fileno詳解：從簡單到匿名

一、fileno簡介

fileno是Python中一個比較基礎的函數，用於返迴文件描述符。文件描述符是在內核中用於標識一個特定的文件的整數值，通常與UNIX系統相關聯。在UNIX系統中，每個進程都有一個文件描述符表，用於管理文件、網路套接字和其他輸入/輸出資源。使用fileno函數可以獲取文件描述符，進而進行文件讀寫等操作。

二、fileno的用法

在Python中，fileno函數可以應用於三種類型的對象：文件、套接字和管道。下面分別介紹一下三種情況下如何使用fileno函數。

1.文件操作

在文件操作中，我們通常需要先打開一個文件對象，然後才能進行文件讀寫等操作。fileno函數可用於獲取文件對象的文件描述符。其代碼示例如下：

f = open('example.txt', 'r')
fd = f.fileno()
print(fd)

代碼執行結果將返迴文件對象的文件描述符。

2.網路套接字

在網路編程中，我們經常需要使用套接字進行數據傳輸。fileno函數也可用於獲取套接字的文件描述符。其代碼示例如下：

import socket
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.bind(('localhost', 8888))
s.listen(1)
fd = s.fileno()
print(fd)

代碼執行結果將返回套接字對象的文件描述符。

3.管道

在進程間通信中，我們可以使用管道(pipe)進行數據傳輸。fileno函數也可用於獲取管道的文件描述符。其代碼示例如下：

import os
r, w = os.pipe()
reader_fd = os.fdopen(r)
writer_fd = os.fdopen(w)
print(reader_fd.fileno(), writer_fd.fileno())

代碼執行結果將返回管道的兩個文件描述符。

三、fileno函數的進階用法：簡單到匿名

除了上述三種基本情況，fileno函數還有一些進階用法。本部分將介紹fileno的另外三種情況：匿名管道、匿名和非阻塞I/O。

1.匿名管道

在UNIX系統中，管道(pipe)是一種可用於協調進程間通信的IPC機制。UNIX管道分為有名管道和匿名管道，其中匿名管道不指向文件系統中的任何文件，而是只在進程間傳遞數據。在Python中，我們可以使用os模塊中的pipe函數創建一個匿名管道，並使用fileno函數獲取其文件描述符，實現進程間通信。其代碼示例如下：

import os
r, w = os.pipe()
pid = os.fork()
if pid:
    os.close(w)
    r = os.fdopen(r)
    print('Parent got:', r.readline())
else:
    os.close(r)
    w = os.fdopen(w, 'w')
    print('child sending')
    w.write('hello parent\n')
    w.close()

代碼執行結果將在父進程列印”Parent got: hello parent”，在子進程列印”child sending”。

2.匿名

我們可以利用fileno函數以及ctypes模塊中的memmove函數，來實現Python中的匿名內存映射。其代碼示例如下：

import mmap
import ctypes
import os

m = mmap.mmap(-1,4096, mmap.MAP_ANONYMOUS | mmap.MAP_PRIVATE)
m.write(b'hello')
os.dup2(ctypes.c_int(m.fileno()).value,0)
os.system('cat')

代碼執行結果將在命令行列印”hello”。

3.非阻塞I/O

在進行I/O操作時，如果程序一直等待I/O操作完成之後才能繼續執行，就會產生阻塞。為了避免阻塞，並且不影響程序的執行，可以使用非阻塞的I/O。Python的select函數是用於多路復用的一個函數，我們可以使用fileno函數將文件描述符與select函數結合起來，實現非阻塞的I/O操作。其代碼示例如下：

import select
import socket

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.bind(('localhost', 8888))
s.listen(1)
fd = s.fileno()
rlist = [s]
wlist = []
while True:
    readable, writable, exceptional = select.select(rlist, wlist, rlist)
    for s in readable:
        if s is r:
            conn, addr = s.accept()
            rlist.append(conn)
        else:
            data = s.recv(1024)
            if data == b'':
                rlist.remove(s)
            else:
                wlist.append(s)
    for s in writable:
        s.send(b'hello')
        wlist.remove(s)

代碼執行結果將在控制台輸出”hello”。