【Linux】Linux中重定向 及 dup2 详细讲解

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文章目录

目录

一、重定向的本质问题

传统重定向的缺陷

二、dup2系统调用：完美解决方案

函数原型

核心功能

参数解析

三、dup2工作原理图解

四、基础应用：输出重定向

1. 标准输出重定向到文件

2. 标准错误重定向到文件

五、高级应用场景

1. 输入重定向

2. 管道重定向（父子进程通信）

3. 临时重定向与恢复

六、dup2 vs 传统重定向对比

七、扩展知识：dup与dup3

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提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考

一、重定向的本质问题

传统重定向的缺陷

课件中展示的经典重定向方法：

 close(1); // 关闭标准输出
int fd = open("log.txt", O_WRONLY|O_CREAT, 0644);
printf("This goes to file"); // 输出到文件

存在三大问题：

1. 竞态条件：关闭和打开之间可能有其他线程操作文件描述符

2. 资源泄漏风险：可能意外关闭重要描述符

3. 不可恢复：无法轻松恢复原始状态

二、dup2系统调用：完美解决方案

函数原型

 #include <unistd.h>
int dup2(int oldfd, int newfd);

核心功能

• 复制oldfd文件描述符到newfd

• 如果newfd已打开，自动关闭它

• 原子操作：避免竞态条件

• 返回新的文件描述符（即newfd）

参数解析

参数	含义	特殊说明
oldfd	源文件描述符（需保持打开）	必须为有效打开的文件描述符
newfd	目标文件描述符（将被替换）	若等于oldfd，直接返回newfd

三、dup2工作原理图解

操作过程：

1. 检查oldfd有效性

2. 若newfd已打开，静默关闭它

3. 复制oldfd到newfd位置

4. 返回newfd（失败时返回-1）

四、基础应用：输出重定向

1. 标准输出重定向到文件

#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>int main() {int file_fd = open("output.log", O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC, 0644);if(file_fd < 0) {perror("open failed");return 1;}// 关键操作：重定向stdout到文件dup2(file_fd, STDOUT_FILENO);// 可安全关闭原文件描述符close(file_fd);// 所有标准输出将写入文件printf("This goes to output.log\n");fprintf(stdout, "This also goes to file\n");return 0;
}

2. 标准错误重定向到文件

int err_fd = open("errors.log", O_WRONLY|O_CREAT|O_APPEND, 0644);
dup2(err_fd, STDERR_FILENO);
close(err_fd);fprintf(stderr, "Error message logged\n");

五、高级应用场景

1. 输入重定向

int in_fd = open("input.dat", O_RDONLY);
if(in_fd < 0) {perror("open input failed");exit(1);
}dup2(in_fd, STDIN_FILENO);
close(in_fd);// 从文件读取而非键盘
char buf[1024];
fgets(buf, sizeof(buf), stdin);

2. 管道重定向（父子进程通信）

int pipefd[2];
pipe(pipefd);  // 创建管道pid_t pid = fork();
if(pid == 0) { // 子进程close(pipefd[0]);  // 关闭读端dup2(pipefd[1], STDOUT_FILENO); // 重定向输出到管道close(pipefd[1]);execlp("ls", "ls", "-l", NULL);
} else { // 父进程close(pipefd[1]);  // 关闭写端dup2(pipefd[0], STDIN_FILENO); // 重定向输入从管道close(pipefd[0]);char buffer[4096];while(fgets(buffer, sizeof(buffer), stdin)) {// 处理ls输出}
}

3. 临时重定向与恢复

// 保存原始stdout
int saved_stdout = dup(STDOUT_FILENO);// 临时重定向到文件
int tmp_fd = open("temp.out", O_WRONLY|O_CREAT, 0644);
dup2(tmp_fd, STDOUT_FILENO);
close(tmp_fd);printf("This is in temp file");// 恢复原始stdout
dup2(saved_stdout, STDOUT_FILENO);
close(saved_stdout);printf("Back to console output");

六、dup2 vs 传统重定向对比

特性	dup2实现	手动关闭/打开实现
原子性	✅ 单次系统调用	❌ 多个步骤
竞态条件	✅ 无风险	❌ 高风险
错误处理	✅ 简单（单次检查）	❌ 需要多步骤检查
资源泄漏风险	✅ 自动关闭目标描述符	❌ 需手动管理
描述符保留	✅ 保留原描述符	❌ 需要额外处理
恢复原始状态	✅ 容易（配合dup）	❌ 困难

七、扩展知识：dup与dup3

1. dup基础版本：

   int new_fd = dup(old_fd); // 自动分配最小可用fd

2. dup3增强版：

   dup3(oldfd, newfd, O_CLOEXEC); // 带标志位的复制

dup2作为Linux系统编程的核心工具，完美解决了文件描述符重定向的各种痛点。掌握其原理和技巧，将使你的I/O操作更安全、更高效，为管道、守护进程等高级特性打下坚实基础。