Bash 重定向完全指南

xuchaoxin13752026-01-04 9:39

文章目录

  • [Bash 重定向完全指南](#Bash 重定向完全指南)
    • 一、重定向概述
      • [1.1 文件描述符基础](#1.1 文件描述符基础)
      • [1.2 重定向的基本原理](#1.2 重定向的基本原理)
      • [1.3 重定向操作符的位置](#1.3 重定向操作符的位置)
      • [1.4 重定向的处理顺序](#1.4 重定向的处理顺序)
    • [二、输入重定向（Input Redirection）](#二、输入重定向（Input Redirection）)
      • [2.1 基本语法](#2.1 基本语法)
      • [2.2 判断是shell还是外部程序打开文件](#2.2 判断是shell还是外部程序打开文件)
      • [2.3 实际应用](#2.3 实际应用)
      • [2.4 指定文件描述符](#2.4 指定文件描述符)
    • [三、输出重定向（Output Redirection）](#三、输出重定向（Output Redirection）)
      • [3.1 基本语法](#3.1 基本语法)
      • [3.2 基本行为](#3.2 基本行为)
      • [3.3 noclobber 选项和`>|`](#3.3 noclobber 选项和>|)
      • [3.4 重定向错误输出](#3.4 重定向错误输出)
    • [四、追加重定向（Appending Redirected Output）](#四、追加重定向（Appending Redirected Output）)
      • [4.1 基本语法](#4.1 基本语法)
      • [4.2 使用示例](#4.2 使用示例)
    • 五、同时重定向标准输出和标准错误(输出聚合)
      • [5.1 两种语法形式(`&>`,`>&`)](#5.1 两种语法形式(&>,>&))
      • [5.2 使用示例](#5.2 使用示例)
      • [5.3 追加形式`&>>`](#5.3 追加形式&>>)
      • [5.4 注意事项](#5.4 注意事项)
    • [六、Here Documents](#六、Here Documents)
      • [6.1 基本语法](#6.1 基本语法)
      • [6.2 基本用法](#6.2 基本用法)
      • [6.3 变量展开行为](#6.3 变量展开行为)
      • [6.4 <<- 去除前导制表符](#6.4 <<- 去除前导制表符)
      • [6.5 实际应用](#6.5 实际应用)
    • [七、Here Strings](#七、Here Strings)
      • [7.1 基本语法](#7.1 基本语法)
      • [7.2 使用示例](#7.2 使用示例)
      • [7.3 Here String vs echo + 管道](#7.3 Here String vs echo + 管道)
    • 八、复制文件描述符
      • [8.1 复制输入文件描述符](#8.1 复制输入文件描述符)
      • [8.2 复制输出文件描述符](#8.2 复制输出文件描述符)
      • [8.3 关闭文件描述符](#8.3 关闭文件描述符)
      • [8.4 实际应用示例](#8.4 实际应用示例)
    • 九、移动文件描述符
      • [9.1 移动输入文件描述符](#9.1 移动输入文件描述符)
      • [9.2 移动输出文件描述符](#9.2 移动输出文件描述符)
      • [9.3 复制 vs 移动 对比](#9.3 复制 vs 移动 对比)
    • 十、读写文件描述符
      • [10.1 基本语法](#10.1 基本语法)
      • [10.2 使用示例](#10.2 使用示例)
      • [10.3 实际应用](#10.3 实际应用)
    • [十一、{varname} 语法详解](#十一、{varname} 语法详解)
      • [11.1 自动分配文件描述符](#11.1 自动分配文件描述符)
      • [11.2 无需 exec 的持久文件描述符](#11.2 无需 exec 的持久文件描述符)
      • [11.3 与 exec 方式的对比](#11.3 与 exec 方式的对比)
      • [11.4 varredir_close 选项](#11.4 varredir_close 选项)
      • [11.5 实际应用示例](#11.5 实际应用示例)
    • 十二、特殊文件名处理
      • [12.1 /dev/fd/n](#12.1 /dev/fd/n)
      • [12.2 /dev/stdin, /dev/stdout, /dev/stderr](#12.2 /dev/stdin, /dev/stdout, /dev/stderr)
      • [12.3 /dev/tcp 和 /dev/udp](#12.3 /dev/tcp 和 /dev/udp)
    • 十三、重定向中的展开
      • [13.1 支持的展开类型](#13.1 支持的展开类型)
      • [13.2 多单词错误](#13.2 多单词错误)
    • 十四、文件描述符使用注意事项
      • [14.1 避免与 shell 内部 fd 冲突](#14.1 避免与 shell 内部 fd 冲突)
      • [14.2 fd 泄漏](#14.2 fd 泄漏)
      • [14.3 子进程继承](#14.3 子进程继承)
    • 十五、综合实战示例
      • [15.1 日志系统](#15.1 日志系统)
      • [15.2 进度和输出分离](#15.2 进度和输出分离)
      • [15.3 安全的临时文件处理](#15.3 安全的临时文件处理)
      • [15.4 同时捕获 stdout 和 stderr](#15.4 同时捕获 stdout 和 stderr)
    • 十六、常见问题与陷阱
      • [16.1 在管道中的变量作用域](#16.1 在管道中的变量作用域)
      • [16.2 重定向 vs 管道](#16.2 重定向 vs 管道)
      • [16.3 /dev/null 的正确使用](#16.3 /dev/null 的正确使用)
    • 总结

