，注意，缓冲区buf必须初始化明确长度，这里是1024。

当我们输入从屏幕输入数据时，epoll_wait()取消阻塞，调用

void Epoll_EventHandle(epoll_info *pclient_info,
                       std::string &buf, F &&f,Args&&...  args);

第一个参数，消息体的指针，而events[i].data,ptr本身就是我们开辟的消息体，将其强转为（epoll_info*）类型的指针即可，参数2：buf,缓冲区，参数3：由你自定义的函数fun，在这个函数中，由你自己决定要如何去处理数据，参数4，是你传递给你的自定义函数fun的参数，数量是可变的，可以是任意参数，在上面的例子中没有传参。

自定义函数的第一个参数必须是信息体epoll_info *,第二个参数是std::tring& ,后面的是自定义参数，由用户自己决定。在这里，我们直接将监听的文件句柄和输入的信息输出，来看结果。

/*自定义信息处理函数---------------------------------------------------------*/
void fun_cb(epoll_info* info, std::string& buf)
{
    std::cout << info->fd << ":" << buf << std::endl;
}