Linux之重定向和缓冲区详细解析

news2024/9/20 16:49:33

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一.重定向

 1.1stat接口

 1.1.1利用stat查看文件大小

 1.1.2利用stat读取文件

1.2文件描述符分配规则

1.2.1分别关闭文件描述符

 1.2.2只关闭1

1.3dup2

1.4标准错误重定向

二.缓冲区

2.1刷新策略

2.2封装一下库

一.重定向

 1.1stat接口

        首先我们先写入文件

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
int main()
{
    int fd=open("test.txt",O_CREAT|O_WRONLY|O_TRUNC,0666);
    if(fd<0)
    {
        perror("fopen\n");
        return 1;
    }
    const char * message="hello Linux\n";
    write(fd,message,strlen(message));
    write(fd,message,strlen(message));
    write(fd,message,strlen(message));
    close(fd);
    return 0;
}

文件test.txt写入

我们可以使用

man 2 stat

stat是一个结构体，类型为struct stat，我们可以查到stat的结构体里面有

 1.1.1利用stat查看文件大小

我们现在主要使用它的st_size属性， 我们看代码：

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
const char * filename="test.txt";
int main()
{
    struct stat st;
    stat(filename,&st);
    printf("file size : %d\n",st.st_size);
    int fd=open(filename,O_CREAT|O_WRONLY|O_TRUNC,0666);
    if(fd<0)
    {
        perror("fopen\n");
        return 1;
    }
    printf("fd : %d \n",fd);
    // const char * message="hello Linux\n";
    // write(fd,message,strlen(message));
    // write(fd,message,strlen(message));
    // write(fd,message,strlen(message));
    close(fd);
    return 0;
}

运行结果为：

 1.1.2利用stat读取文件

        通过read进行文件读取，读取的个数就是文件的大小，代码如下：

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include<stdlib.h>
const char *filename="test.txt";
int main()
{
    struct stat st;
    stat(filename,&st);
    printf("file size : %d\n",st.st_size);
    int fd=open(filename,O_RDONLY);
    if(fd<0)
    {
        perror("fopen\n");
        return 1;
    }

    char* message=(char*)malloc(st.st_size+1);
    int n =read(fd,message,st.st_size);
    if(n>0)
    {
        message[st.st_size]='\0';
        printf("%s\n",message);
    }
    else 
    {
        perror("read");
        return 2;
    }
   
    close(fd);
    return 0;
}

1.2文件描述符分配规则

1.2.1分别关闭文件描述符

        文件描述符的分配规则就是按照从小到大进行分配，查询到一个最小的文件描述符，其中0，1，2分别是标准输入，标注输出，标注错误这三个，在这里重点不在这里，我尝试关闭0，1，2输出一些内容，可以看到什么，代码如下：

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include<stdlib.h>
const char *filename="test.txt";
int main()
{
    //close(0);
    //close(1);
    //close(2);
    printf("hello linux\n");
    return 0;
}

分别关闭0,1,2结果为：

 1.2.2只关闭1

        只关闭文件描述符1，再打开一个文件，那这个文件的文件描述符是1，文件描述符1是标准输出啊，先看代码：

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include<stdlib.h>
const char *filename="test.txt";
int main()
{
    close(1);
    
    int fd=open("test.txt",O_CREAT|O_WRONLY|O_TRUNC,0666);
    if(fd<0)
    {
        perror("open\n");
        return 1;
    }

    printf("printf fd: %d\n",fd);
    fprintf(stdout,"fprintf fd: %d\n",fd);

    fflush(stdout);
    close(fd);

    return 0;
}

再显示器中没有任何输出，它的输出在text.txt文件中

如果我们删除fflush(stdout)这句test.txt就不会有任何内容，下面图片可以大致表示此过程：

 关闭1，再打开一个文件，这个文件的文件描述符为1，由于上层不知道底层的变化，所以stdout的文件描述符还是1，文件描述符1对应着stdout，在stdout写入，会存储在它的语言级缓冲区，当程序结束会刷新这个缓冲区，但是我们文件关闭了所以当没有fflush就不会有内容，有fflush会将语言级缓存区内容刷新到内核级文件缓冲区中，然后再刷入磁盘。这个操作就是一种重定向。 

1.3dup2

查看dup2文档可以看到:

这个接口就是来处理上面的情况，它将一个文件描述符表的oldfd的内容拷贝到newfd的位置，实现重定向，代码如下:

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include<stdlib.h>
const char *filename="test.txt";
int main()
{
    int fd=open("test.txt",O_CREAT|O_WRONLY|O_TRUNC,0666);
    if(fd<0)
    {
        perror("open\n");
        return 1;
    }
   dup2(fd,1);

    printf("printf fd: %d\n",fd);
    fprintf(stdout,"fprintf fd: %d\n",fd);

    close(fd);

    return 0;
}

运行结果为： 

1.4标准错误重定向

        在c语言中输出错误信息可以通过perror进行输出，可以通过重定向将错误信息和打印信息进行分离，先看代码：

#include<stdio.h>

int main()
{
    perror("I am perror\n");
    perror("I am perror\n");
    perror("I am perror\n");
    printf("I am parentf\n");
    printf("I am parentf\n");
    printf("I am parentf\n");
    return 0;
}

