Linux 编程中的错误处理机制详解 —— errno 全解析

在 Linux C 系统编程中，我们时常会与各种系统调用打交道，如 open()、read()、write()、fork()、socket() 等。错误处理是程序鲁棒性的重要组成部分，而 errno 就是标准库为我们提供的重要错误处理机制。本文将全面详细讲解 errno 的原理、用法、注意事项、线程安全特性及实践案例。

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一、什么是 errno？

errno 是一个全局变量，代表最近一次系统调用或标准库函数失败时的错误码。它是 int 类型，但为了线程安全，现代实现中实际为“线程局部存储”（TLS），即每个线程有自己的 errno 值。

❓为什么需要 errno？

很多系统调用或库函数在失败时只返回 -1 或 NULL，并不告诉你具体错误信息。此时就需要查询 errno 来获得错误原因。

✅ 它在哪里定义？

你需要引入头文件：

#include <errno.h>

它在 <errno.h> 中的定义通常为：

extern int errno;

但实际实现如下（glibc）：

#define errno (*__errno_location())  // 或 __errno()

意味着每个线程调用 errno 实际是访问一个局部的 int 指针，避免线程间干扰。

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二、errno 的设置与读取规则

⚠️ errno 不是总是有效！

• 仅当系统调用 失败时，系统才会设置 errno。
• 成功调用不会清除 errno，所以你不能通过 errno == 0 判断成功与否。

❗使用 errno 的正确步骤：

errno = 0;  // 可选，清除旧错误
int fd = open("nofile.txt", O_RDONLY);
if (fd == -1) {// open 失败，可以读取 errnoprintf("Error code: %d\n", errno);printf("Message: %s\n", strerror(errno));
}

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三、与 errno 配套使用的函数

函数	作用
perror()	打印系统调用错误及自定义前缀
strerror(errno)	返回错误码对应的错误字符串
strerror_r()	线程安全版本，写入用户缓冲区

示例：

if ((fp = fopen("test.txt", "r")) == NULL) {perror("fopen");fprintf(stderr, "详细错误：%s\n", strerror(errno));
}

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四、errno 常见错误码及含义

宏名	值	说明
EPERM	1	操作不被允许
ENOENT	2	文件或目录不存在
ESRCH	3	没有匹配的进程
EINTR	4	系统调用中断
EIO	5	I/O 错误
EBADF	9	无效的文件描述符
EACCES	13	权限不足
EEXIST	17	文件已存在
ENOTDIR	20	不是目录
EISDIR	21	是目录
EINVAL	22	参数无效
ENFILE	23	系统打开的文件数已达上限
EMFILE	24	进程打开的文件数已达上限
ENOSPC	28	设备空间不足

可通过 man 3 errno 查看完整列表。

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五、errno 是线程安全的吗？

是的，在现代 glibc 实现中是线程安全的。

虽然 errno 看起来像一个全局变量，但实际是通过 __errno_location() 这样的函数返回每个线程自己的 errno 变量，确保在多线程中使用不会冲突。

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六、errno 封装建议

为了代码复用和统一日志格式，可以封装错误打印：

void report_errno(const char* msg) {fprintf(stderr, "[ERROR] %s: %s (errno: %d)\n", msg, strerror(errno), errno);
}

使用示例：

if (close(fd) == -1) {report_errno("close failed");
}

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七、errno 与系统调用的配合使用

open() 示例：

int fd = open("test.txt", O_RDONLY);
if (fd < 0) {perror("open");
}

read() 示例：

char buffer[128];
int n = read(fd, buffer, sizeof(buffer));
if (n < 0) {fprintf(stderr, "read error: %s\n", strerror(errno));
}

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八、如何查看 errno 对应的错误码？

方法一：终端查看 man 手册

man 3 errno
man 3 strerror

方法二：查看头文件定义

cat /usr/include/asm-generic/errno-base.h
cat /usr/include/asm-generic/errno.h

方法三：自定义测试代码输出：

for (int i = 0; i < 50; ++i) {printf("errno %d: %s\n", i, strerror(i));
}

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九、调试技巧：gdb 查看 errno

在 GDB 中调试程序出错时，可使用：

(gdb) print errno
(gdb) print strerror(errno)

确保你在出错系统调用之后立即查看，否则 errno 值可能被覆盖。

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🔟 附录：示例程序 - 模拟打开文件失败

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>int main(void) {int fd = open("nonexist.txt", O_RDONLY);if (fd == -1) {fprintf(stderr, "打开失败: %s (errno = %d)\n", strerror(errno), errno);return 1;}close(fd);return 0;
}

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✅ 总结

关键点	说明
errno 的本质	一个线程局部变量，记录最近一次失败的错误码
设置时机	系统调用或函数失败时设置，成功时不修改
获取错误信息方式	strerror(errno) 获取描述，perror() 自动输出
多线程安全性	是，现代系统通过线程局部存储实现
使用注意事项	只能在调用失败时使用，切勿误判