C语言缓冲区与重定向-创新互联

目录

什么是缓冲区？

刷新策略 

模拟实现重定向

标准输出和标准错误有什么区别？

上文提到关闭1号文件（标准输出文件），根据文件描述符分配规则，再打开的文件的描述符就是1，看以下代码：

运行代码后，前10s中file.txt文件被创建出来了，但是没有内容：

过了10秒钟，程序退出了，内容才被刷新到了磁盘文件上

为什么数据没有被马上打印到文件上呢？

因为存在缓冲区，这里的缓冲区是C语言封装的缓冲区。

缓冲区的本质其实就是一段内存，用来暂时存放数据的地方。

为什么要有缓冲区呢？

联系生活，比如快递的出现，让货物的配送交给物流，这样就可以解放你的时间 ，而且集中配送货物可以提高总体的效率。对于缓冲区而言，缓冲区对于进程而言效果也是类似的，首先缓冲区解放使用缓冲区的进程的时间，比如进程往磁盘写入的时候，可以直接往缓冲区去写入，进程不用等待写入磁盘完成，可以继续执行后续的代码，其次缓冲区集中处理缓冲区中数据的刷新，减少了IO次数，因为外设上IO的效率是很低的（相比其他硬件），故而提高整机的效率。

缓冲区在哪里？

将上面的代码中的printf函数换成系统调用write：

发现，在sleep期间，进程已经把数据打印到了file.txt上，可见write内部并没有缓冲区，printf封装了write，这个缓冲区是C语言的缓冲区。

在C语言的文件描述结构体FILE当中封装了该FILE对应的语言级别的缓冲区，每次打开文件，每个FILE都有对应的fd和属于自己的语言级别缓冲区，写入时先写到缓冲区，当缓冲区需要刷新的时候，内部再调用write刷新到对应文件中，那么何时刷新呢？这取决于C语言的刷新策略。

1.无缓冲：也就是立即刷新

进程退出时：当进程正常退出前，C语言内部就会一系列工作，包括调用fclose函数刷新缓冲区

用户强制刷新：用户调用fflush函数直接刷新缓冲区

2.行缓冲：逐行刷新，当输入的字符中有\n就直接刷新之前缓冲区中的内容，显示器文件就是这个刷新策略。

3.全缓冲：也即当缓冲区写满了才刷新，块设备对应的磁盘文件是采用全缓冲刷新策略的。

现在就可以解释原本的代码为什么不立即刷新到磁盘上了，首先1号文件标准输出被关闭了，而打开了磁盘文件，printf会往1号文件打印，也就是说标准输出被重定向到了磁盘文件，而标准输出的刷新策略本来是行刷新的，现在改变了刷新策略变成了全缓冲刷新策略，因为缓冲区没有被写满所以在sleep期间也没有看见数据输出到文件中，当进程退出或调用fflush时，缓冲区就被刷新到了磁盘文件上，于是进程退出后数据就才刷新到了文件当中。

在上上篇博客中，实现了一个简易版的shell，现在根据现有知识再模拟实现一下重定向符号输出重定向>,追加重定向>>和输入重定向<添加入minishell吧。

的博客-博客">进程程序替换_且随疾风前行->的博客-博客

实现方法：

先用一些宏标识几种重定向方法，用全局变量记录一下要重定向到的文件，和如何进行重定向，比如下面代码：

在命令分割之前检查一下命令中是否有重定向符号，并记录之。

然后再在创建子进程之后程序替换之前，将要重定向的文件打开，并用dup2函数重定向之即可。

代码如下：

#include#include#include#include#include#include#include#include#define NONE_REDIR -1
#define INPUT_REDIR 0
#define OUTPUT_REDIR 1
#define APPEND_REDIR 2
int g_redir_flag=NONE_REDIR;
char* g_redir_filename =NULL;

