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io-redirection.rst

File metadata and controls

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輸入輸出重導向

在 UNIX-like 環境中工作時，很常會遇到輸入輸出重導向的問題

POSIX 定義了（其實可能更早出現，這裡暫時不探究歷史）輸入輸出的模型：

  • stdin：做為程式的輸入，編號為 0
  • stdout：做為程式的輸出，編號為 1
  • stderr：做為程式錯誤訊息的輸出，編號為 2

所以當你寫了一支程式，可以從 stdin 抓資料、在 stdout 上印出訊息、在 stderr 上印出錯誤訊息

可以想像有三個 channel，資料可以丟進不同的 channel，代表不同的意義

這些 channel 被稱為串流（stream），這些編號則被稱為 file descriptor

程式在執行的時候，只負責從 stdin 抓資料、把資料丟到 stdout 和 stderr

其實這些 stream 的實際來源/目的地都是由 shell 查表得知的

這個行為被稱為「輸入輸出重導向（IO redirection）」

用一張圖表示

A -> [stdin] -> Command --+---> [stdout] -> B
                          |
                          +---> [stderr] -> C

用 file descripter table 表示

編號 實際來源/目的地
0 (stdin) A
1 (stdout) B
2 (stderr) C

語法

  • 語法： cmd1 | cmd2 ，會造成以下效果

    cmd1 --> [stdout] -> [stdin] -> cmd2

  • 語法： src>dst ，會把 src 的內容導向至 dst

    • src 為空代表 stdout，否則用 file descripter 表示
    • 若 dst 為 &數字 ，會導向至對應的 file descripter
    • 注意一行指令中可以出現多次的 src>? ，此時順序很重要，shell 會依指定的順序改寫 file descripter table
    • 若 src 原本不存在，則在會表格中新增一列
    • 若 dst 不存在則會錯誤

範例

Pipe line

ls -1 | nl

以 ls -1 的 stdout 做為 nl 的 stdin

$()

編寫 Shell Script 時，可以把指令的結果抓取起來，存到變數裡面

value=$(date)

date 的 stdout 會被做成字串，存進 value 變數中

合併 Stdin/Stdout

準備以下範例程式

# test.py
import sys
print('OUT', file=sys.stdout)
print('ERR', file=sys.stderr)

執行

$ python3 test.py
OUT
ERR

會印出兩串字在螢幕上，但其實 OUT 是印在 stdout，而 ERR 是印在 stderr

可以用 wc -l 指令檢查

$ python3 test.py | wc -l
ERR
       1

ERR 沒有被重導向，直接印在螢幕上， OUT 則被重導向給 wc -l ，計算出行數為一行

執行

$ python3 test.py 2>&1

將會把 OUT 和 ERR 都導入 stdout

分離 Stdin/Stdout

執行

$ python3 test.py 1>out.txt 2>err.txt

將會把 OUT 和 ERR 分別寫入 out.txt 以及 err.txt

交換 Stdin/Stdout

執行

$ python3 test.py 3>&2 2>&1 1>&3

將會使 stdout 和 stderr 的內容交換（看起來其實滿難懂的）

shell 的解讀順序如下

  1. python3 test.py

    python3 test.py --+-- [stdout] ---> [A]
                  |
                  '-- [stderr] ---> [B]

  2. python3 test.py 3>&2

    python3 test.py --+-- [stdout] ---> [A]
                  |
                  +-- [stderr] ---> [B]
                  |
                  '-- [3] --------> [B]
    • 抓取 stderr 指向的目的地，並指定給 3

  3. python3 test.py 3>&2 2>&1

    python3 test.py --+-- [stdout] ---> [A]
                  |
                  +-- [stderr] ---> [A]
                  |
                  '-- [3] --------> [B]
    • 抓取 stdout 指向的目的地，並指定給 stderr

  4. python3 test.py 3>&2 2>&1 1>&3

    python3 test.py --+-- [stdout] ---> [B]
                  |
                  +-- [stderr] ---> [A]
                  |
                  '-- [3] --------> [B]
    • 抓取 3 指向的目的地，並指定給 stdout

做了以上操作以後，stdout 和 stderr 就會互換了，可以用 wc -l 確認

3 留著沒有影響，反正程式不會去用到

其他

zsh 有 multi-IO 的功能， cmd >file1 >file2 會把 stdout 複製，故不完全適用上述行為

man dup