网络编程select函数

select函数的作用：

在编程的过程中，经常会遇到许多阻塞的函数，好像read和网络编程时使用的recv, recvfrom函数都是阻塞的函数，当函数不能成功执行的时候，程序就会一直阻塞在这里，无法执行下面的代码。这是就需要用到非阻塞的编程方式，使用selcet函数就可以实现非阻塞编程。
selcet函数是一个轮循函数，即当循环询问文件节点，可设置超时时间，超时时间到了就跳过代码继续往下执行。

select()在SOCKET编程中还是比较重要的，可是对于初学SOCKET的人来说都不太爱用select()写程序，他们只是习惯写诸如 conncet()、accept()、recv()或recvfrom这样的阻塞程序(所谓阻塞方式block，顾名思义，就是进程或是线程执行到这些函数时必须等待某个事件发生，如果事件没有发生，进程或线程就被阻塞，函数不能立即返回)。可是使用select()就可以完成非阻塞(所谓非阻塞方式non-block，就是进程或线程执行此函数时不必非要等待事件的发生，一旦执行肯定返回，以返回值的不同来反映函数的执行情况。如果事件发生则与阻塞方式相同，若事件没有发生则返回一个代码来告知事件未发生，而进程或线程继续执行，所以效率高)方式工作的程序，它能够监视我们需要监视的文件描述符的变化情况——读写或是异常。

select函数格式：

select()函数的格式(所说的是Unix系统下的Berkeley Socket编程，和Windows下的有区别，一会儿说明)：

Unix系统下解释：

int select(int maxfdp, fd_set* readfds, fd_set* writefds, fd_set* errorfds, struct timeval* timeout);

先说明两个结构体：

第一：struct fd_set可以理解为一个集合，这个集合中存放的是文件描述符(file descriptor)，即文件句柄，这可以是我们所说的普通意义的文件，当然Unix下任何设备、管道、FIFO等都是文件形式，全部包括在内，所以，毫无疑问，一个socket就是一个文件，socket句柄就是一个文件描述符。fd_set集合可以通过一些宏由人为来操作，比如清空集合：FD_ZERO(fd_set*)，将一个给定的文件描述符加入集合之中FD_SET(int, fd_set*)，将一个给定的文件描述符从集合中删除FD_CLR(int,   fd_set*)，检查集合中指定的文件描述符是否可以读写FD_ISSET(int, fd_set*)。一会儿举例说明。

第二：struct timeval是一个大家常用的结构，用来代表时间值，有两个成员，一个是秒数，另一个毫秒数。

具体解释select的参数：

int maxfdp是一个整数值，是指集合中所有文件描述符的范围，即所有文件描述符的最大值加1，不能错！在Windows中这个参数值无所谓，可以设置不正确。

fd_set* readfds是指向fd_set结构的指针，这个集合中应该包括文件描述符，我们是要监视这些文件描述符的读变化的，即我们关心是否可以从这些文件中读取数据了，如果这个集合中有一个文件可读，select就会返回一个大于0的值，表示有文件可读，如果没有可读的文件，则根据timeout参数再判断是否超时，若超出timeout的时间，select返回0，若发生错误返回负值。可以传入NULL值，表示不关心任何文件的读变化。

fd_set* writefds是指向fd_set结构的指针，这个集合中应该包括文件描述符，我们是要监视这些文件描述符的写变化的，即我们关心是否可以向这些文件中写入数据了，如果这个集合中有一个文件可写，select就会返回一个大于0的值，表示有文件可写，如果没有可写的文件，则根据timeout再判断是否超时，若超出timeout的时间，select返回0，若发生错误返回负值。可以传入NULL值，表示不关心任何文件的写变化。