void CheckRdir(char*command)
{
    char*begin=command;
    while(*begin)
    {
        if(*begin=='>')
        {
            if(*(begin+1)=='>')
            {
                g_redir_flag=APPEND_REDIR;
                *begin='\0';
                begin+=2;
                while(*begin==' ')++begin;
                g_redir_filename=begin;
                break;
            }
            else
            {
                g_redir_flag=OUTPUT_REDIR;
                *begin='\0';
                begin+=1;
                while(*begin==' ')++begin;
                g_redir_filename=begin;
                break;
            }
        }
        else if(*begin=='<')
        {
            g_redir_flag=INPUT_REDIR;
            *begin='\0';
            begin+=1;
            while(*begin==' ')++begin;
            g_redir_filename=begin;
            break;
        }
        else ++begin;
    }
}
int main()
{
    //保持完整的字符串
    char inbuff[1024];
    //保持打散之后的字符串
    char *argv[32];
    char g_envar[64];//保存环境变量
    while(1)
    {
        printf("Please Enter#");
        fflush(stdout);
        memset(inbuff,'\0',sizeof(inbuff));
        if(fgets(inbuff,sizeof inbuff,stdin)==NULL)
            continue;
        inbuff[strlen(inbuff)-1]='\0';

        //检查重定向符号，并记录重定向方法
        CheckRdir(inbuff);

        argv[0]=strtok(inbuff," ");
        int index=1;
        if(strcmp(argv[0],"ls")==0)argv[index++]="--color=auto";
        if(strcmp(argv[0],"ll")==0)argv[0]="ls",argv[2]="-l",argv[1]="--color=auto",index=3;
        while(argv[index++]=strtok(NULL," "));//第二次调用解析原字符串时，传入NULL
        if(strcmp(argv[0],"export")==0&&argv[1]!=NULL)
        {
            strcpy(g_envar,argv[1]);
            if(putenv(g_envar)==0)
                printf("%s export success!\n",argv[1]);
            continue;
        }
        //内建命令
        if(strcmp(argv[0],"cd")==0 && argv[1]!=NULL)
        {
            chdir(argv[1]);
            printf("cd success!\n");
            continue;
        }
        pid_t id=fork();
        if(id==0)//child
        {
            if(g_redir_flag!=NONE_REDIR)
            {
                int fd;
                switch(g_redir_flag)
                {
                    case INPUT_REDIR:
                        fd=open(g_redir_filename,O_RDONLY,0666);
                        dup2(fd,0);
                        break;
                    case OUTPUT_REDIR:
                        fd=open(g_redir_filename,O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC,0666);
                        dup2(fd,1);
                        break;
                    case APPEND_REDIR:
                        fd=open(g_redir_filename,O_WRONLY|O_CREAT|O_APPEND,0666);
                        dup2(fd,1);
                        break;
                    default:
                        break;
                }
            }
            execvp(argv[0],argv);
            exit(0);
        }
        int status=0;
        pid_t ret=waitpid(id,&status,0);
        if(ret>0)printf("exit code:%d\n",WEXITSTATUS(status));

    }
    return 0;
}

编译运行程序，我们的minshell就可以进行重定向了：

在打印的时候标准输出和标准错误都往屏幕上打印，二者有区别吗？

看如下代码：

运行程序，标准输出和标准错误都输出到屏幕中：

但是我们使用重定向符号将程序运行的重定向输出输出到文件时，只重定向了标准输出到file.txt文件中，标准错误还是打印到屏幕中：

这是因为重定向默认是使用输出重定向，在命令行中可以显式写出要如何重定向，

比如：

./a.out 1>stdout.txt 2>stderr.txt 让文件输出到标准输出文件的重定向输出到stdout.txt，标准错误输出的重定向输出到stderr.txt 文件:

还可以用 ./a.out>all.txt 2>&1表示让输出到标准输入和标准错误都重定向输出到all.txt文件中：

之所以有标准输出和标准错误，主要是用于区分哪些是程序的日常输出，哪些是程序运行中产生的错误。

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