Bash 重定向完全指南

一、重定向概述

重定向是 Shell 编程中最核心的概念之一。它允许你改变命令的输入来源和输出目的地，而不是使用默认的键盘输入和屏幕输出。

1.1 文件描述符基础

在 Unix/Linux 系统中，每个进程启动时都会自动打开三个标准文件描述符：

文件描述符 名称 默认设备 用途
0 stdin（标准输入） 键盘 程序读取输入
1 stdout（标准输出） 终端屏幕 程序正常输出
2 stderr（标准错误） 终端屏幕 程序错误信息
bash 复制代码 
# 查看当前 shell 打开的文件描述符
ls -la /proc/$$/fd
# 输出示例：
# lrwx------ 1 user user 64 Jan  3 10:00 0 -> /dev/pts/0
# lrwx------ 1 user user 64 Jan  3 10:00 1 -> /dev/pts/0
# lrwx------ 1 user user 64 Jan  3 10:00 2 -> /dev/pts/0

# cxxu@CxxuDesk 17:14:09> <~>
$ ls -la /proc/$$/fd
total 0
dr-x------ 2 cxxu cxxu  6 Jan  3 16:57 .
dr-xr-xr-x 9 cxxu cxxu  0 Jan  3 16:57 ..
lrwx------ 1 cxxu cxxu 64 Jan  3 16:57 0 -> /dev/pts/0
lrwx------ 1 cxxu cxxu 64 Jan  3 16:57 1 -> /dev/pts/0
l-wx------ 1 cxxu cxxu 64 Jan  3 16:57 10 -> /home/cxxu/output.txt
lrwx------ 1 cxxu cxxu 64 Jan  3 16:57 2 -> /dev/pts/0
lrwx------ 1 cxxu cxxu 64 Jan  3 16:57 255 -> /dev/pts/0
lrwx------ 1 cxxu cxxu 64 Jan  3 16:57 5 -> /dev/ptmx

其中$$表示当前shell进程id

1.2 重定向的基本原理

重定向操作符会在命令执行之前 被 Shell 解释和处理。这意味着：

bash 复制代码 
# 即使命令不存在，文件也会被创建（因为重定向先于命令执行）
nonexistent_command > output.txt
ls -la output.txt
# -rw-r--r-- 1 user user 0 Jan  3 10:00 output.txt  # 文件已创建，但为空

此外,shell是从左往右出来重定向的,这在包含多个重定向用法的命令行要注意.

1.3 重定向操作符的位置

重定向可以出现在命令的任何位置：

bash 复制代码 
# 以下三种写法完全等价
echo hello > file.txt
> file.txt echo hello
echo > file.txt hello

shell优先识别(处理)命令行中的重定向部分>file.txt,剩下的是命令部分(非重定向部分),即echo hello

然后文件file.txt被创建(如果没有的话),然后echo命令的输出被重定向到file.txt中

1.4 重定向的处理顺序

重定向按照从左到右的顺序处理，这一点极其重要：

bash 复制代码 
# 示例 1：stdout 和 stderr 都重定向到 dirlist
ls > dirlist 2>&1
# 执行顺序：
# 1. > dirlist     : fd 1 指向 dirlist 文件
# 2. 2>&1          : fd 2 复制 fd 1（此时 fd 1 已指向 dirlist）
# 结果：fd 1 和 fd 2 都指向 dirlist

# 示例 2：只有 stdout 重定向到 dirlist
ls 2>&1 > dirlist
# 执行顺序：
# 1. 2>&1          : fd 2 复制 fd 1（此时 fd 1 还指向终端）
# 2. > dirlist     : fd 1 指向 dirlist 文件
# 结果：fd 2 指向终端，fd 1 指向 dirlist

二、输入重定向（Input Redirection）

2.1 基本语法

bash 复制代码 
[n]<word
  1. 如果省略 n，默认为文件描述符 0（标准输入）。
  2. 并且n不一定是整数(虽然常见的情况是整数),还可以是单词{varname},这是高级用法.

