文本流

文件用于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，相當(dāng)于一個(gè)個(gè)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的房子。我們之前說(shuō)，所謂的數(shù)據(jù)是0或者1的序列，但嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，Linux以字節(jié)(byte)來(lái)作為數(shù)據(jù)的單位，也就是說(shuō)這個(gè)序列每八位(bit)為一個(gè)單位(八位二進(jìn)制對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制范圍為0到255)。使用ASCII編碼，可以將這樣一個(gè)字節(jié)轉(zhuǎn)換成為字符。所以，在Linux中，我們所說(shuō)的數(shù)據(jù)，完全可以用字符表達(dá)出來(lái)，也就是說(shuō)文本(text)的形式。

實(shí)際上，如果以bit為單位處理字符的話，機(jī)器會(huì)更容易讀懂和傳輸，效率會(huì)更高。但為什么Linux依然以字節(jié)為單位進(jìn)行處理呢？原因在于，相對(duì)于以bit為單位處理數(shù)據(jù)，以byte為單位可以更容易將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為字符。相對(duì)于枯燥的0和1，字符更容易被人讀懂 (human readable)。然而，并不是所有的數(shù)據(jù)都是設(shè)計(jì)來(lái)讓人讀懂的，比如可執(zhí)行文件包含的各種字符對(duì)于人來(lái)說(shuō)并沒(méi)有什么意義 (因?yàn)榭蓤?zhí)行文件是為了讓機(jī)器讀懂的)。但Linux依然以字節(jié)為單位處理所有文件，這是為了讓所有文件能夠共用一套接口 (virtual file system)，從而減少Linux設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。

("everything is a file"是通常所流傳的UNIX設(shè)計(jì)的哲學(xué)之一，但Linus對(duì)此作出糾正，改為"everything is a stream of bytes"。)

然而，數(shù)據(jù)不是在找到了自己的房子(file)之后就永遠(yuǎn)的定居下來(lái)。它往往要被讀入到內(nèi)存 (就像是到辦公室上班)，或者被傳送到外部設(shè)備(好像去酒店休假)，或者搬到別的房子中。在這樣的搬遷過(guò)程中，數(shù)據(jù)像是一個(gè)個(gè)排著隊(duì)走路的人流，我們叫它文本流(text stream，或者byte stream)。然而，計(jì)算機(jī)不同設(shè)備之間的連接方法差異很大，從內(nèi)存到文件的連接像是爬山，從內(nèi)存到外設(shè)像是游過(guò)一條河。為此，Linux還定義了流 (stream)，以此作為修建連接各處的公路的標(biāo)準(zhǔn)。Stream的好處在于，無(wú)論你是從內(nèi)存到外設(shè)，還是從內(nèi)存到文件，所有的公路都是相同的 (至于公路下面是石頭還是土地，都可以不用操心)。

我們?cè)倩匚兑幌?ldquo;everything is a stream of bytes”這句話。信息包含在文本流中，不斷在計(jì)算機(jī)的各個(gè)組件之間流動(dòng)，不斷地接受計(jì)算機(jī)的加工，最終成為用戶所需要的某種服務(wù)。

(說(shuō)句題外話，如果看過(guò)駭客帝國(guó)的話，一定會(huì)對(duì)文本流印象深刻。)

標(biāo)準(zhǔn)輸入，標(biāo)準(zhǔn)輸出，標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤與重新定向

當(dāng)Linux執(zhí)行一個(gè)程序的時(shí)候，會(huì)自動(dòng)打開(kāi)三個(gè)流，標(biāo)準(zhǔn)輸入(standard input)，標(biāo)準(zhǔn)輸出(standard output)，標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤(standard error)。比如說(shuō)你打開(kāi)命令行的時(shí)候，默認(rèn)情況下，命令行的標(biāo)準(zhǔn)輸入連接到鍵盤(pán)，標(biāo)準(zhǔn)輸出和標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤都連接到屏幕。對(duì)于一個(gè)程序來(lái)說(shuō)，盡管它總會(huì)打開(kāi)這三個(gè)流，但它會(huì)根據(jù)需要使用，并不是一定要使用。

