【Linux】重定向（输入重定向 | 输出重定向）

摘要

为了有效地让 Linux 程序协同工作，我们需要对命令输入输出进行重定向（Redirection），并将一个命令的输出通过管道（Pipes）连接到另一个程序的输入。本文将介绍如何在 Linux 中使用输入输出重定向。

引言

输入输出文本流（I/O Stream）

表1 bash 使用的三种标准输入输出流

字段	描述	文件描述符
stdin	标准输入流	0
stdout	标准输出流	1
stderr	标准错误输出流	2

命令执行过程（Command Execution）

对于任何一条 Linux 命令执行，都是这样一个过程：用户从键盘或其它输入设备输入，输入通过 stdin 交给命令，命令执行。如果命令执行成功，会把成功结果通过 stdout 输出到输出设备上；如果命令执行出错，会把错误结果通过 stderr 也输出到输出设备上。

用法

输出重定向（Output Redirection）

将某个命令默认指向 stdout 或 stderr 的输出文件转而指向一个文件，即使得命令输出到某个指定文件中，而不是输出到终端屏幕或终端窗口。Linux 中使用 > 和 >> 来重定向标准输出。

ls 1>stdout.txt：重定向标准输出到 stdout.txt 文件。若该文件原本不存在，则文件将被创建；否则，文件内容将被强制覆盖。当然，如果不想文件内容被覆盖，可以使用将 > 改为 >>，该命令将标准输出追加到文件末尾。
ls 4.txt 2>stderr.txt：重定向标准错误输出到 stderr.txt 文件。其它用法同上。
ls 1.txt 4.txt 1>stdout.txt 2>stderr.txt：分别重定向标准输出到 stdout.txt 文件，标准错误输出到 stderr.txt 文件。其它用法同上。
ls 1.txt 4.txt &>std.txt：使用 & 重定向标准输出和错误输出到同一个文件。其它用法同上。

$ ls # 重定向前的成功输出（直接在终端窗口显示）
1.txt  2.txt  3.txt
$ ls 4.txt # 重定向前的错误输出（直接在终端窗口显示）
ls: 无法访问 '4.txt': 没有那个文件或目录
$ ls 1>stdout.txt # 重定向标准输出到 stdout.txt
$ cat stdout.txt
1.txt
2.txt
3.txt
stdout.txt
$ ls 1>>stdout.txt
$ cat stdout.txt
1.txt
2.txt
3.txt
stdout.txt
1.txt
2.txt
3.txt
stdout.txt
$ ls 4.txt 2>stderr.txt
$ cat stderr.txt
ls: 无法访问 '4.txt': 没有那个文件或目录
$ ls 1.txt 4.txt 1>stdout.txt 2>stderr.txt
$ cat stdout.txt
1.txt
$ cat stderr.txt
ls: 无法访问 '4.txt': 没有那个文件或目录
$ ls 1.txt 4.txt &>std.txt
$ cat std.txt
ls: 无法访问 '4.txt': 没有那个文件或目录
1.txt

文件输出重定向的应用

结合 echo 命令创建文本文件

echo -e "1 apple\n2 pear\n3 banana"：输出信息到终端窗口
echo -e "1 apple\n2 pear\n3 banana" > fruit.txt：重定向输出信息到文本文件

$ echo -e "1 apple\n2 pear\n3 banana"
1 apple
2 pear
3 banana
$ echo -e "1 apple\n2 pear\n3 banana" > fruit.txt
$ cat fruit.txt
1 apple
2 pear
3 banana

忽略命令错误输出

ls 1.txt 4.txt 2>stderr.txt：将错误输出重定向到 /dev/null，只查看正确输出。（/dev/null 是一个非常特殊的块设备文件。可以视为系统的黑洞，写入到这个文件中的东西都会被丢弃掉，因此可以用来写入想忽略的错误输出）

$ ls 1.txt 4.txt
ls: 无法访问 '4.txt': 没有那个文件或目录
1.txt
$ ls 1.txt 4.txt 2>>/dev/null
1.txt

输入重定向（Input Redirection）

输入重定向是指让命令从指定文件中获取输入，而非从 stdin（常常指的是键盘输入）中获取输入。Linux 中使用 < 和 << 来重定向标准输入。

文件输入重定向的应用

结合 tr 命令使用。tr 命令往往用于从标准输入中替换特定字符，并将结果写到标准输出。tar 命令的用法：tr [准备要替换的字符] [要替换成的字符]。

tr ' ' '\t' <fruit.txt：从 fruit.txt 获取输入，并将字符替换后的结果写到标准输出。

$ cat fruit.txt
1 apple
2 pear
3 banana
$ tr ' ' '\t' <fruit.txt
1       apple
2       pear
3       banana

结合 sort 命令使用。sort 命令用于对文本文件内容按照规定字段进行排序。sort 命令的用法：sort -k [关键字字段序号] [要排序的文本文件]。

sort -k2 <fruit.txt：直接将 fruit.txt 文件传递给 sort 进行排序。
sort -k2 <<EOF：将界定符 EOF 之前的内容作为一个文件传递给 sort 进行排序。

$ sort -k2 <fruit.txt
1 apple
3 banana
2 pear
$ sort -k2 <<EOF
> 1 apple
> 2 pear
> 3 banana
> EOF
1 apple
3 banana
2 pear

提示

有时候我们可能有这种需求：不仅需要将标准输出显示在终端窗口，同时还要将其保存到本地文件中，这样即使终端窗口关闭后，也能从本地文件中看到标准输出。对于该需求，在 Linux 中，我们可以借助 tee 命令来实现。

帮助文档：

$ tee --help
用法：tee [选项]... [文件]...
将标准输入复制到每个指定文件，并显示到标准输出。

  -a, --append          内容追加到给定的文件而非覆盖
  -i, --ignore-interrupts       忽略中断信号
  -p                        对写入非管道的行为排查错误
      --output-error[=模式]   设置写入出错时的行为。见下面“模式”部分
      --help            显示此帮助信息并退出
      --version         显示版本信息并退出

模式确定向输出写入出错时的行为：
  'warn'         对向任何文件输出出错的情况进行诊断
  'warn-nopipe'  对向除了管道以外的任何文件输出出错的情况进行诊断
  'exit'         一旦输出出错，则退出程序
  'exit-nopipe'  一旦输出出错且非管道，则退出程序
-p 选项的默认模式是“warn-nopipe”。
当 --output-error 没有给出时，默认的操作是在向管道写入出错时立刻退出，
且在向非管道写入出错时对问题进行诊断。

具体示例

ls | tee log.txt：直接在终端窗口列出文件，并将其标准输出保存至 log.txt 中。即使终端窗口关闭了，我们也可以使用 cat log.txt 查看之前的输出结果。

$ ls
1.txt  2.txt  3.txt
$ ls | tee log.txt
1.txt
2.txt
3.txt
log.txt
$ cat log.txt
1.txt
2.txt
3.txt
log.txt

此外，如果你是人工智能研究人员，大体上都会使用 Python 编程。当我们运行一个 .py 格式的文件时，搭配 tee 命令使用可以实现在终端窗口显示 print 函数的输出信息，并将这些输出信息保存到本地文件。例如：python train.py | tee train.log。

参考

中国大学 MOOC | Linux系统管理 | 主题05 重定向与管道 | 小节 1 重定向