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前言

1.文件描述符分配规则

2.dup2 重定向接口

3.重定向

3.1>输出重定向

3.2>>追加重定向

3.3<输入重定向

3.4 shell 模拟实现< >

3.5 理解>

4. 理解“Linux 下一切皆文件”

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前言

问：fd 为什么默认从 3 开始，而不是从 0,1,2?

💬 前面还存在默认标准文件，stdin, stdout, stderr ，和 0,1,2一一对应

验证：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>int main(void)
{int fd = open("log.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0666);if (fd < 0) {perror("open");return 1;} printf("fd: %d\n", fd);close(fd);
}

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1.文件描述符分配规则

❗ 从 0 下标开始，寻找最小的没有使用的数组位置，它的下标就是新文件的文件描述符

（1） 关闭0，对返回的 fd 进行测试

 int main(void)
{close(0);int fd = open("log.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0666);if (fd < 0) {perror("open");return 1;} printf("fd: %d\n", fd);close(fd);
}

运行：

（2）关闭 1

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>int main()
{
// close(0);
// close(2);
close(1);
umask(0);
int fd=open("log.txt",O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC,0666);
if(fd == -1)
{
perror("open");
exit(1);
}
printf("fd:%d\n",fd);//这里必须刷新一下，不然log.txt里面没有内容，这里和缓冲区有关，下面讲                                                                                                                  
fflush(stdout);      
close(fd);           return 0;
}

运行;

❓ 本来应该直接打到显示器上的消息，打印到了 log.txt 上，是为什么呢?

A: 进程不 care 1 文件发生的变化，先关闭再 open，根据验证规则，会实现对 1 文件的补充重定向

❗ 重定向的本质：上层用的 fd 不变，在内核中更改 fd 对应的 struct file* 地址

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2.dup2 重定向接口

man dup2

NAME 中提到：dup 复制文件描述符

函数功能：

• dup2函数将文件描述符oldfd复制到newfd，并返回一个新的文件描述符。如果newfd已经打开，则将先关闭它。新的文件描述符将继承oldfd的文件状态标志（例如，文件偏移量、文件访问模式等）。

函数返回值：

• 成功时，返回新的文件描述符；失败时，返回-1，并设置errno变量来指示错误类型。

具体应用： new be old ，新的被老的覆盖，所以保留的是 old，dup2（old, new),所以前一个文件会拷贝形成 double 份，如果想实现对之前操作的实现，即 dup2(fd,1)

tip: 拷贝的是下标指针 struct 的 拷贝替换

#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>int main()
{// close(0);// close(2);// close(1);umask(0);int fd=open("log.txt",O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC,0666);if(fd == -1){perror("open");exit(1);}//重定向dup2(fd,1);printf("fd:%d\n",fd);//这里必须刷新一下，不然log.txt里面没有内容fflush(stdout);close(fd);return 0;
}

运行：

fd 覆盖了 log,应该输出到 1 中的，就到 fd 文件里面了

3.重定向

3.1>输出重定向

上面内容就是输出重定向，把新打开文件的fd重定向到fd为1（默认为显示器）的位置。

3.2>>追加重定向

实现在文件原内容后面的添加

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>int main()
{// close(0);// close(2);// close(1);umask(0);// int fd=open("log.txt",O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC,0666);int fd=open("log.txt",O_WRONLY|O_CREAT|O_APPEND,0666);if(fd == -1){perror("open");exit(1);}//重定向dup2(fd,1);printf("add hello\n");//这里必须刷新一下，不然log.txt里面没有内容                                                                           fflush(stdout);                                                                                                       close(fd);                                                                                                            return 0;                                                                                                             
}

3.3<输入重定向

测试：

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>int main()
{// close(0);// close(2);// close(1);umask(0);// int fd=open("log.txt",O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC,0666);// int fd=open("log.txt",O_WRONLY|O_CREAT|O_APPEND,0666);int fd=open("log.txt",O_RDONLY);if(fd == -1){perror("open");exit(1);}//输入重定向dup2(fd,0);char outbuffer[64];while(1){printf("<");if(fgets(outbuffer,sizeof(outbuffer),stdin) == NULL) break;printf("%s",outbuffer);}return 0;
}

