Unix shell输入输出重定向

标签：unix   文件描述符   重定向   

写程序的时候，适当地打印出一些进度或者日志信息常常能帮助我们跟踪程序的运行结果。但是，这些结果或者日志信息打印到屏幕上并不能作为以后检查问题的依据。这就是重定向的作用，写程序的时候，我们可以方便的将相关的信息打印到屏幕或者是从键盘接收输入(这样的好处就是避免直接操作文件)，利用重定向我们可以很方便地将输入输出重定向到文件或者其它地方。

1、文件描述符（下面部分来自维基百科）

文件描述符(File descriptor)是计算机科学中的一个术语，是一个用于表述指向文件的引用的抽象化概念。

文件描述符在形式上是一个非负整数。实际上，它是一个索引值，指向内核为每一个进程所维护的该进程打开文件的记录表。当程序打开一个现有文件或者创建一个新文件时，内核向进程返回一个文件描述符。在程序设计中，一些涉及底层的程序编写往往会围绕着文件描述符展开。但是文件描述符这一概念往往只适用于UNIX、Linux这样的操作系统。

文件描述符的优点主要有两个：基于文件描述符的I/O操作兼容POSIX标准；在UNIX、Linux的系统调用中，大量的系统调用都是依赖于文件描述符。文件描述符的概念存在两大缺点：在非UNIX/Linux操作系统上(如Windows NT)，无法基于这一概念进行编程；由于文件描述符在形式上不过是个整数，当代码量增大时，会使编程者难以分清哪些整数意味着数据，那些意味着文件描述符，因此，完成的代码可读性也就会变得很差，这一点一般通过消除魔术数字来解决。

对于ANSI C规范中定义的标准库的文件I/O操作。ANSI C规范给出了一个解决方法，就是使用FILE结构体的指针。事实上，UNIX/Linux平台上的FILE结构体的实现中往往都是封装了文件描述符变量在其中。

2、输入输出重定向

2.1 stdin、stdout和stderr

简单地说，文件描述符是与已打开文件或设备相关联的整数，它们保持和已打开文件或设备的关联。最为常见的文件描述符是stdin、stdout和stderr，它们分别是0、1、2，是系统保留的文件描述符，分别对应标准输入、标准输出和标准错误。Unix系统会默认打开这三个文件描述符，并将stdin关联到键盘，将stdout和stderr关联到屏幕。这里将的输入输出重定向主要就是将这三个文件描述符重新定向到其它我们希望的文件或者设备。对于stdin，stdout和stderr重定向一般采用的操作符主要有<、>和>>，在没有指定的具体文件操作符的情况下，缺省是这样的：command < file.txt相当于command 0< file.txt，也就是说默认是将文件重定向到文件描述符0；command > file.txt相当于command 1> file.txt也就是说默认将文件描述符1重定向到文件，>>和>相同。如果要重定向stderr，就要显示指定，比如command 2> file.txt，将command的错误信息输出到file.txt。

2.2 重定向输入

为了避免每次手动输入数据，我们可以将数据写入一个文件，然后使用重定向将输入重定向到该文件。这里为了演示用的是linux的cat命令，cat命令如果不加参数，会读取标准输入并将其输出到屏幕（实际上，cat用‘-’做参数也是这个效果，cat -），效果如下：

[lfqy@localhost ~]$ cat 
Hello, world!
Hello, world!
Ni hao!
Ni hao!
I‘m unhappy.
I‘m unhappy.//这里按下ctrl+D相当于EOF
[lfqy@localhost ~]$ 

[lfqy@localhost ~]$ cat <test.txt 
Hello, world!
Ni hao!
I‘m unhappy.
[lfqy@localhost ~]$ 

2.2 重定向输出

2.2.1 重定向标准输入和标准错误

为了测试标准错误，首先新建了一个test目录，然后在里面创建了三个文件f1.txt、f2.txt和f.txt。在f.txt中写入上面的几句话，然后将f1.txt和f2.txt的权限设置为000（chmod 000 f1.txt）。下面开始分别将标准输出和标准错误重定向。

1、没有重定向之前
[lfqy@localhost test]$ cat f*
cat: f1.txt: Permission denied
cat: f2.txt: Permission denied
Hello, world!
Ni hao!
I‘m unhappy.
2、重定向标准输出
[lfqy@localhost test]$ cat f* > stdout.txt
cat: f1.txt: Permission denied
cat: f2.txt: Permission denied
[lfqy@localhost test]$ cat stdout.txt 
Hello, world!
Ni hao!
I‘m unhappy.
3、重定向标准输出和标准错误
[lfqy@localhost test]$ cat f* 2> stderr.txt
Hello, world!
Ni hao!
I‘m unhappy.
[lfqy@localhost test]$ cat stderr.txt 
cat: f1.txt: Permission denied
cat: f2.txt: Permission denied
4、同时分别将标准输出重定向到stdout.txt，将标准错误重定向到stderr.txt
[lfqy@localhost test]$ rm stderr.txt stdout.txt 
[lfqy@localhost test]$ cat f* 2> stderr.txt >stdout.txt
[lfqy@localhost test]$ cat stderr.txt stdout.txt 
cat: f1.txt: Permission denied
cat: f2.txt: Permission denied
Hello, world!
Ni hao!
I‘m unhappy.