fe_set* errorfds同上面两个参数的意图，用来监视文件错误异常。

struct timeval* timeout是select的超时时间，这个参数至关重要，它可以使select处于三种状态。

第一：若将NULL以形参传入，即不传入时间结构，就是将select置于阻塞状态，一定等到监视文件描述符集合中某个文件描述符发生变化为止；

第二：若将时间值设为0秒0毫秒，就变成一个纯粹的非阻塞函数，不管文件描述符是否有变化，都立刻返回继续执行，文件无变化返回0，有变化返回一个正值；

第三：timeout的值大于0，这就是等待的超时时间，即select在timeout时间内阻塞，超时时间之内有事件到来就返回了，否则在超时后不管怎样一定返回，返回值同上述。

select函数返回值：

负值：select错误

正值：某些文件可读写或出错

0：等待超时，没有可读写或错误的文件

Windows平台下解释：

1，函数原型：

int select(int nfds, fd_set* readfds, fd_set* writefds, fd_set* exceptfds, const struct timeval*    timeout);

2，参数：

   nfds：      本参数忽略，仅起到兼容作用，设为0即可；

   readfds：  （可选）指针，指向一组等待可读性检查的套接口；

writefds： （可选）指针，指向一组等待可写性检查的套接口；

exceptfds：（可选）指针，指向一组等待错误检查的套接口；

timeout：   本函数最多等待时间，对阻塞操作则为NULL。

3，返回值：

（1）select()调用返回处于就绪状态并且已经包含在fd_set结构中的描述字总数；

（2）如果超时则返回0；

（3）否则的话，返回SOCKET_ERROR错误，应用程序可通过WSAGetLastError()获取相应错误代码。

看下源码：

#ifndef FD_SETSIZE
#define FD_SETSIZE       64
#endif /* FD_SETSIZE */

typedef struct fd_set {
         u_int fd_count;                /* how many are SET? */
         SOCKET   fd_array[FD_SETSIZE];    /* an array of SOCKETs */
} fd_set;

extern int PASCAL FAR __WSAFDIsSet(SOCKET, fd_set FAR *);

#define FD_CLR(fd, set) do { /
     u_int __i; /
     for (__i = 0; __i < ((fd_set FAR *)(set))->;fd_count ; __i++) { /
         if (((fd_set FAR *)(set))->;fd_array[__i] == fd) { /
             while (__i < ((fd_set FAR *)(set))->;fd_count-1) { /
                 ((fd_set FAR *)(set))->;fd_array[__i] = /
                     ((fd_set FAR *)(set))->;fd_array[__i+1]; /
                 __i++; /
             } /
             ((fd_set FAR *)(set))->;fd_count--; /
             break; /
         } /
     } /
} while(0)

#define FD_SET(fd, set) do { /
     u_int __i; /
     for (__i = 0; __i < ((fd_set FAR *)(set))->;fd_count; __i++) { /
         if (((fd_set FAR *)(set))->;fd_array[__i] == (fd)) { /
             break; /
         } /
     } /
     if (__i == ((fd_set FAR *)(set))->;fd_count) { /
         if (((fd_set FAR *)(set))->;fd_count < FD_SETSIZE) { /
             ((fd_set FAR *)(set))->;fd_array[__i] = (fd); /
             ((fd_set FAR *)(set))->;fd_count++; /
         } /
     } /
} while(0)

#define FD_ZERO(set) (((fd_set FAR *)(set))->;fd_count=0)

#define FD_ISSET(fd, set) __WSAFDIsSet((SOCKET)(fd), (fd_set FAR *)(set))
typedef int32_t __fd_mask;

#define _NFDBITS (sizeof(__fd_mask) * 8)      /* 8 bits per byte */

#define __howmany(x,y)   (((x)+((y)-1))/(y))

#ifndef _FD_SET

#   define _FD_SET
    typedef struct __fd_set {
      long fds_bits[__howmany(FD_SETSIZE, (sizeof(long) * 8))];
      } fd_set;

