[Linux打怪升级之路]-重定向
前言
作者：小蜗牛向前冲
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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: %dn", fd);
close(fd);
return 0;
}
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。
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
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
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
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。
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。
这里通过C语言的接口函数fflush强制进行刷新。
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);
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
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: %dn", fd);
close(fd);
return 0;
}
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;
}
这是我们提前向add.txt中写的内容 ，下面运行程序
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
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
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