Shell 标准输入和输出

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 <

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 <

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 <

$ ./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 maxmin 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

本文由传智教育博学谷教研团队发布。

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