2.2 判断是shell还是外部程序打开文件

bash 复制代码 
# 从文件读取输入(shell打开文件,cat接受输入)
cat < input.txt

# 等价于下面（但语义不同：一个是 shell 打开文件，一个是 cat 打开文件）
# cat直接打开文件
cat input.txt

# 区别演示,打开不存在的文件时,上述两种写法报错者不同(分别由shell程序和cat程序抛出)
cat < nonexistent.txt  # shell 报错：bash: nonexistent.txt: No such file or directory
cat nonexistent.txt    # cat 报错：cat: nonexistent.txt: No such file or directory

2.3 实际应用

bash 复制代码 
# 使用 while 循环逐行读取文件
while read -r line; do
    echo "Line: $line"
done < data.txt

# 从文件读取数据进行排序(shell从左往右解释重定向,首先将sort命令的输入重定向为unsorted.txt,然后将sort处理结果重定向到sorted.txt)
sort < unsorted.txt > sorted.txt

# 用于交互式程序的自动化
mysql -u root -p < setup.sql

# 多个输入重定向（后者覆盖前者）
cat < file1.txt < file2.txt  # 只会读取 file2.txt

2.4 指定文件描述符

bash 复制代码 
# 将文件描述符 3 关联到输入文件
exec 3< input.txt
read line <&3      # 从 fd 3 读取一行(注意指针偏移,下一次读取自动读取原文中的第2行,依次类推)
echo "$line"
exec 3<&-          # 关闭 fd 3

具体案例:

bash 复制代码 
# cxxu@CxxuDesk 17:46:08> <~>
$ exec 3<config.txt

# cxxu@CxxuDesk 17:46:25> <~>
$ read l1 <&3

# cxxu@CxxuDesk 17:46:48> <~>
$ echo "$l1"
line1

# cxxu@CxxuDesk 17:46:57> <~>
$ read l2 <&3

# cxxu@CxxuDesk 17:47:07> <~>
$ echo "$l2"
line2

检查指定文件描述符是否被关闭

bash 复制代码 
# cxxu@CxxuDesk 17:48:14> <~>
$ ls -la /proc/$$/fd
total 0
dr-x------ 2 cxxu cxxu  8 Jan  3 16:57 .
dr-xr-xr-x 9 cxxu cxxu  0 Jan  3 16:57 ..
lrwx------ 1 cxxu cxxu 64 Jan  3 16:57 0 -> /dev/pts/0
lrwx------ 1 cxxu cxxu 64 Jan  3 16:57 1 -> /dev/pts/0
l-wx------ 1 cxxu cxxu 64 Jan  3 16:57 10 -> /home/cxxu/output.txt
l-wx------ 1 cxxu cxxu 64 Jan  3 17:34 11 -> /home/cxxu/output.txt
lrwx------ 1 cxxu cxxu 64 Jan  3 16:57 2 -> /dev/pts/0
lrwx------ 1 cxxu cxxu 64 Jan  3 16:57 255 -> /dev/pts/0
lr-x------ 1 cxxu cxxu 64 Jan  3 17:46 3 -> /home/cxxu/config.txt
lrwx------ 1 cxxu cxxu 64 Jan  3 16:57 5 -> /dev/ptmx

# cxxu@CxxuDesk 17:48:30> <~>
$ exec 3<&-

# cxxu@CxxuDesk 17:48:43> <~>
$ ls -la /proc/$$/fd
total 0
dr-x------ 2 cxxu cxxu  7 Jan  3 16:57 .
dr-xr-xr-x 9 cxxu cxxu  0 Jan  3 16:57 ..
lrwx------ 1 cxxu cxxu 64 Jan  3 16:57 0 -> /dev/pts/0
lrwx------ 1 cxxu cxxu 64 Jan  3 16:57 1 -> /dev/pts/0
l-wx------ 1 cxxu cxxu 64 Jan  3 16:57 10 -> /home/cxxu/output.txt
l-wx------ 1 cxxu cxxu 64 Jan  3 17:34 11 -> /home/cxxu/output.txt
lrwx------ 1 cxxu cxxu 64 Jan  3 16:57 2 -> /dev/pts/0
lrwx------ 1 cxxu cxxu 64 Jan  3 16:57 255 -> /dev/pts/0
lrwx------ 1 cxxu cxxu 64 Jan  3 16:57 5 -> /dev/ptmx

三、输出重定向（Output Redirection）

3.1 基本语法

bash 复制代码 
[n]>[|]word

如果省略 n，默认为文件描述符 1（标准输出）。

其中|启用的时候(变成>|)会强制重定向,即便shell选项设置为默认不覆盖(noclobber)

