[Linux打怪升级之路]-重定向

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前言

作者小蜗牛向前冲

名言我可以接受失败但我不能接受放弃

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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: %d\n", 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 = 0fd = 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: %d\n", 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;
}