dup、dup2实现文件描述符重定向（标准输入、标准输出、标准错误输出）
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dup函数
dup2函数
重定向标准输入
重定向标准输出
重定向标准错误输出
重定向恢复
总结
在前文中，可以知道，文件描述符实际上是指向文件表项的指针数组索引，也就相当于每个文件描述符都对应一个文件表项，最终对应一个文件，而文件描述符重定向，则是让一个文件描述符指向另一个特定的文件表项，最终使得不同的文件描述符指向同一个文件表项，常用到的函数就是dup、dup2以及fcntl等函数。
此外，对于linux下系统默认的描述符，0、1、2是最特殊的，它们分别对应了标准输入、标准输出和标准错误输出，如下所示：
| 名称 | 文件描述符 | 含义 | 设备 | 说明 |
|---|---|---|---|---|
| STDIN | 0 | 标准输入 | 键盘 | 获取执行时所要的输入数据 |
| STDOUT | 1 | 标准输出 | 显示器 | 输出执行后的输出结果 |
| STDERR | 2 | 标准错误输出 | 显示器 | 输出执行时的错误信息 |
以下主要围绕这3个系统默认的文件描述符来讲一下dup函数和dup2函数。
dup函数
dup函数的原型为int dup(int oldfd);
该函数的作用是，返回一个新的文件描述符（可用文件描述符的最小值）newfd，并且新的文件描述符newfd指向oldfd所指向的文件表项。如以下调用形式：int newfd = dup(oldfd)；假设调用时oldfd = 1（即系统默认的标准输文件描述符），调用后newfd = 3（假设），那么文件描述符3所对应的文件表项就是文件描述符1对应的文件表项。
通过这样，就可以把一个普通的文件描述符（这里为3）重定向到标准输出文件描述符（文件描述符为1），文件描述符为1对应的设备是显示器，也就是说，向文件描述符1进行write，就可以打印在显示器上，此时如果将一个文件描述符3通过dup重定向到文件描述符1上，那么也就相当于文件描述符3对应的设备也是显示器，那么向文件描述符3进行write，最终结果也会打印在显示器上，如下所示：
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <iostream>
#include <fcntl.h>
#include <errno.h>int main()
{const char *str = "hello world!\n";int newfd = -1;newfd = dup(1); //将newfd重定向到标准输出std::cout<<"newfd = "<<newfd<<std::endl;write(newfd,str,strlen(str)); //向newfd中写入字符串close(newfd);return 0;
}
可以看到，虽然是对newfd进行了write，但是最终字符串是打印到了屏幕上，即newfd重定向到了标准输出上。
dup2函数
dup2函数原型为int dup2(int oldfd，int newfd);
dup2函数与dup函数的功能大致相同，不过仍然是有差别的。
dup函数是返回一个最小可用文件描述符newfd，并让其与传入的文件描述符oldfd指向同一文件表项；
而dup2则是直接让传入的参数newfd与参数oldfd指向同一文件表项，如果newfd已经被open过，那么就会先将newfd关闭，然后让newfd指向oldfd所指向的文件表项，如果newfd本身就等于oldfd，那么就直接返回newfd。因此，传入的newfd既可以是open过的，也可以是一个任意非负整数，总之，dup2函数的作用就是让newfd重定向到oldfd所指的文件表项上，如果出错就返回-1，否则返回的就是newfd。如下所示：
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>int main()
{const char *str = "hello world!\n";dup2(1,5); //将“5”重定向到标准输出write(5,str,strlen(str)); //向文件描述符5写入数据close(5);return 0;
}
可以看到，虽然这里的“5”并没有对应一个打开的文件，但是也可以只用dup2函数，让“5”作为一个文件描述符重定向到标准输出，最终向文件描述符“5”进行write，就相当于是向标准输入的设备显示器进行输出，也就在屏幕中打印出来字符串。
通过上面的阐述，接下来看看如何重定向标准输入、标准输出以及标准错误输出。
重定向标准输入
前面提到，标准输入所对应的设备是键盘，也就是说，标准输入相应的文件描述符，当它进行read时，实际上是read键盘输入的数据，而如果不想让键盘作为标准输入呢？比如说让程序从某个文件中读取输入数据，这就需要重定向标准输入了。
举个例子，我用一个文件描述符3对应一个打开的文件A，然后调用dup2(3,0)函数，这样就使得标准输入文件描述符0重定向到了文件描述符3所对应的文件表项上，原本应该从键盘获取数据，现在变成从文件A获取数据，此时如果调用read或者其他标准输入函数如cin、getline、getchar等函数，都是从文件A中读取数据。如下所示：
先向外部文件test.txt中写入以下测试内容：
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <iostream>
#include <fcntl.h>using namespace std;int main()