3.2 基本行为

bash 复制代码 
# 创建新文件或覆盖现有文件
echo "Hello" > output.txt

# 如果文件存在，内容被清空后写入
echo "World" > output.txt
cat output.txt
# World  （注意：Hello 已被覆盖）

3.3 noclobber 选项和>|

noclobber 选项可以防止意外覆盖文件：

bash 复制代码 
# 启用 noclobber
set -o noclobber
# 或者
set -C

# 尝试覆盖现有文件会失败
echo "test" > existing_file.txt
# bash: existing_file.txt: cannot overwrite existing file

# 使用 >| 强制覆盖
echo "test" >| existing_file.txt  # 成功

# 禁用 noclobber
set +o noclobber
# 或者
set +C

3.4 重定向错误输出

bash 复制代码 
# 只重定向标准错误
ls nonexistent 2> error.log

# 标准输出和标准错误分别重定向
command > stdout.log 2> stderr.log

# 丢弃错误信息
command 2> /dev/null

# 丢弃所有输出
command > /dev/null 2>&1

四、追加重定向（Appending Redirected Output）

4.1 基本语法

bash 复制代码 
[n]>>word

4.2 使用示例

bash 复制代码 
# 追加内容到文件
echo "First line" > log.txt
echo "Second line" >> log.txt
echo "Third line" >> log.txt
cat log.txt
# First line
# Second line
# Third line

# 追加错误输出
command 2>> error.log
bash 复制代码 
# 实际应用：日志记录(演示目录/var/log/可能会遇到权限问题)
log() {
    echo "$(date '+%Y-%m-%d %H:%M:%S') - $*" >> ~/myapp.log
}
log "Application started"
log "Processing data..."

五、同时重定向标准输出和标准错误(输出聚合)

5.1 两种语法形式(&>,>&)

bash 复制代码 
# 形式 1（推荐）
&>word

# 形式 2
>&word

当使用第二种形式时，word 不可能扩展为一个数字或' - '。

两者在语义上等同于：

bash 复制代码 
>word 2>&1

5.2 使用示例

bash 复制代码 
# 所有输出都写入文件
command &> all_output.txt

# 丢弃所有输出
command &> /dev/null

# 等价写法对比
ls /exists /nonexistent &> output.txt
ls /exists /nonexistent > output.txt 2>&1  # 等价

5.3 追加形式&>>

bash 复制代码 
# 追加所有输出
command &>> all_output.txt

# 等价于
command >> all_output.txt 2>&1

相比于> word 2>&1只在开头更改为>>

5.4 注意事项

当使用 >&word 这个形式时，word 不能是数字或 - 因为那会被解释为文件描述符操作

bash 复制代码 
# 这是复制文件描述符,而不是将输出聚合到名为3的文件
command >&3            # fd 1 复制到 fd 3,相当于1>&3

# 安全起见，推荐使用 &> 形式
command &>output.txt   # 清晰明确
# 
ls /usr/bin/env 'abab' &> 3
bash 复制代码 
# cxxu@CxxuDesk 18:12:30> <~>
$ ls /usr/bin/env 'abab' &> 3

# cxxu@CxxuDesk 18:15:07> <~>
$ cat 3
ls: cannot access 'abab': No such file or directory
/usr/bin/env

六、Here Documents

6.1 基本语法

复制代码 
[n]<<[-]word
    here-document
delimiter

6.2 基本用法

bash 复制代码 
# 基本的 here document
cat << EOF
This is line 1
This is line 2
This is line 3
EOF

# 输出：
# This is line 1
# This is line 2
# This is line 3

6.3 变量展开行为

bash 复制代码 
name="World"

# 不带引号的分隔符：变量会被展开
cat << EOF
Hello, $name!
Current directory: $(pwd)
Sum: $((1 + 2))
EOF
# 输出：
# Hello, World!
# Current directory: /home/user
# Sum: 3

# 带引号的分隔符：禁止所有展开
cat << 'EOF'
Hello, $name!
Current directory: $(pwd)
Sum: $((1 + 2))
EOF
# 输出：
# Hello, $name!
# Current directory: $(pwd)
# Sum: $((1 + 2))

# 部分引用也会禁止展开
cat << "EOF"
Hello, $name!
EOF
# 输出：
# Hello, $name!

cat << E"O"F
Hello, $name!
EOF
# 输出：
# Hello, $name!

