Linux重定向：深入理解与实践

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引入

文件描述符的分配规则

重定向理解

什么是重定向？

输出重定向

输入重定向

追加重定向

dup2

重新理解‘输入’和‘输出’重定向

完整的重定向格式

标准输出重定向

标准错误重定向

标准输出以及标准错误重定向同一文件

引入

文件描述符的分配规则

        在Linux系统中，文件描述符是一个数字，这个数字是用于表示打开的文件、管道和网络连接等进程所操作对象的标识符。文件描述符的分配规则遵循最小分配原则，也就是寻找未被占用的最小的文件描述符来使用。

        在Linux进程中，默认会有三个已经打开的文件描述符，对应的是标准输入（0）、标准输出（1）和标准错误（2）。这三个文件描述符分别对应键盘、显示器和打印机等物理设备。

        当我们需要打开新的文件时，系统会根据最小分配原则找到下一个可用的文件描述符进行分配。一般来说，新打开的文件会占用文件描述符3（如果0、1、2尚未被占用），接着是文件描述符4，以此类推。特别的，如果0、1或2已被关闭，那么新打开的文件的文件描述符可能会被赋值为0或1或2。

需要注意的是，虽然文件描述符是连续分配且依次增大的，但它们的起始值并不从0开始，而是从3开始。

🌰

在学习完Linux下的系统文件操作后，我们都知道Linux下一切皆文件，我们可以对文件进行打开、读、写、关闭等操作。而系统默认会帮我们打开三个文件，分别为标准输入、标准输出和标准出错处理，即：stdin、stdout、stderr。这三个文件分别对应文件描述符0、1、2。那么如果我们关闭了其中的一个文件，再额外打开个新的文件会这么样呢？如下：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#define FI "fi.txt"
int main()
{
	umask(0);
    close(1);//关闭输出流
    int fd = open(FI, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0666);
    printf("hello!\n");
    printf("hello!\n");
    printf("hello!\n");
    printf("hello!\n");
    printf("hello!\n");
    printf("hello!\n");
    printf("hello!\n");
    printf("my fd is %d\n",fd); 
    return 0;
}

对上述代码的情况可见：我们关闭了输出流的文件，新打开了一个文件，而使用printf进行打印操作。需要注意的是：printf、scanf都是默认的输入输出流，也就是说他们是按照stdin、stdout来进行对应的操作的。而此时printf非但没有把字符打印到显示器上反而打印到了新开的那个文件里，并且对应的文件描述符居然是1！这就说明了新开文件的文件描述符是遵守有空就补、从小到大使用的规律。

大致的操作如下：

对此，这也引出了我们重定向的概念—重定向是一种改变标准输入或输出默认执行方式的操作，无需大量的鼠标和键盘操作就可以完成数据的转移。

重定向理解

什么是重定向？

在Linux系统中，重定向的本质是修改原来默认的执行方式，对系统命令的执行过程进行重新定义。它主要涉及两个方面：输入重定向和输出重定向。

输入重定向：指的是将一个文件的内容导入到命令中作为输入数据。这种方式可以使得命令的执行不再依赖键盘的输入，而是读取来自指定文件的数据，从而提高了效率和便捷性。
输出重定向：指的是将命令的执行结果保存到文件中，而不是直接显示在显示器上。这种方式可以将命令的输出信息保存下来，以供后续分析和使用，避免了信息的丢失。

说大白话就是：修改特性文件fd下标的内容，上层fd不变，底层fd指向的内容在改变。

输出重定向

我们通过关闭文件描述符1或者2，然后打开一个新的文件使得通过printf输出的内容输出到fi.txt文件中。

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#define FI "fi.txt"
int main()
{
	umask(0);
    close(1);//关闭输出流
    int fd = open(FI, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0666);
    printf("output redirection!\n");
    printf("output redirection!\n");
    printf("output redirection!\n");
    printf("my fd is %d\n",fd); 
    return 0;
}

输入重定向

我们通过关闭文件描述符0，然后打开一个新的文件通过scanf从fi.txt中输入内容，然后再通过printf输出到显示器上。

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#define FI "fi.txt"
int main()
{
	umask(0);
    close(1);//关闭输入流
    int fd = open(FI, O_RDONLY , 0666);
	char *st;
    scanf("%s",st);
    printf("%s\n",st);
    scanf("%s",st);
    printf("%s\n",st);
    scanf("%s",st);
    printf("%s\n",st);
    printf("my fd is %d\n",fd); 
    return 0;
}

追加重定向

本质还是和输出重定向一样关闭文件描述符1或者2，但是需要注意的是我们更改了打开文件的操作，把清空操作改为了追加操作。 O_TRUNC -> O_APPEND

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#define FI "fi.txt"
int main()
{
	umask(0);
    close(1);//关闭输出流
    int fd = open(FI, O_WRONLY | O_CREAT | O_APPEND,  0666);
    printf("append redirection!\n");
    printf("append redirection!\n");   
    printf("append redirection!\n");
    printf("my fd is %d\n",fd); 
    return 0;
}

dup2

dup2函数是Unix/Linux系统中的一个系统调用函数，作用是复制文件描述符，并将其指定为新的文件描述符。其具体功能是将一个已存在的文件描述符复制到另一个新的文件描述符上，并且可以自定义新文件描述符的编号。系统中的手册如下：

        这个函数在C语言中常用于实现输入输出重定向。例如，可以先使用open()函数打开需要重定向的文件，然后使用dup2()函数将指定的文件描述符复制到新的文件描述符。这样就可以改变一个进程的标准输入、标准输出和标准错误输出的文件描述符指向，进而实现重定向的功能。

        dup2函数的原型为 int dup2 (int oldfd, int newfd); 其中，oldfd参数表示要被复制的文件描述符，newfd参数表示新的文件描述符。如果newfd已经打开，则先将其关闭。如果newfd等于oldfd，则dup2返回newfd, 而不关闭它。

        需要注意的是：dup2函数是dup()函数的“升级版“，因为与dup()只能复制一次不同，dup2可以无限次复制文件描述符。此外，如果复制成功，dup2函数会返回最小的尚未被使用过的文件描述符。

🌰

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#define FI "fi.txt"
int main()
{
	umask(0);
    int fd = open(FI, O_WRONLY | O_CREAT | O_APPEND,  0666);
    dup2(fd,1);
    printf("append redirection!\n");
    printf("append redirection!\n");   
    printf("append redirection!\n");
    printf("my fd is %d\n",fd); 
    close(fd);
    return 0;
}

重新理解‘输入’和‘输出’重定向

        在Linux中，>、>>和<、<<是重定向操作符，用于将命令的输出或输入重定向到文件或管道。

        - >：将命令的标准输出重定向到一个文件中，如果该文件不存在则创建它，如果存在则覆盖原有内容。例如：ls > file.txt 会将ls命令的输出保存到file.txt文件中。

        - >>：将命令的标准输出追加到一个文件中，如果该文件不存在则创建它。例如：ls >> file.txt 会将ls命令的输出追加到file.txt文件中。

        - <：将一个文件的内容作为命令的标准输入。例如：sort < file.txt 会将file.txt文件的内容作为sort命令的输入。

        - <<：将多行文本作为命令的标准输入。例如：echo -e "line1 line2 line3" | cat << EOF 会将EOF标记之间的文本作为cat命令的输入。

        通过上面我们对于重定向的理解，我们也从本质上理解了重定向实际上做的是什么操作，即：修改底层fd的指向。接下来我们进一步学习对于输入和输出的重定向！