news 2026/10/17 14:29:57

【基础IO】-4-再谈重定向

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张小明

前端开发工程师

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【基础IO】-4-再谈重定向

再谈重定向

  • 1、实验中的有趣现象
  • 2、重新理解重定向
  • 3、直接完成重定向的系统调用——dup
  • 4、完善自主shell——加入重定向操作

1、实验中的有趣现象

还记得我们验证文件描述符fd分配规则的实验吗？我们当时是关闭了0号文件流stdin，然后新建文件，发现新建文件的fd是0。

假如我们关闭fd == 1的文件呢？

#include<stdio.h>#include<unistd.h>#include<sys/types.h>#include<sys/stat.h>#include<fcntl.h>intmain(){close(1);// 关闭stdoutintfd=open("log.txt",O_CREAT|O_WRONLY,0666);printf("log.txt: %d\n",fd);fflush(stdout);close(fd);return0;}

本该写入到屏幕上的信息，却写入到了新建的log.txt中——这不就是输出重定向吗？

所以，我们通过关闭fd == 1的文件，再新建文件，然后用printf企图向标准输出流中做写入，结果内容写入到了文件log.txt，从而间接地完成了输出重定向的工作。

2、重新理解重定向

操作系统是只认文件描述符fd的，文件操作相关的系统调用几乎都需要fd的参与。

标准输出流stdout，底层封装的文件描述符fd是fd == 1。未来我们想要对标准输出流做写入，默认是写入到文件描述符为fd == 1的文件中的。

现在关闭了fd == 1的文件，即关闭了stdout标准输出流。然后我们新建文件log.txt，打开log.txt返回的文件描述符就是fd == 1。

而想要继续向标准输出流做写入的时候，由于操作系统只认fd == 1的文件流为标准输出流，所以就会去打开文件表fd_array中找下标为1的文件，结果找到了log.txt。

以上就是输出重定向的全过程。输出重定向的本质是：

  • 做标准输出的时候，进程只会写入到文件描述符fd == 1的文件当中，默认情况下是stdout标准输出流；
  • (打开文件表)fd_array中下标为 1 的文件，由stdout变为了用户指定的文件。

同理，追加输出重定向的本质与输出重定向的非常相似。它们的唯一的区别是：

  • 输出重定向，会清空历史内容；
  • 追加输出重定向，不会清空，只会在文件内容的末尾继续写入。

类似的，输入重定向的本质是：

  • 做标准读取的时候，进程只会读取文件描述符fd == 0的文件，默认情况下是stdin标准输入流；
  • (打开文件表)fd_array中下标为 1 的文件，由stdin变为了用户指定的文件。

3、直接完成重定向的系统调用——dup

重定向操作，本质上是(打开文件表)fd_array中file*指针的交换，即文件描述符fd作为fd_array数组的下标，对应的file*指针，的交换。

如果我们采用上面的“关闭文件再打开”的方式，显得比较麻烦。Linux为我们提供了一个操作系统——dup。

intdup2(intoldfd,intnewfd);

系统调用dup的作用是：

  • 关闭当前newfd指向的文件；
  • 将oldfd上的file*指针，拷贝给newfd。

所以输出重定向，可以这样用dup实现：

#include<stdio.h>#include<unistd.h>#include<sys/types.h>#include<sys/stat.h>#include<fcntl.h>intmain(intargc,char*argv[]){intfd=open("log.txt",O_CREAT|O_WRONLY|O_TRUNC,0666);// 不追加是O_TRUNC(清空)dup2(fd,1);printf("%s\n",argv[1]);close(fd);return0;}

追加输出重定向，可以这样用dup实现：

#include<stdio.h>#include<unistd.h>#include<sys/types.h>#include<sys/stat.h>#include<fcntl.h>intmain(intargc,char*argv[]){intfd=open("log.txt",O_CREAT|O_WRONLY|O_APPEND,0666);// 追加是O_APPENDdup2(fd,1);printf("%s\n",argv[1]);close(fd);return0;}

输入重定向，可以这样用dup实现：

#include<stdio.h>#include<unistd.h>#include<sys/types.h>#include<sys/stat.h>#include<fcntl.h>intmain(){intfd=open("log.txt",O_RDONLY,0666);dup2(fd,0);inta=0;floatf=0.0f;charc=0;scanf("%d %f %c",&a,&f,&c);printf("%d %f %c\n",a,f,c);close(fd);return0;}