6.4 <<- 去除前导制表符

bash 复制代码 
# 使用 <<- 可以在脚本中保持良好的缩进
if true; then
    cat <<- EOF
		This line has a tab prefix
		So does this one
		And this one too
	EOF
fi
# 输出（前导制表符被去除）：
# This line has a tab prefix
# So does this one
# And this one too

# 注意：只去除制表符(Tab)，不去除空格

6.5 实际应用

bash 复制代码 
# 生成配置文件
cat << EOF > /etc/myapp.conf
# Configuration file for MyApp
# Generated on $(date)

server_name = localhost
port = 8080
debug = false
EOF

# SQL 脚本
mysql -u root -p << EOF
CREATE DATABASE IF NOT EXISTS mydb;
USE mydb;
CREATE TABLE IF NOT EXISTS users (
    id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
    name VARCHAR(100)
);
EOF

# 多行 SSH 命令
ssh user@remote << 'EOF'
cd /var/log
tail -n 100 syslog
df -h
EOF

# 函数中使用
generate_html() {
    cat << EOF
<!DOCTYPE html>
<html>
<head><title>$1</title></head>
<body>
<h1>$1</h1>
<p>$2</p>
</body>
</html>
EOF
}
generate_html "Welcome" "Hello, World!" > index.html

七、Here Strings

7.1 基本语法

复制代码 
[n]<<< word

7.2 使用示例

bash 复制代码 
# 基本用法
cat <<< "Hello, World!"
# Hello, World!

# 与 here document 对比
# Here document（多行）
cat << EOF
Hello
EOF

# Here string（单行，更简洁）
cat <<< "Hello"

# 变量展开
name="Alice"
cat <<< "Hello, $name!"
# Hello, Alice!

# 命令替换
cat <<< "Today is $(date +%A)"
# Today is Friday

# 用于需要 stdin 输入的命令
read var <<< "input value"
echo "$var"
# input value

# 实际应用：处理字符串
# 计算字符串中的单词数
wc -w <<< "one two three four"
# 4

# 字符串分割
IFS=: read user pass uid gid gecos home shell <<< "root:x:0:0:root:/root:/bin/bash"
echo "User: $user, Home: $home, Shell: $shell"
# User: root, Home: /root, Shell: /bin/bash

# bc 计算器
bc <<< "scale=2; 10/3"
# 3.33

7.3 Here String vs echo + 管道

bash 复制代码 
# 使用 here string（更高效，不创建子进程）
cat <<< "Hello"

# 使用 echo + 管道（创建子进程）
echo "Hello" | cat

# 性能差异示例
time for i in {1..10000}; do cat <<< "test" > /dev/null; done
time for i in {1..10000}; do echo "test" | cat > /dev/null; done
# here string 通常更快

八、复制文件描述符

8.1 复制输入文件描述符

复制代码 
[n]<&word
# 将 fd 3 设为 fd 0 的副本
exec 3<&0

# 实际应用：保存和恢复 stdin
exec 3<&0           # 保存原始 stdin 到 fd 3
exec 0< input.txt   # 重定向 stdin 到文件
# ... 一些操作 ...
exec 0<&3           # 从 fd 3 恢复 stdin
exec 3<&-           # 关闭 fd 3

8.2 复制输出文件描述符

复制代码 
[n]>&word
# 将 fd 3 设为 fd 1 的副本
exec 3>&1

# 经典模式：交换 stdout 和 stderr
exec 3>&1 1>&2 2>&3 3>&-
# 执行后：原来的 stdout 变成 stderr，原来的 stderr 变成 stdout

8.3 关闭文件描述符

bash 复制代码 
# 关闭输入文件描述符
exec 3<&-

# 关闭输出文件描述符
exec 3>&-

# 关闭标准输入
exec 0<&-

# 关闭标准输出
exec 1>&-

8.4 实际应用示例

bash 复制代码 
# 示例：同时捕获 stdout 和 stderr 到不同变量
{
    output=$(command 2>&1 1>&3)
    exit_code=$?
} 3>&1
error=$output
# 此时 $output 包含 stderr，stdout 正常显示

# 更完整的版本
capture_output() {
    local stdout stderr exit_code
    exec 3>&1 4>&2
    stdout=$( { stderr=$( "$@" 2>&1 1>&3 3>&- ); exit_code=$?; } 2>&1 )
    exec 3>&- 4>&-
    echo "stdout: $stdout"
    echo "stderr: $stderr"
    echo "exit: $exit_code"
}

九、移动文件描述符

9.1 移动输入文件描述符

复制代码 
[n]<&digit-

移动 = 复制 + 关闭原描述符

bash 复制代码 
# 将 fd 3 移动到 fd 0
exec 0<&3-
# 等价于：
# exec 0<&3
# exec 3<&-

9.2 移动输出文件描述符

复制代码 
[n]>&digit-
# 将 fd 3 移动到 fd 1
exec 1>&3-

# 实际应用：日志重定向后恢复
exec 3>&1                    # 保存 stdout
exec 1> logfile.txt          # stdout 重定向到文件
echo "This goes to log"
exec 1>&3-                   # 恢复 stdout 并关闭 fd 3（一步完成）
echo "This goes to terminal"

