学习APUE中高级I/O一章时遇到的一个关于errno的问题

 学习APUE高级I/O一章中的第一个程序就遇到了一个小问题，给出该程序完整代码如下：

#include "apue.h"

char buf[500000];

static void set_fl(int fd, int flags)
{
    int val = fcntl(fd, F_GETFL, 0);
    if (val < 0)
        err_sys("fcntl F_GETFL error");
    val |= flags;
    if (fcntl(fd, F_SETFL, val) < 0)
        err_sys("fcntl F_SETFL error");
}

static void clr_fl(int fd, int flags)
{
    int val = fcntl(fd, F_GETFL);
    if (val < 0)
        err_sys("fcntl F_GETFL error");
    val &= ~flags;
    if (fcntl(fd, F_SETFL, val) < 0)
        err_sys("fcntl F_SETFL error");
}

int main(void)
{
    int ntowrite = read(STDIN_FILENO, global_buf, sizeof global_buf);
    fprintf(stderr, "read %d bytes.\n", ntowrite);
    set_fl(STDOUT_FILENO, O_NONBLOCK);
    char *ptr = buf;
    while (ntowrite > 0) {
        errno = 0;
        int nwrite = write(STDOUT_FILENO, ptr, ntowrite);
        fprintf(stderr, "nwrite %d, errno = %d\n", nwrite, errno);
        if (nwrite > 0) {
            ptr += nwrite;
            ntowrite -= nwrite;
        }
    }
    clr_fl(STDOUT_FILENO, O_NONBLOCK);
    exit(0);
}

此处对STDOUT_FILENO设置了非阻塞标志

对于一个大文件infile(大小约为1M)，运行./a.out < infile 2> stderr.out，即将STDERR_FILENO重定向到stderr.out，打印出每次写的字节数和errno值，由于设置了非阻塞标志，不会一次写完，所以常会引发错误EAGAIN，想观察是否会引发其它标志，所以写了如下代码：

static int errno_array[128];
static int arraysize;
static void add_errno(int errno)
{
    int i;
    if (errno == 0) return;
    for (i = 0; i < arraysize; i++) {
        if (errno_array[i] == errno) return;
    }
    errno_array[i] = errno;
    arraysize++;
}

编译时发生如下错误

warning: passing argument 1 of ‘add_errno’ makes pointer from integer without a cast
note: expected ‘int * (*)()’ but argument is of type ‘int’

仔细分析错误原因，是因为errno的问题。倘若errno是一个全局int变量就不会出现问题，在定义add_errno时的传入参数errno会屏蔽全局的errno，而调用者add_errno(errno)会传入全局errno值也不会出现问题。问题的关键所在为errno不是全局int变量，而是由宏实现的！

为更好地描述这个问题，写了以下简化代码：

#include <stdio.h>

int *errno_location(void)
{
    static int errno = 5;
    return &errno;
}

#define errno (*errno_location())

void func(int errno)
{
    printf("%s\n", STR(errno));
}

int *func2(void)
{
    printf("china\n");
    return NULL;
}

int main(void)
{
    func(func2);
    return 0;
}

倘若在程序中我们不知道宏展开后到底是什么样，对于因为宏展开出现的各种奇怪问题，有两种方法解决：

一种是利用 gcc -E 可查看只经过预编译后的代码，另一种是利用如下宏 

#include <stdio.h>

#define STR(s) STR_(s)
#define STR_(s) #s

int main(void)
{
    printf("%s", STR(errno));
    return 0;
}

即可得到errno的展开式为 (*errno_location())

回到上面的例子，例中func传入的参数int errno被展开成了int (*errno_location())，相当于传入了一个函数 int *errno_location()，因此如果调用func时传入一个整数，编译器就会报出如下错误：

warning: passing argument 1 of ‘func’ makes pointer from integer without a cast
note: expected ‘int * (*)()’ but argument is of type ‘int'

意思为func本来预期传入一个int *(*)()的，可是调用者传入的是int。
如果传入的是func2就不会发生错误，而且能正常运行。

可见这里关键问题在于宏的展开，宏在什么情况下会展开？若在main中调用func(errno)，而func定义为void func(int errno)。如果全局errno是一个整数就不存在这个问题，全局errno在func传入参数时被同名的errno屏蔽了，而在调用func时传入errno即为全局的errno，因此可以正常运作。

关键问题在于errno是一个奇怪的宏，
#define errno (*errno_location())
   

那么在func定义和func调用过程中传入的errno都会被展开。在调用func(errno)时没有问题，因为展开后返回一个整数，但是在func定义中就会产生问题，原意是定义为传入参数为整数的，而宏展开后不知不觉产生了传入参数应该为int *(*)()类型的效果，因此此处极易出错。

同样，不可给新定义的errno赋值，如 int errno = 10;将被展开为

int (*errno_location()) = 10 意为定义一个函数指针并指向地址10，这显然与原意不符。

但是errno = 10可以，被展开为

(*errno_location()) = 10;