学会使用dup之后，我们就可以继续完善我们自主实现的shell，即加上重定向操作。

4、完善自主shell——加入重定向操作

注意我们当前加入的重定向操作，是只针对普通命令，即需要bash创建子进程执行的命令，的重定向操作。

往自主shell中加入重定向操作，需要经过以下两个步骤：

  1. 完善执行命令函数Execute。
    • 定义全局的标识符redir_type，表示重定向操作的具体选项：
      • 不重定向#define NONE_REDIR 0
      • 输入重定向#define IN_REDIR 1
      • 输出重定向#define OUT_REDIR 2
      • 追加输出重定向#define NONE_REDIR 3
    • 以后在Execute中，检测redir_type发生的变化：
      • 若redir_type == 0，不做任何操作
      • 若redir_type == 1，检测到需要做输入重定向，stdin流换成指定文件流dup2(fd, 0)
      • 若redir_type == 2，检测到需要做输出重定向，stdout流换成指定文件流dup2(fd, 1)
      • 若redir_type == 3，检测到需要做追加输出重定向，stdout流换成指定文件流dup2(fd, 1)
  2. 添加函数Redir，对从用户方读取的命令字符串做预处理：
    • 看看字符串中有没有< > >>，以设置redir_type
    • 定义全局的重定向文件名redir_filename，提取字符串中重定向操作符右侧的文件名写入redir_filename
// Execute中创建子进程的部分elseif(0==id){intfd=0;if(IN_REDIR==redir_type){fd=open(redir_filename,O_RDONLY);dup2(fd,0);}elseif(OUT_REDIR==redir_type){fd=open(redir_filename,O_CREAT|O_WRONLY|O_TRUNC,0666);dup2(fd,1);}elseif(APP_REDIR==redir_type){fd=open(redir_filename,O_CREAT|O_WRONLY|O_APPEND,0666);dup2(fd,1);}else{// do nothing}execvp(argv[0],argv);exit(12);}
voidBash(){staticchar*env[256];_environ=env;LoadEnv();while(1){PrintPrompt();GetCommandLine();if(0==strlen(commandline))continue;Redir();// 获取用户输入后，先对可能包含的重定向操作做处理，再分析命令ParseCommandLine();if(CheckBuildinAndExecute())continue;Execute();}}
staticvoidRedir(){char*start=commandline;char*end=&commandline[strlen(commandline)+1];// 左闭右开while(start!=end){if('>'==*start){if('>'==*(start+1)){redir_type=APP_REDIR;*start='\0';start+=2;}else{redir_type=OUT_REDIR;*start='\0';start++;}Clear_Left_Space(start);// 宏替换的技巧：1. 直接写不利于观察。2. 写成函数，要传二级指针// 过滤空格，找到重定向的文件名redir_filename=start;break;}elseif('<'==*start){redir_type=IN_REDIR;*start='\0';start++;Clear_Left_Space(start);redir_filename=start;break;}else{++start;}}}

处理重定向操作的函数Redir就很有讲究。

首先是寻找重定向操作符，设置redir_type。定义char*指针start遍历输入字符串，

  • 遇到'<'，就是输入重定向
  • 遇到'>'，
    • 如果start下一位也是'>'，那么就是追加输出重定向
    • 否则就只是输出重定向

设置完redir_type之后，我们可以将重定向操作符改写成'\0'，这样做是对用户输入字符串做“切割”，切出操作符之前的命令(这样后续在解析函数ParseCommandLine中，strtok遇到\0就会停下)。

再然后，就要提取redir_filename。我们可以使start跳过操作符，继续向后找文件名。而操作符之后，

  • 可能直接就是文件名
  • 也可能是许多前导空格

所以我们需要做一个循环操作，过滤掉空格，

  • 直接写循环吗？太冗余了，代码看起来不太简洁。而且这个循环操作以后可能还要用
  • 外部设计成一个函数吗？那就要传递二级指针，才不会因为传值拷贝而不能对start进行修改

这里就涉及到一个编程技巧：将此处的循环操作设计成一个宏(替换)。

#defineClear_Left_Space(pos)do{\while(isspace(*pos))\++pos;\}while(0)

宏的本质就是替换，代码在预处理阶段就会用这段循环操作替换Clear_Left_Space；同时do{}while(0)中套while循环，可以防止宏函数直接跟;造成的实际循环未执行的情况发生。

当start找到了一个非空的字符，意味着找到了文件名。就可以设置redir_filename。

添加重定向操作，还有一个重要的一点：一定要在下一次输入命令之前，重置redir_type redir_filename！

不然会发生意想不到的问题。

代码演示

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