#   ifndef _KERNEL
#     ifdef __cplusplus
         extern "C" {
#     endif /* __cplusplus */

#ifdef _INCLUDE_HPUX_SOURCE
#     define FD_SET(n,p)   (((__fd_mask *)((p)->;fds_bits))[(n)/_NFDBITS] |= (1 <<
((n) % _NFDBITS)))
#     define FD_CLR(n,p) (((__fd_mask *)((p)->;fds_bits))[(n)/_NFDBITS] &= ~(1 <<
((n) % _NFDBITS)))

#     define FD_ISSET(n,p) (((__fd_mask *)((p)->;fds_bits))[(n)/_NFDBITS] & (1 <<
((n) % _NFDBITS)))
#     define FD_ZERO(p)      memset((void *)(p), (int) 0, sizeof(*(p)))
#else
#     define FD_SET(n,p) (__fd_set1(n, p))
#     define FD_CLR(n,p) (__fd_clr(n, p))
#     define FD_ISSET(n,p) (__fd_isset(n, p))
#     define FD_ZERO(p)      memset((void *)(p), (int) 0, sizeof(fd_set))

4，注释：

本函数用于确定一个或多个套接口的状态。对每一个套接口，调用者可查询它的可读性、可写性及错误状态信息。用fd_set结构来表示一组等待检查的套接口。在调用返回时，这个结构存有满足一定条件的套接口组的子集，并且select()返回满足条件的套接口的数目。有一组宏可用于对fd_set的操作，这些宏与Berkeley Unix软件中的兼容，但内部的表达是完全不同的。

readfds参数标识等待可读性检查的套接口。如果该套接口正处于监听listen()状态，则若有连接请求到达，该套接口便被标识为可读，这样一个accept()调用保证可以无阻塞完成。对其他套接口而言，可读性意味着有排队数据供读取。或者对于SOCK_STREAM类型套接口来说，相对于该套接口的虚套接口已关闭，于是recv()或recvfrom()操作均能无阻塞完成。如果虚电路被“优雅地”中止，则recv()不读取数据立即返回；如果虚电路被强制复位，则recv()将以WSAECONNRESET错误立即返回。如果SO_OOBINLINE选项被设置，则将检查带外数据是否存在（参见setsockopt()）。

writefds参数标识等待可写性检查的套接口。如果一个套接口正在connect()连接（非阻塞），可写性意味着连接顺利建立。如果套接口并未处于connect()调用中，可写性意味着send()和sendto()调用将无阻塞完成。〔但并未指出这个保证在多长时间内有效，特别是在多线程环境中〕。

exceptfds参数标识等待带外数据存在性或意味错误条件检查的套接口。请注意如果设置了SO_OOBINLINE选项为假FALSE，则只能用这种方法来检查带外数据的存在与否。对于SO_STREAM类型套接口，远端造成的连接中止和KEEPALIVE错误都将被作为意味出错。如果套接口正在进行连接connect()（非阻塞方式），则连接试图的失败将会表现在exceptfds参数中。

如果对readfds、writefds或exceptfds中任一个组类不感兴趣，可将它置为空NULL。

在winsock2.h头文件中共定义了四个宏来操作描述字集。FD_SETSIZE变量用于确定一个集合中最多有多少描述字（FD_SETSIZE缺省值为64，可在包含winsock.h前用#define FD_SETSIZE来改变该值）。对于内部表示，fd_set被表示成一个套接口的队列，最后一个有效元素的后续元素为INVAL_SOCKET。宏为：

FD_CLR(s,*set)：   从集合set中删除描述字s。

FD_ISSET(s,*set)： 若s为集合中一员，非零；否则为零。

FD_SET(s,*set)：   向集合添加描述字s。

FD_ZERO(*set)：    将set初始化为空集NULL。

timeout参数控制select()完成的时间。若timeout参数为空指针，则select()将一直阻塞到有一个描述字满足条件。否则的话，timeout指向一个timeval结构，其中指定了select()调用在返回前等待多长时间。如果timeval为{0,0}，则select()立即返回，这可用于探询所选套接口的状态。如果处于这种状态，则select()调用可认为是非阻塞的，且一切适用于非阻塞调用的假设都适用于它。

