标准I/O与重定向的若干概念

1.三个数据流

  标准输入：需要处理得数据流。标准文件描述符：0--stdin

  标准输出：结果数据流。标准文件描述符：1--stdout

  标准错误输出：错误信息流。标准文件描述符：2--stderr

2.重定向I/O的是shell而不是程序

  cmd>filename告诉shell将文件描述符1定位到文件。于是shell就将文件描述符与指定的文件连接起来。

  shell并不将重定向标记和文件名传递给程序。

实例证明：

#include<stdio.h>
main(int argc,char *argv[]){
    int i;
    printf("%d args:\n",argc);
    for(i=0;i<argc;i++){
        printf("%s\n",argv[i]);
    }
    fprintf(stderr,"this is message sent to stderr.\n");
}

  结果分析：

$ ./listargs testing >xyz one two 2> oops

只有testing、one、two是命令的参数，>xyz和2>oops是用来作重定向的，且testing、one、two和>xyz、2>oops的位置可以任意的交换都不影响结果。

stdout上没有输出，输出全部到了xyz和oops两个文件里：

$ cat xyz

4 args:

./listargs

testing

one

two

$ cat oops

this message is sent to stderr.

   shell提供文件描述符2的重定向。

   shell的重定向操作：

   一 .who>userlist   将stdout文件连接到一个文件 

   二 .sort<data  将stdin连接到一个文件

   三.who | sort  将stdout连接到stdin

3.”最低可用文件描述符“原则

    ”最低可用文件描述符“原则：当打开文件时，为此文件安排的描述符总是此数组中最低可用位置的索引。

     因此将stdin定向到文件实现起来其实非常简单：先close(0)，再打开一个文件，这时分配给该文件的文件描述符就是0。在读写文件时我们依然使用stdin（数字0）这个文件描述符，实现是在操作一上普通文件，而非标准输入。

实例：

 1 #include<stdio.h>
 2 #include<stdlib.h>
 3 #include<fcntl.h>
 4 #include<string.h>
 5 main(){
 6     int fd;
 7     char line[100];
 8     fgets(line,100,stdin);
 9     printf("%s",line);
10     close(0);
11     fd=open("/etc/passwd",O_RDONLY);
12     if(fd!=0){
13         fprintf(stderr,"Could not open data as fd 0\n");
14         exit(1);
15     }
16     fgets(line,100,stdin);
17     printf("%s",line);
18 }

结果以及分析：

$ gcc stdinredir1.c -o stdinredir1

$ ./stdinredir1

heoo chnn jdk

heoo chnn jdk

root:x:0:0:root:/root:/bin/bash

注意值为0的fd只能用来读，不能用来写，即上例中不能向/etc/passwd中写入内容，亦即16行不能用fputs。

将stdout重定向到文件

执行who>userlist发生了什么？首先要执行who命令，终端程序会fork一个子进程，然后在子进程中通过exec来执行who命令。重定向操作就发生在子进程调用exec之前。fork会复制父进程的代码和数据。exec会改变进程运行的程序，但它并不改变进程的属性和进程中所有的连接。即exec之后，进程的用户ID不变，优先级不变，文件描述符也不变。在子进程中close(1)，再打开一个文件，该文件自然就重定向到了标准输出。

实例：

#include<stdio.h>
#include<fcntl.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
main(){
    int pid;
    int fd;
    printf("About to run who into a file\n");
    if((pid=fork())==-1){   //创建子进程
        perror("perror");
        exit(1);
    }
    if(pid==0){     //在子进程中
        close(1);   //关闭文件描述符1
        fd=creat("userlist",0644);     //创建一个新文件，此时它获得文件描述任1
        execlp("who","who",NULL);       //如果本句执行成功，下面的代码就不会执行
        perror("execlp");       
        exit(1);
    }
    if(pid!=0){     //在父进程中等待子进程退出
        wait(NULL); //等待某个子进程退出
        printf("Done running who.results in userlist\n");
    }
}

结果及分析：

./filename cat userlist
orisun tty7 2011-12-24 14:21 (:0)
orisun pts/1 2011-12-24 14:44 (:0.0)

利用“最低可用文件描述符原则”来做文件重定向大部分情况下使用起来不够灵活，因为必须先关闭一个文件1，然后马上打开一个文件2，

才能把文件1重定向到文件2，关闭1和打开2之间不能打开或关闭其他文件。可以使用dup2将一个文件描述符复制到另外一个文件描述符。

newfd=dup2(oldfd,newfd); 它可以任意指定oldfd和newfd

实例：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<fcntl.h>
main(){
    int fd;
    int newfd;
    char line[100];
    fgets(line,100,stdin);
    printf("%s",line);
    fd=open("/etc/passwd",O_RDONLY);
    newfd=dup2(fd,0);      //将标准输入重定向到文件
    if(newfd!=0){
        fprintf(stderr,"Could not duplicate fd 0\n");
        exit(1);
    }
    close(fd);
    fgets(line,100,stdin);
    printf("%s",line);
}

