如何使用 C 在 Linux 上执行非阻塞控制台 I/O？

问题描述：

如何使用 C 在 Linux/OS X 上执行非阻塞控制台 IO？

解决方案 1：

我想添加一个例子：

#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>

int main(int argc, char const *argv[]) {
    char buf[20];
    fcntl(0, F_SETFL, fcntl(0, F_GETFL) | O_NONBLOCK);
    sleep(4);
    int numRead = read(0, buf, 4);
    if (numRead > 0) {
        printf("You said: %s", buf);
    }
}

当你运行这个程序时，你有 4 秒钟的时间向标准输入提供输入。如果没有找到输入，它将返回。

2 个示例执行：

$ ./a.out
fda 
You said: fda
$ ./a.out
$ 

解决方案 2：

像Pete Kirkham一样，我找到了cc.byexamples.com，它对我有用。去那里可以很好地解释这个问题，以及 ncurses 版本。

我的代码需要从标准输入或文件中获取初始命令，然后在处理初始命令时监视取消命令。我的代码是 C++，但您应该能够使用scanf()，其余部分我使用 C++ 输入函数getline()。

meat 是一个检查是否有可用输入的函数：

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

// cc.byexamples.com calls this int kbhit(), to mirror the Windows console
//  function of the same name.  Otherwise, the code is the same.
bool inputAvailable()  
{
  struct timeval tv;
  fd_set fds;
  tv.tv_sec = 0;
  tv.tv_usec = 0;
  FD_ZERO(&fds);
  FD_SET(STDIN_FILENO, &fds);
  select(STDIN_FILENO+1, &fds, NULL, NULL, &tv);
  return (FD_ISSET(0, &fds));
}

必须在任何 stdin 输入函数之前调用此函数。当我std::cin在使用此函数之前使用它时，它再也不会返回 true。例如，main()有一个如下所示的循环：

int main(int argc, char* argv[])
{ 
   std::string initialCommand;
   if (argc > 1) {
      // Code to get the initial command from a file
   } else {
     while (!inputAvailable()) {
       std::cout << "Waiting for input (Ctrl-C to cancel)..." << std::endl;
       sleep(1);
     }
     std::getline(std::cin, initialCommand);
   }

   // Start a thread class instance 'jobThread' to run the command
   // Start a thread class instance 'inputThread' to look for further commands
   return 0;
}

在输入线程中，新命令被添加到队列中，并由 定期处理jobThread。inputThread看起来有点像这样：

THREAD_RETURN inputThread()
{
  while( !cancelled() ) {
    if (inputAvailable()) {
      std::string nextCommand;
      getline(std::cin, nextCommand);
      commandQueue.lock();
      commandQueue.add(nextCommand);
      commandQueue.unlock();
    } else {
        sleep(1);
    }
  }
  return 0;
}

这个函数可能已经在里面了main()，但是我正在使用现有的代码库，而不是反对它。

对于我的系统，在发送换行符之前没有可用的输入，这正是我想要的。如果您想在输入时读取每个字符，则需要关闭 stdin 上的“规范模式” 。cc.byexamples.com有一些建议，我还没有尝试过，但其余的都有效，所以它应该有效。

解决方案 3：

实际上，你不需要。TTY（控制台）是一种功能非常有限的设备，而且你几乎不执行非阻塞 I/O。当你看到看起来像非阻塞 I/O 的东西时，比如在 curses/ncurses 应用程序中，你所做的就是原始 I/O。在原始 I/O 中，没有字符解释，没有擦除处理等。相反，你需要编写自己的代码来检查数据，同时执行其他操作。

在现代 C 程序中，您可以通过另一种方式简化此过程，即将控制台 I/O 放入线程或轻量级进程中。然后，I/O 可以按照通常的阻塞方式进行，但数据可以插入队列以在另一个线程上进行处理。