5，错误代码：

    WSANOTINITIALISED：在使用此API之前应首先成功地调用WSAStartup()。

    WSAENETDOWN：      WINDOWS套接口实现检测到网络子系统失效。

    WSAEINVAL：        超时时间值非法。

    WSAEINTR：         通过一个WSACancelBlockingCall()来取消一个（阻塞的）调用。

    WSAEINPROGRESS：   一个阻塞的WINDOWS套接口调用正在运行中。

    WSAENOTSOCK：      描述字集合中包含有非套接口的元素。

6，如何处理

    上面在说明FD_SETSIZE时，winsock2.h中定义FD_SETSIZE的大小为64,这样就对readfds、writefds、exceptfds的socket句柄数进行了限制。在实际应用中可以使用端口分组或者重新定义FD_SETSIZE的方式进行解决。在stdAfx.h最末行添加如下定义：

         #define FD_SETSIZE 1024                  //socket句柄数
         #define MAXIMUM_WAIT_OBJECTS    1024     //要等待的对象数

    要注意的是我们还重定义了要另一个宏MAXIMUM_WAIT_OBJECTS,它表示要等待的对象数。重定义后，程序在现场运行正常。

select系统调用是用来让我们的程序监视多个文件句柄(file descriptor)的状态变化的。程序会停在select这里等待，直到被监视的文件句柄有某一个或多个发生了状态改变。

文件在句柄在Linux里很多，如果你man某个函数，在函数返回值部分说到成功后有一个文件句柄被创建的都是的，如man socket可以看到“On success, a file descriptor for the new socket is returned.”而man 2 open可以看到“open() and creat() return the new file descriptor”，其实文件句柄就是一个整数，看socket函数的声明就明白了：
int socket(int domain, int type, int protocol);
当然，我们最熟悉的句柄是0、1、2三个，0是标准输入，1是标准输出，2是标准错误输出。0、1、2是整数表示的，对应的FILE *结构的表示就是stdin、stdout、stderr，0就是stdin，1就是stdout，2就是stderr。
比如下面这两段代码都是从标准输入读入9个字节字符：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
int main(int argc, char ** argv)
{
        char buf[10] = "";
        read(0, buf, 9); /* 从标准输入 0 读入字符 */
        fprintf(stdout, "%s\n", buf); /* 向标准输出 stdout 写字符 */
        return 0;
}
/* **上面和下面的代码都可以用来从标准输入读用户输入的9个字符** */
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
int main(int argc, char ** argv)
{
        char buf[10] = "";
        fread(buf, 9, 1, stdin); /* 从标准输入 stdin 读入字符 */
        write(1, buf, strlen(buf));
        return 0;
}

继续上面说的select，就是用来监视某个或某些句柄的状态变化的。select函数原型如下：
int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
函数的最后一个参数timeout显然是一个超时时间值，其类型是struct timeval *，即一个struct timeval结构的变量的指针，所以我们在程序里要申明一个struct timeval tv;然后把变量tv的地址&tv传递给select函数。struct timeval结构如下：

struct timeval {
             long    tv_sec;         /* seconds */
             long    tv_usec;        /* microseconds */
         };

第2、3、4三个参数是一样的类型： fd_set *，即我们在程序里要申明几个fd_set类型的变量，比如rdfds, wtfds, exfds，然后把这个变量的地址&rdfds, &wtfds, &exfds 传递给select函数。这三个参数都是一个句柄的集合，第一个rdfds是用来保存这样的句柄的：当句柄的状态变成可读的时系统就会告诉select函数返回，同理第二个wtfds是指有句柄状态变成可写的时系统就会告诉select函数返回，同理第三个参数exfds是特殊情况，即句柄上有特殊情况发生时系统会告诉select函数返回。特殊情况比如对方通过一个socket句柄发来了紧急数据。如果我们程序里只想检测某个socket是否有数据可读，我们可以这样：