结果与分析：

$ ./stdinredir2

a s d f g

a s d f g

root:x:0:0:root:/root:/bin/bash

实例参考网站： http://www.cnblogs.com/zhangchaoyang/articles/2300358.html

4.I/O重定向是如何工作的？

   首先，unix进程使用文件描述符0,1,2作为标准输入、输出和错误的通道。

   其次，当进程请求一个新的描述符的时候，系统内核将最低可用的文件描述符复制给他。具体如何复制参考上面例子。    

5.I/O重定向的基本概念

    a、 I/O重定向通常与 FD有关，shell的FD通常为10个，即 0～9；

    b、 常用FD有3个，为0（stdin，标准输入）、1（stdout，标准输出）、2（stderr，标准错误输出），默认与keyboard、monitor有关；

c、 用 < 来改变读进的数据信道(stdin)，使之从指定的档案读进；

d、 用 > 来改变送出的数据信道(stdout, stderr)，使之输出到指定的档案；

e、 0 是 < 的默认值，因此 < 与 0<是一样的；同理，> 与 1> 是一样的；

f、 在I/O重定向 中，stdout 与 stderr 的管道会先准备好，才会从 stdin 读进资料；

g、 管道“|”(pipe line):上一个命令的 stdout 接到下一个命令的 stdin;

h、 tee 命令是在不影响原本 I/O 的情况下，将 stdout 复制一份到档案去;

i、 bash（ksh）执行命令的过程：分析命令－变量求值－命令替代（``和$( )）－重定向－通配符展开－确定路径－执行命令；

j、 ( ) 将 command group 置于 sub-shell 去执行，也称 nested sub-shell，它有一点非常重要的特性是：继承父shell的Standard input, output, and error plus any other open file descriptors。

k、 exec 命令：常用来替代当前 shell 并重新启动一个 shell，换句话说，并没有启动子 shell。使用这一命令时任何现有环境都将会被清除。exec 在对文件描述符进行操作的时候，也只有在这时，exec 不会覆盖你当前的 shell 环境。

6.基本的I/O

cmd > file 把 stdout 重定向到 file 文件中；

cmd >> file 把 stdout 重定向到 file 文件中(追加)；

cmd 1> file 把 stdout 重定向到 file 文件中；

cmd > file 2>&1 把 stdout 和 stderr 一起重定向到 file 文件中；

cmd 2> file 把 stderr 重定向到 file 文件中；

cmd 2>> file 把 stderr 重定向到 file 文件中(追加)；

cmd >> file 2>&1 把 stdout 和 stderr 一起重定向到 file 文件中(追加)；

cmd < file >file2 cmd 命令以 file 文件作为 stdin，以 file2 文件作为 stdout；

cat <>file 以读写的方式打开 file；

cmd < file cmd 命令以 file 文件作为 stdin；

cmd << delimiter Here document，从 stdin 中读入，直至遇到 delimiter 分界符。

7.进阶的I/O

       

>&n 使用系统调用 dup (2) 复制文件描述符 n 并把结果用作标准输出；

<&n 标准输入复制自文件描述符 n；

<&- 关闭标准输入（键盘）；

>&- 关闭标准输出；

n<&- 表示将 n 号输入关闭；

n>&- 表示将 n 号输出关闭；

上述所有形式都可以前导一个数字，此时建立的文件描述符由这个数字指定而不是缺省的 0 或 1。如：

... 2>file 运行一个命令并把错误输出(文件描述符 2)定向到 file。

... 2>&1 运行一个命令并把它的标准输出和输出合并。(严格的说是通过复制文件描述符 1 来建立文件描述符 2 ，但效果通常是合并了两个流。)

我 们对 2>&1详细说明一下 ：2>&1 也就是 FD2=FD1 ，这里并不是说FD2 的值 等于FD1的值，因为 > 是改变送出的数据通道，也就是说把 FD2 的 “数据输出通道” 改为 FD1 的 “数据输出通道”。如果仅仅这样，这个改变好像没有什么作用，因为 FD2 的默认输出和 FD1的默认输出本来都是 monitor，一样的！ 但是，当 FD1 是其他文件，甚至是其他 FD 时，这个就具有特殊的用途了。请大家务必理解这一点。

exec 1>outfilename # 打开文件outfilename作为stdout。

exec 2>errfilename # 打开文件 errfilename作为 stderr。

exec 0<&- # 关闭 FD0。

exec 1>&- # 关闭 FD1。

exec 5>&- # 关闭 FD5。

参考网站： http://baike.baidu.com/link?url=SMJKaa5X8qAjejjQdkIqUf1sxL

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