[Linux打怪升级之路]-重定向

时间:2022-12-13 12:55:47

前言

[Linux打怪升级之路]-重定向作者:小蜗牛向前冲

[Linux打怪升级之路]-重定向名言:我可以接受失败,但我不能接受放弃

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目录

一、文件描述符

1、初识文件描述符 

2、文件描述符的分配规则

二、重定向

1、认识重定向

2、重定向的接口函数dup2

3、二种重定向 



本期学习目标:知道什么是文件描述符, 了解文件描述符的分配规则,认识重定向。

一、文件描述符

1、初识文件描述符 

我们在学习打开文件的接口open函数时,他的返回值就文件描述符,当时我们认为他是一个小的整数。

眼见为实,而听为虚,验证一下:

#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS

#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>

int main()
{
	int fd = open("add.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0666);
	if (fd < 0)
	{
		perror("open");
		return 1;
	}
	//在显示器中打印fd的值
	fprintf(stdout, "open fd: %d\n", fd);
	close(fd);
	return 0;
}

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 这样我们就验证了fd是一个小的整数,但是这个文件描述符有什么用呢?对应open函数来说,成功打开文件就返回fd,失败就返回-1。

对于文件描述符的用处,这里我们就不得不提操作系统是如何管理文件的,要管理文件也就是要管理进程,而要管理一个进程一般都是先描述,在组织;当我们打开一个文件,操作系统就要创建相应的数据结构来管理文件,在task_struct结构体中就有一个file*的指针指向,一张表files_struct这张表有一个核心的部分指针数组fd_array[],里面的每个元素都是一个指向打开文件的指针,通过文件指针来管理内存中的文件。这个数组的下标就称为文件描述符。

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 也就是文件描述符fd的本质:是数组下标,通过文件描述符fd就能找到要管理的文件

虽然我们知道了文件描述是什么?但是当我们通过open打开文件,他的文件描述符fd,为什么是3呢?

这要就了解文件描述符是如何分配的。

2、文件描述符的分配规则

Linux进程默认情况下会有3个缺省打开的文件描述符,分别是标准输入0, 标准输出1, 标准错误2,也就是说fd_array[]数组下标从0到2下标都被占用了。那给我新打开的文件操作符分配了fd  = 3,会不会被的文件操作符的分配就是从3开始的呢?

下面我们关闭fd = 0这个下标看看会发生什么?

	close(0);//关闭fd = 0,进行观察

[Linux打怪升级之路]-重定向[Linux打怪升级之路]-重定向

 这时发现打印fd = 0。

继续关闭fd = 1,会发现什么?

	close(1);//关闭fd = 1,进行观察

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 这里发现当我们执行程序后,屏幕中并没有打印出fd的值。

难道程序出现了bug?下面我们继续关闭fd = 2的接口,其他都不变。

	close(2);//关闭fd = 2,进行观察

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 这时发现,fd = 2被打印出来了,也就是说没有出现bug,那么为什么三次会出现不同的现象呢?

现象汇总

关闭fd = 0

屏幕上打印出fd = 0

关闭fd = 1

屏幕上并没有打印出fd

关闭fd = 2

屏幕中打印出fd = 2

为什么会这样呢?

其实文件描述符fd的分配规则:是从小到大 ,遵循寻找最小而且没有被占用的的fd分配

这也就是为什么我们关闭了fd = 0和fd =2,会打印出fd = 0,fd =  2;因为关闭后就没有被占用了自然就可以被操作系统分配。

至于为什么关闭fd = 1会出现,显示器不打印的情况,因为fd = 1最初的指向是指向控制显示器输出的文件,我们关闭了fd =1,操作系统就不能找到显示器输出文件,所以就无法正常打印,但是实际上fd 就是被分配到了fd = 1这个数组下标里。

二、重定向

1、认识重定向

我们还是要聊一聊上面的代码,当我们关闭了1,是指的是将fd = 1里面的指针不在指向显示器了,而指向了我们的文件,也就是向我们的文件打印的。[Linux打怪升级之路]-重定向

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但是我们又观察到,这里的add.txt中什么也没有啊,不是说向文件中打印内容吗?其实这是和缓存区有关(这个问题,下次在聊),这里只要我们重新刷新缓存区就可以了。

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 这里通过C语言的接口函数fflush强制进行刷新。

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 这时候add.txt文件中果然被写入fd。

对应上面这种现象我们就称为重定向,我们将本来fd = 1处的指针本应该指向显示器的重定向的指向了我们自己的文件。

重定向的本质是指向:上层的使用的fd不变,在内核中更改fd对应的struct file*的地址

但是这样重定向会不会太麻烦,每次都要进行关闭fd,其实操作系统为我们提供了专门的重定向的接口。

2、重定向的接口函数dup2

通过重定向的接口dup2,我们就可以很方便进行重定向的工作。

函数原型:

      int dup2(int oldfd, int newfd);

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 虽然dup接口有三种类型,但是我们最为常用的还是dup2。

函数的参数

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上面红框中的部分大意说的是 :newfd是oldfd的应该副本,如果有必要请关闭newfd,也就是最初我们关闭fd =1,这样在去调用重定向。下面是他的注意事项:

  • 如果 oldfd 不是有效的文件描述符,则调用将失败,并且 newfd 不会关闭。 
  • 如果 oldfd 是一个有效的文件描述符,并且 newfd 的值与 oldfd 相同,那么 dup2()可以 什么都没有,并返回 newFD。

oldfd: 指的是我们文件的fd

newfd: 指的是要重定向到那个fd中的fd

这个参数的命名,可能会引起大家的误会,下面我们在代码中去理解。

#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS

#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>

int main()
{
	int fd = open("add.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0666);
	if (fd < 0)
	{
		perror("open");
		return 1;
	}
    dup2(fd,1);//重定向
	fprintf(stdout, "open fd: %d\n", fd);
	close(fd);
	return 0;
}

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 当我们运行程序,就向add.txt中写入了内容。

3、二种重定向 

下面为大家介绍二种常见的重定向:输入重定向(<)和输出重定向(>)。

输入重定向(<)

 对于他的理解我们完全可以从字面意思上理解,指的是重新指定设备来代替键盘作为新的输入设备。

命令符格式:命令 < 文件

下面我们在代码中进一步理解:

int main()
{
	int fd = open("add.txt", O_RDONLY);
	if (fd < 0)
	{
		perror("open");
		return 1;
	}
	dup2(fd, 0);//重定向
	char line[64];
	while (1)
	{
		printf("<");
		if (fgets(line, sizeof(line), stdin) == NULL)break;
		printf("%s", line);
	}
	return 0;
}

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这是我们提前向add.txt中写的内容 ,下面运行程序[Linux打怪升级之路]-重定向

这里我们就将add.txt中的内容,从文件中直接按行读取了,不在需要在键盘中读取了,也就是输入重定向。

这里也就是类似于:

cat < add.txt

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 输出重定向(>)

字面意思理解:指的是重新指定设备来代替显示器作为新的输出设备

命令符格式:命令 >文件

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这里我们用输出重定向 ,其实就是将命令执行的标准输出结果重定向输出到指定的文件中,如果该文件已包含数据,会清空原有数据,再写入新数据