fd_set rdfds; /* 先申明一个 fd_set 集合来保存我们要检测的 socket句柄 */
struct timeval tv; /* 申明一个时间变量来保存时间 */
int ret; /* 保存返回值 */
FD_ZERO(&rdfds); /* 用select函数之前先把集合清零 */
FD_SET(socket, &rdfds); /* 把要检测的句柄socket加入到集合里 */
tv.tv_sec = 1;
tv.tv_usec = 500; /* 设置select等待的最大时间为1秒加500毫秒 */
ret = select(socket + 1, &rdfds, NULL, NULL, &tv); /* 检测我们上面设置到集合rdfds里的句柄是否有可读信息 */
if(ret < 0) perror("select");/* 这说明select函数出错 */
else if(ret == 0) printf("超时\n"); /* 说明在我们设定的时间值1秒加500毫秒的时间内，socket的状态没有发生变化 */
else { /* 说明等待时间还未到1秒加500毫秒，socket的状态发生了变化 */
    printf("ret=%d\n", ret); /* ret这个返回值记录了发生状态变化的句柄的数目，由于我们只监视了socket这一个句柄，所以这里一定ret=1，如果同时有多个句柄发生变化返回的就是句柄的总和了 */
    /* 这里我们就应该从socket这个句柄里读取数据了，因为select函数已经告诉我们这个句柄里有数据可读 */
    if(FD_ISSET(socket, &rdfds)) { /* 先判断一下socket这外被监视的句柄是否真的变成可读的了 */
        /* 读取socket句柄里的数据 */
        recv(...);
    }
}

注意select函数的第一个参数，是所有加入集合的句柄值的最大那个值还要加1。比如我们创建了3个句柄：
/************关于本文档********************************************
*filename: Linux网络编程一步一步学-select详解
*purpose: 详细说明select的用法
*wrote by: zhoulifa(zhoulifa@163.com) 周立发(http://zhoulifa.bokee.com)
Linux爱好者 Linux知识传播者 SOHO族 开发者 最擅长C语言
*date time:2007-02-03 19:40
*Note: 任何人可以任意复制代码并运用这些文档，当然包括你的商业用途
* 但请遵循GPL
*Thanks to:Google
*Hope:希望越来越多的人贡献自己的力量，为科学技术发展出力
* 科技站在巨人的肩膀上进步更快！感谢有开源前辈的贡献！
*********************************************************************/

int sa, sb, sc;
sa = socket(...); /* 分别创建3个句柄并连接到服务器上 */
connect(sa,...);
sb = socket(...);
connect(sb,...);
sc = socket(...);
connect(sc,...);

FD_SET(sa, &rdfds);/* 分别把3个句柄加入读监视集合里去 */
FD_SET(sb, &rdfds);
FD_SET(sc, &rdfds);

在使用select函数之前，一定要找到3个句柄中的最大值是哪个，我们一般定义一个变量来保存最大值，取得最大socket值如下：

int maxfd = 0;
if(sa > maxfd) maxfd = sa;
if(sb > maxfd) maxfd = sb;
if(sc > maxfd) maxfd = sc;

然后调用select函数：

ret = select(maxfd + 1, &rdfds, NULL, NULL, &tv); /* 注意是最大值还要加1 */

同样的道理，如果我们要检测用户是否按了键盘进行输入，我们就应该把标准输入0这个句柄放到select里来检测，如下：

FD_ZERO(&rdfds);
FD_SET(0, &rdfds);
tv.tv_sec = 1;
tv.tv_usec = 0;
ret = select(1, &rdfds, NULL, NULL, &tv); /* 注意是最大值还要加1 */
if(ret < 0) perror("select");/* 出错 */
else if(ret == 0) printf("超时\n"); /* 在我们设定的时间tv内，用户没有按键盘 */
else { /* 用户有按键盘，要读取用户的输入 */
    scanf("%s", buf);
}