{string rdstr;int fd = -1;if((fd = open("test.txt",O_RDWR)) == -1){cout<<"open failed !"<<endl;return -1;}dup2(fd,0); //重定向标准输入到外部文件test.txt中while(getline(cin,rdstr)) //用getline从标准输入中获取数据{cout<<rdstr<<endl; //通过标准输出将读入的数据打印出来}close(fd);return 0;
}
可以看到，这里虽然调用了getline函数，它会从标准输入中获取数据，在一般情况下会阻塞等待键盘输入，但是由于这里标准输入重定向到了外部文件test.txt中，因此getline就直接从test.txt中获取每一行数据，与键盘输入无关。
重定向标准输出
标准输出的设备是显示器，通过标准输出文件描述符1进行write时，数据会直接输出到显示器上。那么如果不想让标准输出输出到显示器上呢？比如说想让cout、printf直接将数据输出到文件中，那么就需要重定向标准输出了。如下所示：
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <iostream>
#include <fcntl.h>
#include <errno.h>using namespace std;int main()
{int fd = -1;if((fd = open("test.txt",O_RDWR|O_CREAT|O_TRUNC)) == -1) //先将test.txt的文本内容清空{cout<<"open failed !"<<endl;return -1;}dup2(fd,1); //重定向标准输出到外部文件test.txtcout<<"重定向标准输出测试！"<<endl; //向标准输出输出数据close(fd);return 0;
}
将标准输出重定向到外部文件test.txt后，原本标准输出会将数据输出到显示器上，重定向后就将数据输出到了外部文件中。虽然使用cout进行了标准输出，但是程序执行后，显示器上并无任何输出，通过more查看外部文件内容，可以看到cout的数据最终输出到了外部文件中。
重定向标准错误输出
标准错误输出实际上与标准输出类似，都是将数据输出到显示器上，只不过标准错误输出是输出错误信息，C语言中常用的错误输出就是perror了，如下面打开一个不存在的文件，就会直接在显示器上输出报错信息：
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>using namespace std;int main()
{open("123.txt",O_RDWR);perror(NULL);return 0;
}
现在想把错误信息直接输出到外部文件中，就可以将标准错误输出进行重定向，如下所示：
#include <unistd.h>
#include <iostream>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
using namespace std;int main()
{int fd = -1;if((fd = open("test.txt",O_RDWR|O_CREAT|O_TRUNC)) == -1) //打开并清空文件{cout<<"open failed !"<<endl;return -1;}dup2(fd,2); //重定向标准错误输出到外部文件中open("123.txt",O_RDWR); //打开一个不存在的文件perror("重定向标准错误输出测试"); //输出错误信息close(fd);return 0;
}
可见，重定向标准错误输出之后，执行程序并不会输出任何信息，但是查看test.txt文件发现，错误信息写入到了该文件中。
通过3个重定向的例子也可以发现dup2相较于dup函数的好处：可以让一个已打开的文件描述符（如这里的0、1 、2）重定向到另一个已打开的文件描述符上（如外部文件）。
重定向恢复
在进行重定向后，如果想要恢复到重定向之前的状态，可以在重定向之前用dup函数保留该文件描述符对应的文件表项，然后在需要恢复重定向的时候使用dup2重定向到原来的文件表项，以重定向后恢复标准输出为例，如下所示：
#include <unistd.h>
#include <iostream>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
using namespace std;int main()
{int fd = -1;if((fd = open("test.txt",O_RDWR|O_CREAT|O_TRUNC)) == -1) //打开并清空外部文件{cout<<"open failed !"<<endl;return -1;}int oldfd = dup(1); //保存标准输出对应的文件表项dup2(fd,1); //重定向标准输出到外部文件test.txt中cout<<"重定向标准输出测试！"<<endl; //重定向测试dup2(oldfd,1); //将重定向后的文件描述符1再次重定向到一开始保存的标准输出对应的文件表项中cout<<"重定向标准输出恢复测试！"<<endl; //重定向恢复测试close(fd);close(oldfd);return 0;
}
根据运行结果可知，在第一次重定向后，cout输出信息是输出到了外部文件中，当再次重定向进行恢复之后，此时的cout就将数据输出到显示器上了，回到了最原始的标准输出。
总结
以上介绍了dup和dup2函数，并且使用dup2函数实现了标准输入、标准输出和标准错误输出的重定向，以及dup和dup2函数共同使用实现重定向恢复。需要注意的是，在调用dup或者dup2函数之后，至少会有两个文件描述符指向同一个文件表项，由于文件表项中含有文件标志（即open时的flag）以及文件偏移等信息，因此这些信息对于这些文件描述符来说都是共享的。
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