Shell 标准输入和输出

Posted 2022-12-16

无论是要交给程序处理的数据，还是控制脚本的简单命令，都少不了输入和输出。程序要做的第一件事就是处理如同一阴一阳的“输入与输出”。

1 、从文件获取输入

当我们希望向文件输出内容时，我们可以通过符号 > 或 >> 实现。而用代表输入重定向的符号 < 可以从文件中读取数据，如下：

$ wc < my.file

之所以选择这种形状的操作符号，原因在于它们可以从视觉上提示重定向的方向。

很多 shell 命令可以接受一个或多个文件名作为参数，但如果没有给出文件名，命令就会从标准输入读取。使用这种命令时，可以采用command filename 或者 command < filename，这两种形式的结果没什么区别。在这个例子中，wc 是这样，换作 cat 或其他命令，也是如此。

2、将数据与脚本存放在一起

< 可以从文件读取数据，当你需要获得脚本输入，但又不想用单独的文件时，使用 <<（here-document）从命令行而非文件重定向输入文本。如果放在 shell 脚本中，则脚本文件可以同时包含数据与代码。

以下是名为 ext.sh 的 shell 脚本示例：

# 下面是here-document
grep $1 <<EOF

mike x.123

joe x.234

sue x.555

pete x.818

sara x.822

bill x.919

EOF

当我们运行此脚本，可以传入一个参数，如下调用:

$ ./ext.sh bill
# 输出以下内容
bill x.919

grep 命令查找第一个参数是否在指定文件中出现，如果没有指定文件，那么它会在标准输入中查找。通过设置 here document，告诉 shell 将标准输入重定向（临时）到此处。<< 语法表示我们想创建一个临时输入源，EOF 是一个任意的字符串（你想用什么都行），用作临时输入的终止符。它并不属于输入的一部分，只是作为标记告诉输入在哪里结束。

3、避免here-document中的怪异行为

here-document 在使用时可能会出现一些怪异的行为。你想用上一节介绍的方法来保存一份简单的捐赠人列表，因此创建了一个名为donors.sh 的文件，如下所示：

# 简单地查找慷慨的捐赠人

grep $1 <<EOF

pete $100

joe $200

sam $ 25

bill $ 9

EOF

但是运行时出现了奇怪的输出：

$ ./donors.sh bill

pete bill00

bill $ 9

$ ./donors.sh pete

pete pete00

正常情况下（除非使用了转义语法），bash 手册页中是这样说的：“……here-document 的每一行都要执行参数扩展、命令替换以及算术扩展”。因此，最初的 donors 脚本中所发生的事情是捐赠额被当作 shell 变量了。例如，$100 被视为 shell 变量 $1，随后跟着两个 0。这就是为什么我们在搜索“pete”时，得到的是 pete00；搜索“bill”时，得到的是 bill00。

解决办法：

通过转义结尾标记中的任意或所有字符，修改脚本内容，关闭 here-document 内部的 shell 特性(注意观察EOF位置的变化)：

# 简单地查找慷慨的捐赠人
grep $1 <<EOF

pete $100

joe $200

sam $ 25

bill $ 9

EOF

尽管其中存在非常微妙的区别，但也可以将 <<EOF 替换成 <<\\EOF或 <<EOF，甚至是 <<E\\OF，都没问题。尽管这并不是最优雅的语法，但足以告诉 bash 你希望区别处理 here-document 中的内容。如果我们转义了 EOF 的部分或全部字符，那么 bash 就知道不用执行扩展，这样就符合我们的预期行为了。

$ ./donors.sh pete

pete $100

4、获取用户输入

输入不止从文件中获取，有时我们还需要获取用户输入的内容。此时，我们需要用到read命令，如下：

$ read

或者

$ read -p "answer me this " ANSWER

不带参数的 read 语句会读取用户输入并将其保存在 shell 变量REPLY 中，这是 read 的最简形式。如果希望 bash 在读取用户输入前先输出提示信息，可以使用 -p 选项。-p 之后的单词就是提示信息，如果想提供多个单词，可以将其引用起来。记住，要在提示信息结尾处加上标点符号或空格，因为光标会停在那里等待输入。-t 选项可以设置超时值。指定秒数达到后，不管用户是否输入，read 语句都会返回。我们的示例同时用到了 -t 和 -p 选项，但你也可以单独使用 -t 选项。

上面的方式获取用户输入时会以明文回显，那适用密码输入么？

当我们需要用户输入敏感信息时，需要禁止用户输入内容的回显。此时用 read 命令读取用户输入，需要加上一个特殊选项来关闭回显：

read -s -p "password: " PASSWD

printf "%b" "\\n"

