結合Linux檔案描述符談重定向，徹底理解重定向的本質！

《Linux重定向》一節講解了輸入輸出重定向的各種寫法，並提到了檔案描述符的概念；《Linux檔案描述符》一節從底層剖析了檔案描述符的本質，它只不過是一個陣列下標。本節我們就將兩者結合起來，看看 Shell 是如何借助檔案描述符實現重定向的。

Linux 系統這個“傻帽”只有一根筋，每次讀寫檔案的時候，都從檔案描述符下手，通過檔案描述符找到檔案指標，然後進入開啟檔案表和 i-node 表，這兩個表裡面才真正儲存了與開啟檔案相關的各種資訊。

試想一下，如果我們改變了檔案指標的指向，不就改變了檔案描述符對應的真實檔案嗎？比如檔案描述符 1 本來對應顯示器，但是我們偷偷將檔案指標指向了 log.txt 檔案，那麼檔案描述符 1 也就和 log.txt 對應起來了。

檔案指標只不過是一個記憶體地址，修改它是輕而易舉的事情。檔案指標是檔案描述符和真實檔案之間最關鍵的“紐帶”，然而這條紐帶卻非常脆弱，很容易被修改。

Linux 系統提供的函數可以修改檔案指標，比如 dup()、dup2()；Shell 也能修改檔案指標，輸入輸出重定向就是這麼乾的。

對，沒錯，輸入輸出重定向就是通過修改檔案指標實現的！更準確地說，發生重定向時，Linux 會用檔案描述符表（一個結構體陣列）中的一個元素給另一個元素賦值，或者用一個結構體變數給陣列元素賦值，整體上的資源開銷相當低。

你看，發生重定向的時候，檔案描述符並沒有改變，改變的是檔案描述符對應的檔案指標。對於標準輸出，Linux 系統始終向檔案描述符 1 中輸出內容，而不管它的檔案指標指向哪裡；只要我們修改了檔案指標，就能向任意檔案中輸出內容。

以下面的語句為例來說明：

echo "c.biancheng.net" 1>log.txt

檔案描述符表本質上是一個結構體陣列，假設這個結構體的名字叫做 FD。發生重定向時，Linux 系統首先會開啟 log.txt 檔案，並把各種資訊新增到 i-node 表和檔案開啟表，然後再建立一個 FD 變數（通過這個變數其實就能讀寫檔案了），並用這個變數給下標為 1 的陣列元素賦值，覆蓋原來的內容，這樣就改變了檔案指標的指向，完成了重定向。

Shell 對檔案描述符的操作

前面提到，>是輸出重定向符號，<是輸入重定向符號；更準確地說，它們應該叫做檔案描述符操作符。> 和 < 通過修改檔案描述符改變了檔案指標的指向，所以能夠實現重定向的功能。

除了 > 和 <，Shell 還是支援<>，它的效果是前面兩者的總和。

Shell 檔案描述符操作方法一覽表

分類	用法	說明
輸出	n>filename	以輸出的方式開啟檔案 filename，並繫結到檔案描述符 n。n 可以不寫，預設為 1，也即標準輸出檔案。
	n>&m	用檔案描述符 m 修改檔案描述符 n，或者說用檔案描述符 m 的內容覆蓋檔案描述符 n，結果就是 n 和 m 都代表了同一個檔案，因為 n 和 m 的檔案指標都指向了同一個檔案。 因為使用的是>，所以 n 和 m 只能用作命令的輸出檔案。n 可以不寫，預設為 1。
	n>&-	關閉檔案描述符 n 及其代表的檔案。n 可以不寫，預設為 1。
	&>filename	將正確輸出結果和錯誤資訊全部重定向到 filename。
輸入	n<filename	以輸入的方式開啟檔案 filename，並繫結到檔案描述符 n。n 可以不寫，預設為 0，也即標準輸入檔案。
	n<&m	類似於 n>&m，但是因為使用的是<，所以 n 和 m 只能用作命令的輸入檔案。n 可以不寫，預設為 0。
	n<&-	關閉檔案描述符 n 及其代表的檔案。n 可以不寫，預設為 0。
輸入和輸出	n<>filename	同時以輸入和輸出的方式開啟檔案 filename，並繫結到檔案描述符 n，相當於 n>filename 和 n<filename 的總和。。n 可以不寫，預設為 0。

【範例1】前面的文章中提到了下面這種用法：

command >file 2>&1

它省略了檔案描述符 1，所以等價於：

command 1>file 2>&1

這個語句可以分成兩步：先執行1>file，讓檔案描述符 1 指向 file；再執行2>&1，用檔案描述符 1 修改檔案描述符 2，讓 2 和 1 的內容一樣。最終 1 和 2 都指向了同一個檔案，也就是 file。所以不管是向 1 還是向 2 中輸出內容，最終都輸出到 file 檔案中。

這裡需要注意執行順序，多個操作符在一起會從左往右依次執行。對於上面的語句，就是先執行1>file，再執行2>&1；如果寫作下面的形式，那就南轅北轍了：

command 2>&1 1>file

Shell 會先執行2>&1，這樣 1 和 2 都指向了標準錯誤輸出檔案，也即顯示器；接著執行1>file，這樣 1 就指向了 file 檔案，但是 2 依然指向顯示器。最終的結果是，正確的輸出結果輸出到了 file 檔案，錯誤資訊卻還是輸出到顯示器。

【範例2】一個比較奇葩的重定向寫法。

echo "C語言中文網" 10>log.txt >&10

先執行10>log.txt，開啟 log.txt，並給它分配檔案描述符 10；接著執行>&10，用檔案描述符 10 來修改檔案描述符 1（對於>，省略不寫的話預設為 1），讓 1 和 10 都指向 log.txt 檔案，最終的結果是向 log.txt 檔案中輸出內容。

這條語句其實等價於echo "C語言中文網" >log.txt，我之所以寫得這麼繞，是為了讓大家理解各種操作符的用法。

檔案描述符 10 只用了一次，我們在末尾最好將它關閉，這是一個好習慣。

echo "C語言中文網" 10>log.txt >&10 10>&-