更新

这里有一个curses 教程，其中详细介绍了这一点。

解决方案 4：

本月初，我收藏了“不使用 ncurses 实现循环中的非阻塞用户输入”，当时我以为我可能需要非阻塞、非缓冲的控制台输入，但我并没有这样做，因此无法保证它是否有效。对于我的使用，我并不关心它在用户按下 Enter 键之前是否没有输入，因此只使用aio来读取 stdin。

解决方案 5：

这是一个使用 C++ 的相关问题——跨平台（linux/Win32）非阻塞 C++ IO 在 stdin/stdout/stderr 上

解决方案 6：

除了使用 ncurses 或线程之外，另一种选择是使用GNU Readline ，特别是它允许您注册回调函数的部分。模式如下：

1. 在 STDIN 上使用 select()（以及任何其他描述符）

2. 当 select() 告诉您 STDIN 已准备好读取时，调用 readline 的 rl_callback_read_char()

3. 如果用户输入了整行，rl_callback_read_char 将调用您的回调。否则它将立即返回，其他代码可以继续。

解决方案 7：

让我们看看如何在 Linux 实用程序中完成它。例如，perf/builtin-top.c源（简化）：

static void *display_thread(void *arg)
{
    struct pollfd stdin_poll = { .fd = 0, .events = POLLIN };
    struct termios save;
    set_term_quiet_input(&save);
    while (!done) {
      switch (poll(&stdin_poll, 1, delay_msecs)) {
        ...
      }
    }
    tcsetattr(0, TCSAFLUSH, &save);
}

因此，如果您想检查是否有任何可用数据，您可以像这样使用 poll() 或 select()：

#include <sys/poll.h>
...
struct pollfd pfd = { .fd = 0, .events = POLLIN };
while (...) {
  if (poll(&pfd, 1, 0)>0) {
    // data available, read it
  }
  ...
}

在这种情况下，按下 [RETURN] 键后，您将收到整行事件，而不是每个键的事件。这是因为终端以规范模式运行（输入流被缓冲，按下 [RETURN] 时缓冲区刷新）：

在规范输入处理模式下，终端输入以换行符 ('n')、EOF 或 EOL 字符结尾的行进行处理。在用户输入整行之前，无法读取任何输入，并且读取函数（请参阅输入和输出原语）最多返回一行输入，无论请求多少字节。

如果要立即读取字符，可以使用非规范模式。使用tcsetattr()进行切换：

#include <termios.h>

void set_term_quiet_input()
{
  struct termios tc;
  tcgetattr(0, &tc);
  tc.c_lflag &= ~(ICANON | ECHO);
  tc.c_cc[VMIN] = 0;
  tc.c_cc[VTIME] = 0;
  tcsetattr(0, TCSANOW, &tc);
}

简单程序（链接到游乐场）：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/poll.h>
#include <termios.h>

void set_term_quiet_input()
{
  struct termios tc;
  tcgetattr(0, &tc);
  tc.c_lflag &= ~(ICANON | ECHO);
  tc.c_cc[VMIN] = 0;
  tc.c_cc[VTIME] = 0;
  tcsetattr(0, TCSANOW, &tc);
}

int main() { 
  struct pollfd pfd = { .fd = 0, .events = POLLIN };
  set_term_quiet_input();
  while (1) {
    if (poll(&pfd, 1, 0)>0) {
      int c = getchar();
      printf("Key pressed: %c 
", c);
      if (c=='q') break;
    }
    usleep(1000); // Some work 
  }
}

解决方案 8：

不完全确定您所说的“控制台 IO”是什么意思——您是从 STDIN 读取，还是从其他来源读取的控制台应用程序？

如果您从 STDIN 读取，则需要跳过 fread() 并使用 read() 和 write()，以及 poll() 或 select() 来防止调用阻塞。您可能能够使用 setbuf() 禁用输入缓冲，这应该会导致 fread 返回 EOF，但我从未尝试过。