输入重定向:

• 使用 dup2(fd, 0) 将文件描述符 fd 重定向到标准输入（文件描述符0），即从此程序的标准输入将从 log.txt 读取。

读取并输出内容:

• 声明一个字符数组 outbuffer[64] 用于存储从标准输入读取的内容。
• 使用 while 循环不断读取标准输入（现在是 log.txt 的内容）直到文件结束。
• printf("<") 打印一个提示符。
• fgets(outbuffer, sizeof(outbuffer), stdin) 从标准输入读取一行，如果读取失败（例如文件结束），则退出循环。
• printf("%s", outbuffer) 将读取的内容打印到标准输出。

❗ fgets(stdin)的显示，由键盘变为了从文件中读取，后并打印

C++联动：

>输入（将内容添加到文件之中），<读取（由从键盘读取变为了从某文件读取 fgets 0->fgets file）

---

3.4 shell 模拟实现< >

思路：

头文件

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/wait.h>
#include <assert.h>
#include <ctype.h>// 定义重定向类型
#define NONE 0
#define IN_RDIR 1
#define OUT_RDIR 2
#define APPEND_RDIR 3#define LEFT "<"
#define RIGHT ">"
#define LABLE "$"// 全局变量用于重定向
char *rdirfilename;
int rdir = NONE;
int lastcode;
int quit = 0;
char commandline[1024];// 函数声明
void getpwd();
char* getusername();
char* gethostname1();
void check_redir(char *cmd);
void interact(char *cline, int size);
void NormalExcute(char *_argv[]);

1. check_redir：

• 该函数处理命令字符串以识别和处理输入（<）、输出（>）和追加（>>）重定向。它更新命令字符串以排除重定向部分，并相应地设置全局变量 rdirfilename 和 rdir。

// 检查并处理命令中的重定向
void check_redir(char *cmd) {char *pos = cmd;while (*pos) {//遍历posif (*pos == '>') {//查找重定向符号，对之后实现替换if (*(pos + 1) == '>') {//追加重定向*pos++ = '\0';*pos++ = '\0';//切换字符并跳过while (isspace(*pos)) pos++;//后面的判断怎么理解呢rdirfilename = pos;//将文件名赋给rdir = APPEND_RDIR;//命令行操作break;} else {*pos = '\0';pos++;while (isspace(*pos)) pos++;rdirfilename = pos;rdir = OUT_RDIR;break;}} else if (*pos == '<') {*pos = '\0'; // ls -a -l -n < filename.txtpos++;while (isspace(*pos)) pos++;rdirfilename = pos;rdir = IN_RDIR;break;}pos++;}
}

1. interact：

• • 该函数提示用户输入，获取命令行，并调用 check_redir 处理任何重定向。

void interact(char *cline, int size) {getpwd();//获取当前工作目录并打印提示符printf(LEFT"%s@%s %s"RIGHT""LABLE" ", getusername(), gethostname1(), pwd);char *s = fgets(cline, size, stdin);//获取命令行输入assert(s);(void)s;cline[strlen(cline) - 1] = '\0';//移除换行符check_redir(cline);//处理重定向符号
}

1. NormalExcute：

• • 该函数创建一个新进程来执行给定的命令。如果设置了任何重定向，它会在执行命令之前相应地调整文件描述符。

// Function to execute commands
void NormalExcute(char *_argv[]) {pid_t id = fork();if (id < 0) {perror("fork");return;} else if (id == 0) {int fd = 0;if (rdir == IN_RDIR) {//对标记的rdir进行操作判断fd = open(rdirfilename, O_RDONLY);dup2(fd, 0);} else if (rdir == OUT_RDIR) {fd = open(rdirfilename, O_CREAT | O_WRONLY | O_TRUNC, 0666);dup2(fd, 1);} else if (rdir == APPEND_RDIR) {fd = open(rdirfilename, O_CREAT | O_WRONLY | O_APPEND, 0666);//打开操作的mode设置dup2(fd, 1);//对文件进行重定向}execvp(_argv[0], _argv);exit(EXIT_FAILURE);} else {int status = 0;pid_t rid = waitpid(id, &status, 0);if (rid == id) {lastcode = WEXITSTATUS(status);}}
}