9.3 复制 vs 移动 对比

bash 复制代码 
# 复制：原文件描述符保持打开
exec 3>&1      # fd 3 是 fd 1 的副本，fd 1 仍然有效

# 移动：原文件描述符被关闭
exec 3>&1-     # fd 3 是 fd 1 的副本，fd 1 被关闭

十、读写文件描述符

10.1 基本语法

复制代码 
[n]<>word

以读写模式打开文件，如果文件不存在则创建。

10.2 使用示例

bash 复制代码 
# 以读写模式打开文件
exec 3<> data.txt

# 读取内容
read line <&3
echo "Read: $line"

# 写入内容（注意：会覆盖当前位置的内容）
echo "New content" >&3

# 关闭
exec 3>&-

10.3 实际应用

bash 复制代码 
# 简单的文件锁实现
lockfile="/tmp/mylock"
exec 200<>$lockfile
flock -n 200 || { echo "Another instance running"; exit 1; }
# ... 执行需要锁保护的操作 ...

# 修改文件的特定部分（需要配合 seek，通常用其他工具更方便）
# Bash 本身不支持 seek，这种用法有限

十一、{varname} 语法详解

11.1 自动分配文件描述符

Bash 4.1+ 支持使用 {varname} 让 shell 自动分配一个 ≥10 的文件描述符：

bash 复制代码 
# 传统方式：手动指定 fd 编号
exec 3> output.txt

# 新方式：自动分配
exec {myfd}> output.txt
echo "Allocated fd: $myfd"    # 输出类似：Allocated fd: 10

# 使用分配的 fd
echo "Hello" >&$myfd

# 关闭
exec {myfd}>&-

11.2 无需 exec 的持久文件描述符

这是 {varname} 最强大的特性：

bash 复制代码 
# 在普通命令中打开 fd，且 fd 会持续存在
echo "First line" {fd}> output.txt

# fd 在命令结束后仍然有效
echo "Second line" >&$fd
echo "Third line" >&$fd

cat output.txt
# First line
# Second line
# Third line

# 手动关闭
exec {fd}>&-

11.3 与 exec 方式的对比

bash 复制代码 
# 方式 1：exec + 固定编号
exec 3> file.txt
echo "data" >&3
exec 3>&-
# 缺点：可能与其他代码冲突

# 方式 2：exec + {varname}
exec {fd}> file.txt
echo "data" >&$fd
exec {fd}>&-
# 优点：自动分配，不冲突
# 缺点：仍需 exec

# 方式 3：命令 + {varname}（最灵活）
: {fd}> file.txt     # : 是空命令
echo "data" >&$fd
exec {fd}>&-
# 优点：无需 exec，自动分配

11.4 varredir_close 选项

bash 复制代码 
# 查看当前设置
shopt varredir_close

# 启用：当变量离开作用域时自动关闭 fd
shopt -s varredir_close

# 禁用（默认）
shopt -u varredir_close

11.5 实际应用示例

bash 复制代码 
# 日志系统
init_logging() {
    : {LOG_FD}>> /var/log/myapp.log
}

log() {
    echo "$(date): $*" >&$LOG_FD
}

close_logging() {
    exec {LOG_FD}>&-
}

# 使用
init_logging
log "Application started"
log "Processing..."
close_logging

# 多文件处理
process_files() {
    : {input_fd}< input.txt
    : {output_fd}> output.txt
    : {error_fd}>> errors.log
    
    while read -u $input_fd line; do
        if process "$line"; then
            echo "$line" >&$output_fd
        else
            echo "Failed: $line" >&$error_fd
        fi
    done
    
    exec {input_fd}<&- {output_fd}>&- {error_fd}>&-
}

十二、特殊文件名处理

12.1 /dev/fd/n

bash 复制代码 
# 复制文件描述符
echo "Hello" > /dev/fd/1    # 等同于 echo "Hello"（写入 stdout）

# 实际应用：让不支持 fd 的程序使用管道
diff <(sort file1) <(sort file2)
# 内部使用类似 /dev/fd/63 的机制

12.2 /dev/stdin, /dev/stdout, /dev/stderr

bash 复制代码 
# 明确指定标准流
cat /dev/stdin              # 从标准输入读取
echo "Hello" > /dev/stdout  # 写入标准输出
echo "Error" > /dev/stderr  # 写入标准错误

# 在脚本中恢复标准流
some_function() {
    # 即使 stdout 被重定向，仍可写入终端
    echo "Debug info" > /dev/stderr
}

12.3 /dev/tcp 和 /dev/udp

bash 复制代码 
# TCP 连接
exec 3<>/dev/tcp/www.example.com/80
echo -e "GET / HTTP/1.1\r\nHost: www.example.com\r\nConnection: close\r\n\r\n" >&3
cat <&3
exec 3>&-

