Linux 編程中的錯誤處理機制詳解 —— errno 全解析

在 Linux C 系統編程中，我們時常會與各種系統調用打交道，如 open()、read()、write()、fork()、socket() 等。錯誤處理是程序魯棒性的重要組成部分，而 errno 就是標準庫為我們提供的重要錯誤處理機制。本文將全面詳細講解 errno 的原理、用法、注意事項、線程安全特性及實踐案例。

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一、什么是 errno？

errno 是一個全局變量，代表最近一次系統調用或標準庫函數失敗時的錯誤碼。它是 int 類型，但為了線程安全，現代實現中實際為“線程局部存儲”（TLS），即每個線程有自己的 errno 值。

?為什么需要 errno？

很多系統調用或庫函數在失敗時只返回 -1 或 NULL，并不告訴你具體錯誤信息。此時就需要查詢 errno 來獲得錯誤原因。

? 它在哪里定義？

你需要引入頭文件：

#include <errno.h>

它在 <errno.h> 中的定義通常為：

extern int errno;

但實際實現如下（glibc）：

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

意味著每個線程調用 errno 實際是訪問一個局部的 int 指針，避免線程間干擾。

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二、errno 的設置與讀取規則

?? errno 不是總是有效！

• 僅當系統調用 失敗時，系統才會設置 errno。
• 成功調用不會清除 errno，所以你不能通過 errno == 0 判斷成功與否。

?使用 errno 的正確步驟：

errno = 0;  // 可選，清除舊錯誤
int fd = open("nofile.txt", O_RDONLY);
if (fd == -1) {// open 失敗，可以讀取 errnoprintf("Error code: %d\n", errno);printf("Message: %s\n", strerror(errno));
}

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三、與 errno 配套使用的函數

函數	作用
perror()	打印系統調用錯誤及自定義前綴
strerror(errno)	返回錯誤碼對應的錯誤字符串
strerror_r()	線程安全版本，寫入用戶緩沖區

示例：

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

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四、errno 常見錯誤碼及含義

宏名	值	說明
EPERM	1	操作不被允許
ENOENT	2	文件或目錄不存在
ESRCH	3	沒有匹配的進程
EINTR	4	系統調用中斷
EIO	5	I/O 錯誤
EBADF	9	無效的文件描述符
EACCES	13	權限不足
EEXIST	17	文件已存在
ENOTDIR	20	不是目錄
EISDIR	21	是目錄
EINVAL	22	參數無效
ENFILE	23	系統打開的文件數已達上限
EMFILE	24	進程打開的文件數已達上限
ENOSPC	28	設備空間不足

可通過 man 3 errno 查看完整列表。

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五、errno 是線程安全的嗎？

是的，在現代 glibc 實現中是線程安全的。

雖然 errno 看起來像一個全局變量，但實際是通過 __errno_location() 這樣的函數返回每個線程自己的 errno 變量，確保在多線程中使用不會沖突。

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六、errno 封裝建議

為了代碼復用和統一日志格式，可以封裝錯誤打印：

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 與系統調用的配合使用

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 對應的錯誤碼？

方法一：終端查看 man 手冊

man 3 errno
man 3 strerror

方法二：查看頭文件定義

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

方法三：自定義測試代碼輸出：

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

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九、調試技巧：gdb 查看 errno

在 GDB 中調試程序出錯時，可使用：

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

確保你在出錯系統調用之后立即查看，否則 errno 值可能被覆蓋。

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🔟 附錄：示例程序 - 模擬打開文件失敗

#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, "打開失敗: %s (errno = %d)\n", strerror(errno), errno);return 1;}close(fd);return 0;
}

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? 總結

關鍵點	說明
errno 的本質	一個線程局部變量，記錄最近一次失敗的錯誤碼
設置時機	系統調用或函數失敗時設置，成功時不修改
獲取錯誤信息方式	strerror(errno) 獲取描述，perror() 自動輸出
多線程安全性	是，現代系統通過線程局部存儲實現
使用注意事項	只能在調用失敗時使用，切勿誤判