fileno详解：从简单到匿名

一、fileno简介

fileno是Python中一个比较基础的函数，用于返回文件描述符。文件描述符是在内核中用于标识一个特定的文件的整数值，通常与UNIX系统相关联。在UNIX系统中，每个进程都有一个文件描述符表，用于管理文件、网络套接字和其他输入/输出资源。使用fileno函数可以获取文件描述符，进而进行文件读写等操作。

二、fileno的用法

在Python中，fileno函数可以应用于三种类型的对象：文件、套接字和管道。下面分别介绍一下三种情况下如何使用fileno函数。

1.文件操作

在文件操作中，我们通常需要先打开一个文件对象，然后才能进行文件读写等操作。fileno函数可用于获取文件对象的文件描述符。其代码示例如下：

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

代码执行结果将返回文件对象的文件描述符。

2.网络套接字

在网络编程中，我们经常需要使用套接字进行数据传输。fileno函数也可用于获取套接字的文件描述符。其代码示例如下：

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

代码执行结果将返回套接字对象的文件描述符。

3.管道

在进程间通信中，我们可以使用管道(pipe)进行数据传输。fileno函数也可用于获取管道的文件描述符。其代码示例如下：

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

代码执行结果将返回管道的两个文件描述符。

三、fileno函数的进阶用法：简单到匿名

除了上述三种基本情况，fileno函数还有一些进阶用法。本部分将介绍fileno的另外三种情况：匿名管道、匿名和非阻塞I/O。

1.匿名管道

在UNIX系统中，管道(pipe)是一种可用于协调进程间通信的IPC机制。UNIX管道分为有名管道和匿名管道，其中匿名管道不指向文件系统中的任何文件，而是只在进程间传递数据。在Python中，我们可以使用os模块中的pipe函数创建一个匿名管道，并使用fileno函数获取其文件描述符，实现进程间通信。其代码示例如下：

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()

代码执行结果将在父进程打印"Parent got: hello parent"，在子进程打印"child sending"。

2.匿名

我们可以利用fileno函数以及ctypes模块中的memmove函数，来实现Python中的匿名内存映射。其代码示例如下：

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')

代码执行结果将在命令行打印"hello"。

3.非阻塞I/O

在进行I/O操作时，如果程序一直等待I/O操作完成之后才能继续执行，就会产生阻塞。为了避免阻塞，并且不影响程序的执行，可以使用非阻塞的I/O。Python的select函数是用于多路复用的一个函数，我们可以使用fileno函数将文件描述符与select函数结合起来，实现非阻塞的I/O操作。其代码示例如下：

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)

代码执行结果将在控制台输出"hello"。