# 检查端口是否开放
timeout 1 bash -c 'cat < /dev/tcp/localhost/22' && echo "SSH port open"

# 简单的 HTTP 请求函数
http_get() {
    local host=$1
    local path=${2:-/}
    exec 3<>/dev/tcp/$host/80
    echo -e "GET $path HTTP/1.1\r\nHost: $host\r\nConnection: close\r\n\r\n" >&3
    cat <&3
    exec 3>&-
}
http_get "example.com" "/index.html"

# UDP 示例（发送数据）
echo "test" > /dev/udp/localhost/514   # 发送到本地 syslog

# 注意：这些是 Bash 特有功能，不是 POSIX 标准
# 某些系统可能需要编译时启用此功能

十三、重定向中的展开

13.1 支持的展开类型

重定向操作符后面的 word 会经历以下展开：

bash 复制代码 
# 1. 花括号展开（注意：通常不用于重定向）
# echo test > {a,b}.txt  # 这会导致错误，因为展开后有多个单词

# 2. 波浪号展开
echo "test" > ~/output.txt           # 展开为 /home/user/output.txt
echo "test" > ~other_user/file.txt   # 展开为 /home/other_user/file.txt

# 3. 参数和变量展开
logfile="/var/log/app.log"
echo "test" > "$logfile"

# 4. 命令替换
echo "test" > "$(date +%Y%m%d).log"  # 例如：20260103.log

# 5. 算术展开
n=1
echo "test" > "file$((n+1)).txt"     # file2.txt

# 6. 引号去除
echo "test" > "output.txt"           # 引号被去除

# 7. 文件名展开（通配符）
# 注意：如果展开后得到多个文件，会报错
echo "test" > *.txt                  # 如果匹配多个文件，报错
echo "test" > file?.txt              # 如果只匹配一个文件，OK

# 8. 单词分割
filename="my file.txt"
echo "test" > $filename              # 错误！分割成两个单词
echo "test" > "$filename"            # 正确，保持为一个单词

13.2 多单词错误

bash 复制代码 
# 如果展开结果是多个单词，Bash 会报错
files="a.txt b.txt"
echo "test" > $files
# bash: $files: ambiguous redirect

# 解决方案：确保只有一个单词
echo "test" > "$files"    # 写入名为 "a.txt b.txt" 的文件
# 或者使用循环
for f in $files; do echo "test" > "$f"; done

十四、文件描述符使用注意事项

14.1 避免与 shell 内部 fd 冲突

bash 复制代码 
# Shell 内部可能使用 fd 10 及以上
# 手动使用大编号 fd 时要小心

# 不推荐
exec 10> myfile.txt    # 可能与 shell 内部冲突

# 推荐：使用 {varname} 语法
exec {fd}> myfile.txt  # 让 shell 分配安全的 fd 编号

14.2 fd 泄漏

bash 复制代码 
# 错误：打开 fd 后忘记关闭
for i in {1..1000}; do
    exec {fd}> "/tmp/file$i.txt"
    echo "data" >&$fd
    # 忘记关闭 fd！
done
# 可能导致 "Too many open files" 错误

# 正确：总是关闭 fd
for i in {1..1000}; do
    exec {fd}> "/tmp/file$i.txt"
    echo "data" >&$fd
    exec {fd}>&-  # 关闭
done

14.3 子进程继承

bash 复制代码 
# 文件描述符默认被子进程继承
exec 3> shared.txt
(
    echo "From subshell" >&3  # 子 shell 可以使用 fd 3
)

# 阻止继承（使用 close-on-exec 标志）
# Bash 本身不直接支持，需要其他手段

十五、综合实战示例

15.1 日志系统

bash 复制代码 
#!/bin/bash

# 初始化日志
LOG_DIR="/var/log/myapp"
mkdir -p "$LOG_DIR"

# 打开日志文件描述符
exec {LOG_INFO}>> "$LOG_DIR/info.log"
exec {LOG_ERROR}>> "$LOG_DIR/error.log"
exec {LOG_DEBUG}>> "$LOG_DIR/debug.log"

# 日志函数
log_info()  { echo "$(date '+%F %T') [INFO]  $*" >&$LOG_INFO; }
log_error() { echo "$(date '+%F %T') [ERROR] $*" >&$LOG_ERROR; }
log_debug() { echo "$(date '+%F %T') [DEBUG] $*" >&$LOG_DEBUG; }

# 清理函数
cleanup() {
    exec {LOG_INFO}>&- {LOG_ERROR}>&- {LOG_DEBUG}>&-
}
trap cleanup EXIT

# 使用
log_info "Application started"
log_debug "Initializing components..."

if ! some_operation; then
    log_error "Operation failed"
fi

log_info "Application finished"

