前言：本文探讨的是操作系统中的文件本质，探讨“打开的文件”，与语言无关。

观察我们平时写的C语言文件操作的函数，例如：

FILE* fp = fopen("log.txt", "w");

可以发现返回值的类型是FILE* ，那么这个FILE*到底是什么？

FILE* 是C库自己封装的结构题FILE的指针

系统调用接口中，我们会使用下面的函数：

int fd = open("log.txt", O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC);

可以发现返回值的类型是int,返回的内容是fd。这个fd我们称为文件描述符。

文件的结构

关于文件的结构，可以对比进程的结构，都i是差不多的。
当操作系统想管理文件的时候，需要做的是什么呢？
先把文件描述出来，然后再对大量的文件进行组织 — > 先描述再组织

对于文件，有很多属性，那我们就需要对每个属性进行封装，需要一个task_struct结构体对这些属性进行封装。

在task_struct中，有struct files_struct 结构体，这个结构体就是管理文件的。每创建一个文件，就在files_struct中进行一些操作（具体操作后面详细说明）。

那么，在task_struct中，想要对files_struct中进行操作，就需要有files_struct的指针，也就是 struct files_struct *f,这个指针操作files_struct。

在files_struct中有很多struct_file对象，每打开一个文件，就创建一个struct_file对象，在这个struct_file中存储的是什么呢？就是文件的各种属性：在磁盘的什么位置，基本属性，权限，大小，读写位置等，最重要的是struct_file * next指针，正是因为有了这个指针，就导致所有分离的文件通过链表的形式连接起来了。

现在我们已经知道struct_file对象通过链表连接起来了，就相当于一串一样，此时，在struct_file的上级 file_struct中是不是存了管理struct_file的指针。此时，在file_struct中创建一个数组，数组的内容就是存放指针，所以该数组是指针数组。而数组的下标，我们就称为文件描述符，就是fd 。这个数组我们就叫文件描述符表。

这些都可以在操作系统的源码中看到

文件描述符

标准输入输出

运行结果：

根据结果可以发现文件描述符fd = 3。
为什么是3? 0,1,2去哪里了？

0号文件 —— stdin —— 标准输入
1号文件 —— stdout —— 标准输出
2号文件 —— stderr —— 标准错误

如何验证？

从这里可以看出0号文件确实就是stdin。

文件描述符的规则

上述代码中 close(1)表示的是将1号文件关闭。
接着，打开了一个叫做log.txt的文件。
将msg中内容写入到1号文件中。 1号文件是标准输出。

观察输出结果：

为什么我们明明是向1号文件中写入，不写入到标准输出（显示器）上，反而出现在了log.txt的文件中？

因为我们刚刚做了一个操作，是close(1)，关闭1号文件。还记得我们之前有一个示例代码中打开文件，fd = 3,那时是因为0,1,2文件都被占用了，所以是3号文件。

现在1号文件的位置被腾出来了，所以新打开的文件就从前往后扫描，哪里空闲，就直接写入就行了。

这就是为什么向1号文件写入，却写进了log.txt中原因了。因为此时log.txt的文件的fd = 1.

本来如果不关闭1号文件，应该是如下图的结构

在关闭之后就变成下面这样了。

文件重定向

文件重定向有输出重定向，输入重定向，追加重定向，下面一一讲解。

输出重定向(对应符号’>')

其实上面的例子就是输出重定向。

所谓输出重定向，就是将本该输出到x的内容输出到y中。
操作：断开fd = i与文件x的链接，将fd = i 和 文件y重新建立连接。
上面的例子就是：本来应该输出到stdout中，但是由于将fd = 1和stdout的链接断了，并将log.txt链入到fd = 1中，所以输出就到了log.txt中。

echo的输出重定向

本来echo是向显示器中打印内容，现在：
将echo和stdout的链接断开，并重新建立echo和log.txt的链接
从而，可以将echo的内容打印到log.txt中。

输入重定向（对应符号’<'）

同输出重定向一样，输入重定向就是将fd = 0 和stdin的链接断了，然后重新链接。

上面的代码就是将stdin中的内容输入到buffer中。
我们将fd = 0和stdin的链接关了，并打开了一个文件test.txt，此时test.txt的fd = 0.
此时text.txt就是stdin
所以代码中将stdin写入到buffer中，其实是将fd = 0的文件的内容写入到buffer中，此时fd = 0的文件是test.txt，所以就是将test.txt的内容写入到buffer中。、

追加重定向（对应符号‘>>’）

追加重定向和输出重定向的区别就是：
输出重定向会覆盖之前写的内容
追加重定向是在原本的内容之上进行追加，不会覆盖

结果：

最前面的字母是原来的，后面的汉字是追加的。

实现文件重定向的函数dup2()

dup2是实现文件重定向的函数，有了这个函数我们就不需要自己操作close(fd)再重新连接。

dup2的函数描述

参数

在

int dup2(int oldfd, int newfd)

可以看到有oldfd和newfd,该怎么理解？
oldfd就是我们准备重定向到的文件，在前面的例子中就是test.txt, newfd就是我们准备断开链接的文件，在前面的例子中就是1或者 0

函数解释：简单来说就是将oldfd的地址拷贝一份,让newfd指向oldfd的地址。

测试

测试结果：