Linux文本流和标准输入、标准输出、标准错误与重定向介绍

三叶草

这篇文章主要介绍了Linux文本流和标准输入、标准输出、标准错误与重定向介绍,本文同时讲解了Linux中的管道,需要的朋友可以参考下
文本流
文件用于数据的存储，相当于一个个存储数据的房子。我们之前说，所谓的数据是0或者1的序列，但严格来说，Linux以字节(byte)来作为数据的单位，也就是说这个序列每八位(bit)为一个单位(八位二进制对应的十进制范围为0到255)。使用ASCII编码，可以将这样一个字节转换成为字符。所以，在Linux中，我们所说的数据，完全可以用字符表达出来，也就是说文本(text)的形式。
实际上，如果以bit为单位处理字符的话，机器会更容易读懂和传输，效率会更高。但为什么Linux依然以字节为单位进行处理呢？原因在于，相对于以bit为单位处理数据，以byte为单位可以更容易将数据转化为字符。相对于枯燥的0和1，字符更容易被人读懂 (human readable)。然而，并不是所有的数据都是设计来让人读懂的，比如可执行文件包含的各种字符对于人来说并没有什么意义 (因为可执行文件是为了让机器读懂的)。但Linux依然以字节为单位处理所有文件，这是为了让所有文件能够共用一套接口 (virtual file system)，从而减少Linux设计的复杂度。
("everything is a file"是通常所流传的UNIX设计的哲学之一，但Linus对此作出纠正，改为"everything is a stream of bytes"。)
然而，数据不是在找到了自己的房子(file)之后就永远的定居下来。它往往要被读入到内存 (就像是到办公室上班)，或者被传送到外部设备(好像去酒店休假)，或者搬到别的房子中。在这样的搬迁过程中，数据像是一个个排着队走路的人流，我们叫它文本流(text stream，或者byte stream)。然而，计算机不同设备之间的连接方法差异很大，从内存到文件的连接像是爬山，从内存到外设像是游过一条河。为此，Linux还定义了流 (stream)，以此作为修建连接各处的公路的标准。Stream的好处在于，无论你是从内存到外设，还是从内存到文件，所有的公路都是相同的 (至于公路下面是石头还是土地，都可以不用操心)。
我们再回味一下“everything is a stream of bytes”这句话。信息包含在文本流中，不断在计算机的各个组件之间流动，不断地接受计算机的加工，最终成为用户所需要的某种服务。
(说句题外话，如果看过骇客帝国的话，一定会对文本流印象深刻。)

标准输入，标准输出，标准错误与重新定向
当Linux执行一个程序的时候，会自动打开三个流，标准输入(standard input)，标准输出(standard output)，标准错误(standard error)。比如说你打开命令行的时候，默认情况下，命令行的标准输入连接到键盘，标准输出和标准错误都连接到屏幕。对于一个程序来说，尽管它总会打开这三个流，但它会根据需要使用，并不是一定要使用。
想象一下敲击一个

代码如下:

$ls

键盘敲击的文本流("ls\n"，\n是回车时输入的字符，表示换行)命令行 (命令行实际上也是一个程序)。命令行随后调用/bin/ls得到结果("a.txt")，最后这个输出的文本流("a.txt")流到屏幕，显示出来，比如说：
代码如下:

a.txt

假设说我们不想让文本流流到屏幕，而是流到另一个文件，我们可以采用重新定向(redirect)的机制。
代码如下:

$ls > a.txt

重新定向标准输出。这里的>就是提醒命令行，让它知道我现在想变换文本流的方向了，我们不让标准输出输出到屏幕，而是要到a.txt这个文件 (好像火车轨道换轨)。此时，计算机会新建一个a.txt的文件，并将命令行的标准输出指向这个文件。
有另一个符号:

代码如下:

$ls >> a.txt

这里>>的作用也是重新定向标准输出。如果a.txt已经存在的话，ls产生的文本流会附加在a.txt的结尾，而不会像>那样每次都新建a.txt。

我们下面介绍命令echo：
代码如下:

$echo IamVamei

echo的作用是将文本流导向标准输出。在这里，echo的作用就是将IamVamei输出到屏幕上。如果是

代码如下:

$echo IamVamei > a.txt

a.txt中就会有IamVamei这个文本。
我们也可以用<符号来改变标准输入。比如cat命令，它可以从标准输入读入文本流，并输出到标准输出:

代码如下:

$cat < a.txt

我们将cat标准输入指向a.txt，文本会从文件流到cat，然后再输出到屏幕上。当然，我们还可以同时重新定向标准输出:
代码如下:

$cat < a.txt > b.txt

这样，a.txt的内容就复制到了b.txt中。
我们还可以使用>&来同时重新定向标准输出和标准错误。假设我们并没有一个目录void。那么

代码如下:

$cd void > a.txt

会在屏幕上返回错误信息。因为此时标准错误依然指向屏幕。当我们使用:
代码如下:

$cd void >& a.txt

错误信息被导向a.txt。
如果只想重新定向标准错误，可以使用2>:

代码如下:

$cd void 2> a.txt > b.txt

标准错误对应的总是2号，所以有以上写法。标准错误输出到a.txt，标准输出输出到b.txt。
管道 (pipe)
理解了以上的内容之后，管道的概念就易如反掌。管道可以将一个命令的输出导向另一个命令的输入，从而让两个(或者更多命令)像流水线一样连续工作，不断地处理文本流。在命令行中，我们用|表示管道：
代码如下:

$cat < a.txt | wc

wc命令代表word count，用于统计文本中的行、词以及字符的总数。a.txt中的文本先流到cat，然后从cat的标准输出流到wc的标准输入，从而让wc知道自己要处理的是a.txt这个字符串。
Linux的各个命令实际上高度专业化，并尽量相互独立。每一个都只专注于一个小的功能。但通过pipe，我们可以将这些功能合在一起，实现一些复杂的目的。
总结
文本流，标准输入，标准输出，标准错误
cat, echo, wc
>, >>, <, |