15.2 进度和输出分离

bash 复制代码 
#!/bin/bash

# 保存原始 stdout 和 stderr
exec {ORIG_STDOUT}>&1
exec {ORIG_STDERR}>&2

# 重定向所有输出到日志
exec 1>> process.log 2>&1

# 进度信息写入原始终端
progress() {
    echo "$*" >&$ORIG_STDOUT
}

# 正常输出写入日志
echo "Starting process..."

for i in {1..10}; do
    echo "Processing step $i"      # 写入日志
    progress "Progress: ${i}0%"    # 显示在终端
    sleep 1
done

echo "Process complete"
progress "Done!"

# 恢复
exec 1>&$ORIG_STDOUT 2>&$ORIG_STDERR
exec {ORIG_STDOUT}>&- {ORIG_STDERR}>&-

15.3 安全的临时文件处理

bash 复制代码 
#!/bin/bash

# 创建临时文件并打开 fd（文件可以立即删除，fd 仍然有效）
tmpfile=$(mktemp)
exec {tmp_fd}<>"$tmpfile"
rm "$tmpfile"  # 删除文件，但 fd 仍然可用

# 写入临时数据
echo "Temporary data line 1" >&$tmp_fd
echo "Temporary data line 2" >&$tmp_fd

# 回到文件开头读取
exec {tmp_fd}<&-
exec {tmp_fd}< /dev/fd/$tmp_fd  # 不能直接 seek，需要其他方式

# 更实用的方式：使用进程替换
data=$(cat << 'EOF'
line 1
line 2
line 3
EOF
)

while read line; do
    echo "Processing: $line"
done <<< "$data"

15.4 同时捕获 stdout 和 stderr

bash 复制代码 
#!/bin/bash

# 方法：使用临时文件和 fd
capture_both() {
    local cmd="$*"
    local stdout_file stderr_file
    
    stdout_file=$(mktemp)
    stderr_file=$(mktemp)
    
    eval "$cmd" > "$stdout_file" 2> "$stderr_file"
    local exit_code=$?
    
    CAPTURED_STDOUT=$(cat "$stdout_file")
    CAPTURED_STDERR=$(cat "$stderr_file")
    
    rm "$stdout_file" "$stderr_file"
    
    return $exit_code
}

# 使用
capture_both ls /exists /nonexistent

echo "Exit code: $?"
echo "Stdout: $CAPTURED_STDOUT"
echo "Stderr: $CAPTURED_STDERR"

十六、常见问题与陷阱

16.1 在管道中的变量作用域

bash 复制代码 
# 问题：管道中的循环在子 shell 中运行
count=0
cat file.txt | while read line; do
    ((count++))
done
echo "$count"  # 输出 0！变量修改在子 shell 中丢失

# 解决方案 1：使用进程替换
count=0
while read line; do
    ((count++))
done < <(cat file.txt)
echo "$count"  # 正确的计数

# 解决方案 2：使用 here string
count=0
while read line; do
    ((count++))
done <<< "$(cat file.txt)"
echo "$count"  # 正确的计数

# 解决方案 3：使用 lastpipe 选项（Bash 4.2+）
shopt -s lastpipe
count=0
cat file.txt | while read line; do
    ((count++))
done
echo "$count"  # 正确的计数

16.2 重定向 vs 管道

bash 复制代码 
# 重定向：直接连接文件和 fd
command < input.txt > output.txt

# 管道：连接两个进程的 stdout 和 stdin
command1 | command2

# 区别：
# - 重定向不创建额外进程
# - 管道两边各有一个进程
# - 重定向的文件需要存在（输入）或可创建（输出）

16.3 /dev/null 的正确使用

bash 复制代码 
# 丢弃 stdout
command > /dev/null

# 丢弃 stderr
command 2> /dev/null

# 丢弃所有输出
command > /dev/null 2>&1
command &> /dev/null  # 简写

# 不要这样做（创建名为 /dev/null 的普通文件的风险）
command > /dev/null 2> /dev/null  # 两次打开，通常 OK，但不必要

总结

Bash 重定向是一个功能强大的系统，核心要点包括：

  1. 理解文件描述符 0（stdin）、1（stdout）、2（stderr）的概念
  2. 重定向按从左到右的顺序处理
  3. > 覆盖，>> 追加
  4. 2>&1 将 stderr 重定向到 stdout 当前指向的位置
  5. {varname} 语法提供了自动 fd 分配和持久化能力
  6. Here documents 和 here strings 用于内联输入
  7. 特殊文件 /dev/tcp 和 /dev/udp 提供网络功能
  8. 使用 exec 可以修改当前 shell 的 fd
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