直接运行可以看到：

 

输入下面指令：

./a.out 1>test.txt

结果如下： 

 

可以这样将错误信息进行分离，当然将1改为2会将错误信息重定向到test.txt中。如何向让这俩 重定向到不同外文件中输入指令：

./a.out 1>test1.txt 2>test2.txt

想让这俩重定向到同一个文件输入指令：

 ./a.out 1>test.txt 2>&1

二.缓冲区

2.1刷新策略

        缓冲区是什么？缓冲区就是一段内存空间，缓冲区可以提高使用者的效率，使用者只需要将内容写道缓冲区即可，其余的事情不需要使用者管了，操作系统会自动进行，缓冲区有用户级缓冲区，还有内核级缓冲区。缓冲区的刷新策略有三种，第一种立即刷新（fflush等接口）；第二种按行刷新（显示器，主要是为了照顾使用者的使用习惯），第三种全刷新(普通文件)。

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
    printf("hello print\n");
    fprintf(stdout,"hello fprint\n");

    const char*mes="hello write\n";
    write(1,mes,strlen(mes));

    fork();

    return 0;
}

当文件生成可执行程序myfile，输入下面指令：

./myfile > test.txt

查看test.txt内容

这是重定向到普通文件，普通文件刷新策略是全缓冲，而子进程会继承父进程的代码和数据，所以缓冲区了也会继承，所以会有两份，由于write是直接写入所以没有继承。

2.2封装一下库

#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#define SIZE 1024
struct my_FILE
{
    int _fileno;
    int _flag;
    char _buff[SIZE];
    int _pos;
    int _size;
};
typedef struct my_FILE my_FILE;
my_FILE* my_fopen(const char *pathname, const char *mode);
void my_fflush(my_FILE* fp);
size_t my_write(my_FILE* fp,const char* messag,size_t len);
int my_read(my_FILE* fp,char*data,int len);
void my_fclose(my_FILE *fp);
#include"mystdio.h"

my_FILE* my_fopen(const char *pathname, const char *mode)
{
    int fd=0;
    int flag=0;
    int creat=0;
    if(strcmp(mode,"w")==0)
    {
        flag=O_CREAT|O_WRONLY|O_TRUNC;
        creat=1;
    }
    else if(strcmp(mode,"a")==0)
    {
        flag=O_APPEND|O_CREAT|O_WRONLY;
        creat=1;
    }
    else if(strcmp(mode,"r")==0)
    {
        flag=O_RDONLY;
    }
    else 
    {
        return NULL;
    }

    if(creat)
    {
        fd=open(pathname,flag,0666);
    }
    else 
    {
        fd=open(pathname,flag);
    }
    if(fd<0) return NULL;
    my_FILE* fp= (my_FILE*)malloc(sizeof(my_FILE));
    fp->_fileno=fd;
    fp->_flag=1;
    fp->_pos=0;
    fp->_size=0;

    return fp;
}
void my_fflush(my_FILE* fp)
{
    write(fp->_fileno,fp->_buff,fp->_pos);
    fp->_pos=0;
}
size_t my_write(my_FILE* fp,const char* messag,size_t len)
{
    memcpy(fp->_buff+fp->_pos,messag,len);
    fp->_pos+=len; 
    fp->_size+=len;
    if(fp->_flag==1&&fp->_buff[fp->_pos-1]=='\n')
    {
        my_fflush(fp);
    }
   
    return fp->_pos;

}

int my_read(my_FILE* fp,char*data,int len)
{
   return read(fp->_fileno,data,len);
}

void my_fclose(my_FILE *fp)
{
    my_fflush(fp);
    close(fp->_fileno);
    free(fp);
}
#include"mystdio.h"

int main()
{
    my_FILE* fp=my_fopen("log.txt","w");
    if(fp==NULL)
    {
        perror("my_fopen\n");
        return 1;
    }
    // char* mes="hello file\n";
    // my_write(fp,mes,strlen(mes));
    // my_write(fp,mes,strlen(mes));
    // my_write(fp,mes,strlen(mes));
    // my_write(fp,mes,strlen(mes));
    // my_write(fp,mes,strlen(mes));
    // my_write(fp,mes,strlen(mes));
    // char mes[SIZE];
    // int n=my_read(fp,mes,sizeof(mes));
    // mes[n]='\0';
    // printf("%s\n",mes);
    my_fclose(fp);

    return 0;
}

可以进行文件的写入和读取。

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