Linux标准输入、重定向与参数传递

Linux标准输入、重定向与参数传递

按惯例，每当运行一个新程序时，所有shell都为其打开3个文件描述符，即标准输入、标准输出以及标准错误。如果不做特殊处理，例如就像简单的命令ls，则这三个描述符都链接向终端。大多数shell都提供一种方法，使其中一个或所有这3个描述符都能重新定向到某个文件。

——《UNIX环境高级编程（第三版）》

也就是说，我们可以用文件内容来替代从终端输入的内容，也可以用文件来代替终端接收程序输出的内容。于是，我写了个简单的求两数和的小程序测试重定向功能：

#include <stdio.h>
int main(int argc,char** argv)
{
    int a,b;
    a=argv[1][0]-'0';
    b=argv[2][0]-'0';
    printf("The sum is %d\n.",a+b);
    exit(0);
}

编译，测试：

gcc add.c -o add
./add 1 2

输出：

The sum is 3.

没有问题。

继续测试重定向，测试文件input的内容只有两个数字：

1 2

输入命令：

./add < input

得到的输出却是：

Segmentation fault (core dumped)

奇怪，为什么重定向不起作用了，文件中的内容和我在命令行中输入的内容完全一样，为什么却引起了错误？

然后我想明白了，标准输入、标准输出、标准错误对于程序来说，都是文件，它们确实默认被链接到终端上了。但是这并不是说从终端输入的所有内容都属于标准输入，当我们输入命令

./add 1 2

时，这条语句不属于标准输入，而是作为一条“命令”传给命令解释器的，而其后跟随的两个数字“1 2”自然也不属于标准输入，而是属于“命令”的一部分——作为参数一起传递给命令解释器（Command Interpreter）的。

同时，源文件中的main函数括号中的 argc 和 argv 所接收的也不是标准输入的内容，而是由命令解释器传递过来的参数"1" "2"。整个程序压根就没有从标准输入获取数据，只是接收了命令解释器传过来的“参数”，做的运算也是基于“参数”的。

基于这两点，之前的错误就好理解了，当我们输入：

./add < input

时，程序 add 对应的标准输入的确被重定向为了文件 input，但是由于它不从标准输入读内容，所以这个重定向对它来说没有意义。又由于这条语句中没有向add传递其程序中所需要的参数，在运行过程中当需要用到两个参数时就会找不到，于是发生"Segmentation fault" 的错误。

意识到这一点后，重写一下源代码，把两个加数的来源改一下：

#include <stdio.h>
int main(void)
{
    int a,b;
    scanf("%d %d",&a,&b); //这才是从标准输入中获取数据
    printf("The sum is %d.\n",a+b);
    exit(0);
}

编译：

gcc add.c -o add

运行，并输入两个加数、得到结果：

./add
1 2
The sum is 3.

再测试重定向：

./add < input
The sum is 3.

这样一来就OK了。

有个问题：为什么其他程序就可以通过重定向来正常运行？比如：

cat input
cat < input

输出都是input文件的内容：

1 2

为什么cat就可以同时适用这两个方法？这两条命令其实机制不一样，第一条是cat程序接收命令解释器传来的参数字符串"input"，然后根据这个字符串参数在目录中搜索到名为"input"的文件，再获取内容，进而运行。而第二条则是通过重定向把cat的标准输入替换成input文件，cat直接从这个文件中获取其内容，进而运行。因此，虽然这两条命令使用的是相同的程序、读取的是相同的文件、输出的是同样的结果，但程序获取文件内容的途径是完全不一样的。

总结：

• 标准输入、标准输出、标准错误都被程序当做文件，且自动链接到终端上。

• 但并非所有从终端输入的内容都属于标准输入，有时只是作为命令的参数来传递给程序的。Linux下程序获取内容有两种方式：一种是从文件输入（从终端或控制台手动输入也属于文件），一种是在程序启动的同时就从命令解释器直接传递（注意，叫“传递”而不是叫“输入”）过来的命令参数，它们有时可以完成相同的效果，但这完全是两种机理。

• 那么，从终端输入的内容，什么时候是“标准输入”、什么时候是“参数传递”呢？

  • 答：伴随程序启动时就附在命令后面的内容属于参数，当程序启动之后才从终端输入的才叫“标准输入”（标准输入本质上就是一种文件）。
  • 因为，所谓的“标准输入”、“标准输出”、“标准错误”等文件描述符，都是相对于程序而言的，只有当程序启动之后它们才被建立。也就是说，虽然都叫“标准输入/输出/错误”、虽然都是从终端输入/输出，但不同程序的“标准输入”是不一样的，只不过都被默认链接到终端上了而已。
  • 比如，假设你在前台运行程序A，当你在终端上把程序A调到后台运行，把程序B调到前台时，你从终端上输入的内容已经不再属于A而是属于B了。这是因为你把A调到后台之后，A的标准输入就与终端断开了联系，而B的标准输入开始与终端建立起联系来，于是，你的输入的内容自然不归A而归B了。

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