1. main：

• • 程序的主循环初始化重定向设置，与用户交互以获取命令，将命令行输入分割成参数，并调用 NormalExcute 执行命令。

int main() {while (!quit) {rdirfilename = NULL;rdir = NONE;interact(commandline, sizeof(commandline));// Tokenize the command line input into argumentschar *argv[64];int argc = 0;char *token = strtok(commandline, " ");while (token != NULL) {argv[argc++] = token;token = strtok(NULL, " ");}argv[argc] = NULL;if (argc > 0) {NormalExcute(argv);}}return 0;
}

1. 占位符函数：

• • getpwd、getusername 和 gethostname1 是用于获取当前工作目录、用户名和主机名的占位符函数，应根据需要实现实际功能。

void getpwd() {// Implement function to get current working directory
}char* getusername() {// Implement function to get the usernamereturn "user";
}char* gethostname1() {// Implement function to get the hostnamereturn "hostname";
}

运行：

思考：

问：后面我们做了重定向的工作，后面我们在进行程序替换的时候，难道不影响吗？？？

不影响

❗ 程序替换，和文件访问是并列的关系，mm_struct && file_struct ，程序替换，只会替换代码和数据，不影响曾经打开的重定向文件

联系：可以通过对文件调动，为进程替换提供良好的环境

问：子进程重定向会影响父进程吗？

不会

❗ 子进程会对父进程进行写实拷贝

3.5 理解>

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>#define filename "log.txt"int main()
{fprintf(stdout, "hello normal message\n");fprintf(stdout, "hello normal message\n");fprintf(stdout, "hello normal message\n");fprintf(stdout, "hello normal message\n");fprintf(stdout, "hello normal message\n");fprintf(stderr, "hello error message\n");fprintf(stderr, "hello error message\n");fprintf(stderr, "hello error message\n");fprintf(stderr, "hello error message\n");fprintf(stderr, "hello error message\n");

测试：

./mytest 1>nomal.log 2>err.log
//合并
./mytest 1>all.log 2>&1 //实现了覆盖

>默认指向的是 1，那 2 的设置有什么意义呢？

意义： 将错误信息和正确信息分开放了，便于程序员的查看

❗ 对于重定向的记忆

cat(cout)<<输出

>>(cin)输入到

和原理毫不相关，就是用着发现这样挺好记忆的

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4. 理解“Linux 下一切皆文件”

🔔 进程通过对文件的管理实现了对设备的管理，设备的信息其实也是以文件的形式存储了

这里可能有这样一个问题，如果同一个文件被多个指针指向，但是某个进程把这个文件关了，会不会影响其他进程对这个文件的操作呢？

A: 其实并不会，一个被打开的文件有引用计数。

表明有几个指针指向这个文件，这样做是因为一个文件可能被多个指针指向。如果某个进程关闭文件，影响到其他进程，就不能保证进程的独立性。close关闭文件，其实并不是真正关闭文件，只是把引用计数减1，当只有一个指针指向这个文件，close关闭文件才是真正关闭这个文件。

文件有*write file 指针，屏蔽掉了设备的差异化，通过指针指向//C++联想：多态，奇类，派生类

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思考：

1. 面向对象，是历史的必然，是先进的表现

2. 万变不离其宗：

学习了底层知识，就可以是我们面对各种语言进行文件读取时，读读文档，就能上手操作了

学习思考：通过不断的实验和提问，来进行学习