【Linux】基础IO（三）：文件描述符 与 重定向
这是Linux基础IO系列的第三篇，我们重点来理解文件描述符（File Descriptor，简称fd）以及Shell中非常常用的重定向机制。
一、什么是文件描述符（fd）？
在Linux中，一切皆文件（文件、目录、管道、socket、设备……）。
内核为了统一管理这些“文件”，给每个进程维护了一张打开文件描述符表（本质是一个数组）。
每个打开的文件（或类文件资源）都会在这个表中占一个位置，下标就是一个非负整数，这个整数就叫文件描述符（fd）。
每个进程启动时，系统自动为它打开三个特殊的文件描述符：
| 文件描述符 | 名称 | 含义 | 默认指向 | 简称 |
|---|---|---|---|---|
| 0 | STDIN_FILENO | 标准输入 | 键盘 | stdin |
| 1 | STDOUT_FILENO | 标准输出 | 显示器（终端） | stdout |
| 2 | STDERR_FILENO | 标准错误输出 | 显示器（终端） | stderr |
这三个几乎所有程序都会用到，所以被约定俗成地固定下来。
后面的fd（3、4、5……）由进程自己打开文件时从最小可用的数字开始分配。
二、文件描述符表（进程视角示意图）
当一个进程刚被创建时，内核为它准备的文件描述符表大概长这样：
进程的文件描述符表
下标(fd) 指向的内容
0 ────► 键盘（/dev/tty）
1 ────► 显示器（/dev/tty）
2 ────► 显示器（/dev/tty）
3 ────► （未使用）
4 ────► （未使用）
...当我们执行 ls > a.txt 时，Shell 会：
- 打开文件
a.txt→ 得到一个新的fd（通常是3） - 把原来的 1 号fd 指向改为指向
a.txt - 执行
ls，它向1号fd写数据 → 最终写入a.txt
三、Shell 中的重定向操作符
| 操作符 | 含义 | 示例 | 说明 |
|---|---|---|---|
> | 标准输出重定向（覆盖） | ls > list.txt | 清空文件 → 写入 |
>> | 标准输出重定向（追加） | date >> log.txt | 追加到文件末尾 |
< | 标准输入重定向 | wc -l < access.log | 从文件读取输入 |
2> | 标准错误重定向（覆盖） | gcc main.c 2> error.log | 只把错误信息写入文件 |
2>> | 标准错误重定向（追加） | make 2>> build.log | 错误追加到日志 |
&> 或 >& | 标准输出 + 标准错误 一起重定向 | command &> all.log | 旧写法，部分Shell支持 |
command > file 2>&1 | 最经典的“输出和错误都重定向”写法 | ./test.sh > out.log 2>&1 | 先重定向1，再让2指向1的位置 |
command 2>&1 > file | 错误写法！常见面试陷阱 | 错误信息仍然输出到屏幕 |
经典写法顺序问题（非常重要！）
# 正确：错误和正常输出都进文件
./script.sh > log.txt 2>&1
# 错误示范：只有正常输出进文件，错误仍然在屏幕
./script.sh 2>&1 > log.txt为什么？因为重定向是从左到右顺序执行的：
- 先执行
2>&1→ 2 指向了当时的 1（屏幕） - 再执行
> log.txt→ 只改变了 1 指向文件，2 仍然指向屏幕
四、常见的重定向组合示例
- 只想要正常输出，丢弃错误
make > build.log 2> /dev/null
# 或
make > build.log 2>/dev/null- 正常输出和错误都保存，但分开
./test.sh > stdout.log 2> stderr.log- 正常和错误都保存到同一个文件（推荐写法）
./test.sh > all.log 2>&1
# 更现代的写法（bash 4+）
./test.sh &> all.log- 同时输入和输出重定向
bc < calc.txt > result.txt- Here Document（多行输入）
cat > config.yaml << 'EOF'
server:
port: 8080
host: 0.0.0.0
EOF五、文件描述符复制与关闭（进阶）
Shell 支持显式操作任意fd：
# 把 3 号fd指向文件
exec 3> debug.log
# 向 3 号fd写东西
echo "debug info" >&3
# 关闭 3 号fd
exec 3>&-经典用法：临时保存原来的stdin/stdout
exec 3<&0 # 备份原来的stdin到3
exec 0< data.txt # 把stdin重定向到文件
read line # 从文件读
exec 0<&3 # 恢复原来的stdin
exec 3<&- # 关闭备份的fd六、总结：一句话理解重定向
Shell的重定向，本质上就是在子进程执行命令前，修改它的文件描述符表，让某个fd指向别的文件（或管道、设备）。
记住这个本质，你就能理解几乎所有重定向的写法和顺序问题。
下一讲我们会进入更底层的系统调用层面：open/read/write/close/dup/dup2，真正看清楚重定向在内核里是怎么实现的。
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