如果输出重定向的文件不存在，该文件会默认被创建；如果文件存在并有内容，其中原来的内容都会被清空。当然，如果想要新的重定向的内容追加在原来内容的后面，可将上面的‘>‘换成‘>>‘，可以达到效果。

这个实现起来有好几种办法，方法如下：

1、cat f* &> stdall.txt
[lfqy@localhost test]$ cat f* &> stdall.txt
[lfqy@localhost test]$ cat stdall.txt 
cat: f1.txt: Permission denied
cat: f2.txt: Permission denied
Hello, world!
Ni hao!
I‘m unhappy.
2、cat f* 1> stdall0.txt 2>&1
[lfqy@localhost test]$ cat f* 1> stdall0.txt 2>&1
[lfqy@localhost test]$ cat stdall0.txt 
cat: f1.txt: Permission denied
cat: f2.txt: Permission denied
Hello, world!
Ni hao!
I‘m unhappy.
反例：
[lfqy@localhost test]$ cat f* 2>&1 1> stdall0.txt
cat: f1.txt: Permission denied
cat: f2.txt: Permission denied

上面1用的是一个稍微特殊的操作符&>可以同时重定向标准输出和标准错误；2是将标准错误重定向到标准输出，然后重定向标准输出来达到目的。二者的实现思路稍有不同。这里之所以要用cat f* 1> stdall0.txt 2>&1，之所以要在1前面加一个&，是因为1作为一个系统默认创建的文件描述符，要用&来引用它，下面应该也会讲到。

2.2.3 新技能get

(1) 丢弃不想要的输出

有一个类似于垃圾桶的设备文件：/dev/null。将不想要的输出重定向到该文件就可以了。

1、丢弃标准输出
[lfqy@localhost test]$ cat f* > /dev/null
cat: f1.txt: Permission denied
cat: f2.txt: Permission denied
2、丢弃标准错误
[lfqy@localhost test]$ cat f* 2> /dev/null
Hello, world!
Ni hao!
I‘m unhappy.
3、都丢弃（下面三种效果相同）
[lfqy@localhost test]$ cat f* 2> /dev/null 1>/dev/null
[lfqy@localhost test]$ cat f* &> /dev/null 
[lfqy@localhost test]$ cat f* 1>/dev/null 2>&1

有时候，我们要将程序的输出存档，而又想看到程序的输出(上面的重定向没办法看到输出，只能后来查看文件)。这里，用到一个命令tee，它能够读取标准输入的内容，然后将其既输出到标准输出又写入到文件（tee - read from standard input and write to standard output and files）。这里要注意的是，这里需要将命令的输出送到管道，然后由tee来接收管道的输入，而只有标准输出的内容能够经过管道，所以先要将标准错误重定向到标准输出。

[lfqy@localhost test]$ cat f* 2>&1 | tee tee.txt
cat: f1.txt: Permission denied
cat: f2.txt: Permission denied
Hello, world!
Ni hao!
I‘m unhappy.
[lfqy@localhost test]$ cat tee.txt 
cat: f1.txt: Permission denied
cat: f2.txt: Permission denied
Hello, world!
Ni hao!
I‘m unhappy.

0、1和2是系统保留的文件描述符，我们也可以自己创建自定义的文件描述符。自定义的文件描述符主要有三种模式：只读模式，截断模式和追加模式。假定已经创建了文件描述符num，可以使用&num来引用它，上文中用过&1就是这个道理。

3.1 只读模式

使用"exec num<filename"创建只读模式的文件描述符；只读方式的文件描述符只能读取一次，如需二次读取，需要对文件描述符重新创建。

[lfqy@localhost test]$ exec 5<f.txt
[lfqy@localhost test]$ cat <&5
Hello, world!
Ni hao!
I‘m unhappy.
[lfqy@localhost test]$ cat <&5//二次读取的时候没有任何输出

截断模式就是指在创建该文件描述符的时候，对应文件中原来的内容将会被清空。使用"exec num>filename"的模式创建截断模式截断模式的文件描述符创建之后，所有输出到该文件描述符的内容都会依次追加在对应文件的后面，只是该文件描述符创建之前的内容被清空了。

[lfqy@localhost test]$ cat f.txt 
Hello, world!
Ni hao!
I‘m unhappy.
[lfqy@localhost test]$ exec 7>f.txt
[lfqy@localhost test]$ cat f.txt 
[lfqy@localhost test]$ echo "Love" >&7
[lfqy@localhost test]$ echo "Happy" >&7
[lfqy@localhost test]$ cat f.txt 
Love
Happy

使用"exec num>>filename"创建追加模式的文件描述符，和截断模式不同，在创建该文件描述符的时候，对应文件中原来的内容不会被清空，所有输出到该文件描述符的内容都会依次追加在对应文件的后面。

[lfqy@localhost test]$ cat f.txt 
Love
Happy
[lfqy@localhost test]$ exec 8>>f.txt
[lfqy@localhost test]$ cat f.txt 
Love
Happy
[lfqy@localhost test]$ echo "Friendship" >&7
[lfqy@localhost test]$ echo "Flair" >&7
[lfqy@localhost test]$ cat f.txt 
Love
Happy
Friendship
Flair

好吧，关于文件描述符今天就到这里了，后面学到新的内容会再补上。

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