-s 选项告诉 read 命令不要回显输入的字符（s 代表 silent），-p 选项指明下一个参数是提示信息，会在读取用户输入之前显示。从用户那里读取到的输入行保存在变量 $PASSWD 中。在 read 之后，我们用 printf 输出了一个换行符。这里的printf 不能少，因为 read -s 会关闭字符回显。如果禁止了回显功能，当用户按下回车键时，就不会回显换行符，后续输出就会和提示信息出现在同一行。输出换行符会将光标带到下一行。

当然，我们也可以选择一行，如下:

read -s -p "password: " PASSWD ; printf "%b" "\\n"

Shell标准输出

如果无法产生输出，那么软件也就没什么价值了，但长久以来，I/O一直是难缠的计算领域之一。问题是有太多类型的输出,向屏幕写入不同于向文件写入，向文件写入也不同于向磁带或闪存写入。所以，对于输出会产生一些问题，如下:

• 软件开发人员是否要针对各种输出设备编写代码，甚至包括尚未发明的设备？
• 写到哪个文件？程序怎么知道是该写入代表终端窗口的文件、磁盘文件还是其他种类的文件？

显然，如果把这些事情都交给每个程序员是不合理的，所以这种事情留给shell 就行了。

1、输出到终端/终端窗口

想要用 shell 命令产生一些简单的输出，使用内建命令 echo。命令行中的所有参数都会打印到屏幕上。

echo Please wait.

输出：

Please wait.

结果和在 bash 提示符（字符 $）后输入该命令相同：

echo 是最简单的 bash 命令之一。该命令可以将参数输出到屏幕上。但是有几点需要记住：

• 首先，shell 负责解析 echo 的命令行参数。将参数交给 echo前，shell 会完成所有的替换、通配符匹配等操作。
• 其次，在解析参数时，参数之间的空白字符会被忽略，如下图：

shell 对参数间的空白字符没有太多限制，这通常是一种不错的特性。但对于 echo 来说，就有点烦人了。

• 保留输出中的空白字符。将字符放入引号中就可以保留空白字符，如下图：

引号中的单词组成了 echo 命令的单个参数。该参数是一个字符串，shell 不会干涉字符串的内容。实际上可以用单引号（）明确告诉shell 不要干涉字符串。

2、在输出中加入更多格式控制

使用内建命令 printf。例如：

printf %s = %d\\n Lines $LINES
Lines = 24

或者：

$ printf %-10.10s = %4.2f\\n Gigahertz 1.92735

Gigahertz = 1.93

内建命令 printf 的行为和 C 语言中的同名库函数相似，其中第一个参数是格式控制字符串，之后的参数都根据格式规范（%）进行格式化。

% 和格式类型（本例为 s 或 f）之间的数字提供了额外的格式化细节。

对于浮点类型（f），第一个数字（指示符 4.2 中的 4）是整个字段的宽度。第二个数字（2）是应该在小数点右侧打印出的数位量。注意，结果会按照四舍五入处理。

对于字符串，第一个数字是字段的最大宽度，第二个数字是要输出的字符数量。根据需要，字符串会被截断（长于 max）或用空白填充（不足 min）。如果指示符 max 和 min 相同，那么就可以确保字符串按照该长度输出。指示符左侧的负号表示字符串向左对齐（在字段宽度内）。如果不使用负号，则字符串向右对齐

3、消除输出中的换行符

希望输出中不包含 echo 默认生成的换行符。使用 printf，做法很简单，去掉格式化字符串末尾的 \\n 即可，如下图：

printf "%s %s" next prompt

如果是 echo，则使用 -n 选项：

$ echo -n prompt

因为 printf 的格式字符串（第一个参数）末尾并没有换行符，所以命令行提示符（$）出现在了 printf 的输出之后。该特性在shell 脚本中用处更大，你可能希望在形成一整行前由多条语句逐部分输出，或者在读取输入前显示用户提示。

换作 echo 命令（参见 15.6 节），消除换行符的方法有两种。

首先，-n 选项能够抑制输出行尾的换行符。

另外，echo 命令还可以处理多种具有特殊含义的转义序列（如表示换行符的 \\n），这些转移序列与 C 语言字符串中的类似。调用 echo 命令时加上 -e 选项。其中一种转义序列是 \\C，它并不会输出什么字符，而是禁止在行尾输出换行符。如下图：