想象一下敲擊一個(gè)

鍵盤(pán)敲擊的文本流("ls\n"，\n是回車(chē)時(shí)輸入的字符，表示換行)命令行 (命令行實(shí)際上也是一個(gè)程序)。命令行隨后調(diào)用/bin/ls得到結(jié)果("a.txt")，最后這個(gè)輸出的文本流("a.txt")流到屏幕，顯示出來(lái)，比如說(shuō)：


假設(shè)說(shuō)我們不想讓文本流流到屏幕，而是流到另一個(gè)文件，我們可以采用重新定向(redirect)的機(jī)制。


重新定向標(biāo)準(zhǔn)輸出。這里的>就是提醒命令行，讓它知道我現(xiàn)在想變換文本流的方向了，我們不讓標(biāo)準(zhǔn)輸出輸出到屏幕，而是要到a.txt這個(gè)文件 (好像火車(chē)軌道換軌)。此時(shí)，計(jì)算機(jī)會(huì)新建一個(gè)a.txt的文件，并將命令行的標(biāo)準(zhǔn)輸出指向這個(gè)文件。

有另一個(gè)符號(hào):

這里>>的作用也是重新定向標(biāo)準(zhǔn)輸出。如果a.txt已經(jīng)存在的話，ls產(chǎn)生的文本流會(huì)附加在a.txt的結(jié)尾，而不會(huì)像>那樣每次都新建a.txt。

我們下面介紹命令echo：

echo的作用是將文本流導(dǎo)向標(biāo)準(zhǔn)輸出。在這里，echo的作用就是將IamVamei輸出到屏幕上。如果是

a.txt中就會(huì)有IamVamei這個(gè)文本。

我們也可以用<符號(hào)來(lái)改變標(biāo)準(zhǔn)輸入。比如cat命令，它可以從標(biāo)準(zhǔn)輸入讀入文本流，并輸出到標(biāo)準(zhǔn)輸出:

我們將cat標(biāo)準(zhǔn)輸入指向a.txt，文本會(huì)從文件流到cat，然后再輸出到屏幕上。當(dāng)然，我們還可以同時(shí)重新定向標(biāo)準(zhǔn)輸出:


這樣，a.txt的內(nèi)容就復(fù)制到了b.txt中。

我們還可以使用>&來(lái)同時(shí)重新定向標(biāo)準(zhǔn)輸出和標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤。假設(shè)我們并沒(méi)有一個(gè)目錄void。那么

會(huì)在屏幕上返回錯(cuò)誤信息。因?yàn)榇藭r(shí)標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤依然指向屏幕。當(dāng)我們使用:


錯(cuò)誤信息被導(dǎo)向a.txt。

如果只想重新定向標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤，可以使用2>:

標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤對(duì)應(yīng)的總是2號(hào)，所以有以上寫(xiě)法。標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤輸出到a.txt，標(biāo)準(zhǔn)輸出輸出到b.txt。

管道 (pipe)

理解了以上的內(nèi)容之后，管道的概念就易如反掌。管道可以將一個(gè)命令的輸出導(dǎo)向另一個(gè)命令的輸入，從而讓兩個(gè)(或者更多命令)像流水線一樣連續(xù)工作，不斷地處理文本流。在命令行中，我們用|表示管道：

wc命令代表word count，用于統(tǒng)計(jì)文本中的行、詞以及字符的總數(shù)。a.txt中的文本先流到cat，然后從cat的標(biāo)準(zhǔn)輸出流到wc的標(biāo)準(zhǔn)輸入，從而讓wc知道自己要處理的是a.txt這個(gè)字符串。

Linux的各個(gè)命令實(shí)際上高度專業(yè)化，并盡量相互獨(dú)立。每一個(gè)都只專注于一個(gè)小的功能。但通過(guò)pipe，我們可以將這些功能合在一起，實(shí)現(xiàn)一些復(fù)雜的目的。

總結(jié)

文本流，標(biāo)準(zhǔn)輸入，標(biāo)準(zhǔn)輸出，標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤

cat, echo, wc

>, >>, <, |

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