$ echo -e hi\\c

4、保存命令输出

如过想把命令输出保存在文件中，用 > 符号告诉 shell 将输出重定向至文件，例如：

$ echo fill it up

fill it up

$ echo fill it up > file.txt

我们来查看一下文件 file.txt 的内容，看看其中是否包含了命令的输出：

$ cat file.txt

fill it up

示例第一部分的第一行中出现的 echo 命令包含了 3 个要输出的参数。第二行用 > 将这些输出保存到文件 file.txt 中，这就是看不

到 echo 输出的原因。

示例第二部分用 cat 命令显示文件内容。我们可以看出，文件中包含的正是 echo 本该输出的内容。

cat 命令得名自一个较长的单词 concatenation（拼接）。该命令会将出现在命令行上的文件的输出拼接在一起，如果你输入 cat

file1 file2 file3，那么这些文件的内容会逐个发送到终端窗口。如果一个大文件被分成了两半，你也可以用 cat 将其恢复原样（也就是将两部分拼接起来），这只需将输出保存到另一个文件中：

cat first.half second.half > mergeFile.txt

5、将输出保存到其他文件

如想要用重定向将输出保存到当前目录之外的其他位置，重定向输出时加上路径，如下：

echo some more data > /tmp/echo.out

或者：

echo some more data > ../../over.here

出现在重定向符号（>）后的文件名其实就是路径名。如果没有任何限定部分，那么文件就会放置在当前目录中。

如果文件名以斜线（/）起始是绝对路径名，此时文件会被放置在文件系统层次结构（目录树）中以根目录起始的指定位置。

第二个例子中，我们使用了相对路径名 ../../over.here，其中的.. 是一个指向父目录的特殊目录，存在于每个目录中。

6、将输出和错误消息发送到不同文件

希望获得程序的输出，但不想输出被出现的错误消息弄乱。要保存的错误消息混杂在程序输出中不容易找出，可将输出和错误消息重定向到不同文件，如下：

$ myprogram 1> messages.out 2> message.err

或者采用更常见的方法：

$ myprogram > messages.out 2> message.err

shell 会创建两个输出文件。

第一个是messages.out，程序 myprogram 的所有输出都会重定向到该文件。

第二个是message.err，程序myprogram 的所有错误消息都会重定向到 message.err。

在 1> 和 2> 中，数字表示文件 描述符。

• 1 代表标准输出（STDOUT），
• 2 代表标准错误（STDERR）。
• 0 代表标准输入（STDIN）。

如果不指定数字，则假定为 STDOUT。

7、将输出和错误消息发送到同一文件

利用重定向，我们可以将输出或错误消息保存到单独的文件中，但如何将两者送往同一文件呢？用 shell 语法将标准错误消息重定向到和标准输出相同的地方。

首选：

$ myprogram >& outfile

或者：

$ myprogram &> outfile

又或者老式且略烦琐的写法：

$ myprogram > outfile 2>&1

其中，myprogram是准备向 STDERR 和 STDOUT 生成输出的程序。

&> 和 >& 只是将 STDOUT 和 STDERR 发送到相同地方的便捷写法。

8、追加输出

每次重定向输出，都会产生一个全新的输出文件。如果想要两次（或三次、四次……）重定向输出，同时又不想破坏之前的输出，该怎么办呢？

在 bash 的重定向符号中，双大于号（>>）表示追加输出：

$ ls > /tmp/ls.out
$ cd ../elsewhere
$ ls >> /tmp/ls.out
$ cd ../anotherdir
$ ls >> /tmp/ls.out

如果存在同名文件，第一行中的重定向会将其截断，并将 ls 命令的输出保存在这个已被清空的文件中。

后两次调用 ls 时使用了双大于号（>>），表示向输出文件中追加内容，而不是覆盖其原有内容。

如果想要同时重定向错误消息（STDERR），可以将 STDERR 的重定向放在后面，如下所示：

ls >> /tmp/ls.out 2>&1

在 bash 4 中，你可以将这两个重定向合二为一：

$ ls &>> /tmp/ls.out

该命令会重定向 STDERR 和 STDOUT，并将两者追加到指定文件中。& 符号必须先出现，且这 3 个字符之间不能有空格

9、丢弃输出

你有时不想将输出保存到文件中或者有时甚至不想看到输出。如我们在查找某个文件时，忽略那些没有权限的提示，如下图：

此时，我们可以将输出重定向到 /dev/null，如下所示：

$ find / -name myfile 2> /dev/null

其实，你可以将不想要的输出重定向到文件，然后再将其删除。但还有一个更简单的方法。Unix 和 Linux 系统都存在一个特殊设备，该设备并非真实的硬件，而仅仅是一个位桶（bit bucket），我们可以将不需要的数据都扔进去。它就是 /dev/null，非常适用于此类场景。写入其中的数据会被直接丢弃并不会占用磁盘空间，重定向很容易做到这一点。示例中，只有发往标准错误的输出被丢弃了