В каждом языке есть свой способ напечатать результат на экран.
Javascript:
console.log('hello!');
PHP:
<?php
echo 'hello!';
Python:
print('hello!')
Java:
System.out.print("hello!");
Ruby:
puts 'hello!'
Несмотря на разнообразие языков и способов печати, с точки зрения операционной системы все программы работают абсолютно идентично. При старте любой программы операционная система связывает с ней три потока:
- STDIN (Standard Input)
- STDOUT (Standard Output)
- STDERR (Standard Error)
Для языка программирования эти потоки выглядят как файлы, и взаимодействие с ними происходит как с файлами. В этом уроке мы изучим, как работают потоки на базовом уровне.
Начнем с потока STDOUT. Он отвечает за вывод на экран. Во время каждой печати на экран в программе на любом языке происходит следующие два шага:
- Функция печати записывает данные в поток STDOUT с помощью функции
write - Операционная система решает, куда вывести результат. По умолчанию вывод происходит на экран терминала
Чтобы хорошо понять эту тему, нужно подробно изучить устройство операционных систем, в частности подсистемы, отвечающей за процессы и файловую систему. Но мы попробуем кратко рассказать самое важное для понимания.
В двух словах, языки программирования не взаимодействуют с монитором и железом в целом. За взаимодействие с железом целиком и полностью отвечает операционная система. Программы могут только лишь попросить операционную систему выполнить ту или иную задачу.
При таком разделении реализация языков программирования сильно упрощается. Достаточно знать про существование STDOUT и уметь писать в этот поток, а дальше все сделает операционная система.
Именно благодаря такому разделению и потокам, можно написать программу на одном компьютере и без проблем запустить ее на другом компьютере с другой конфигурацией и монитором.
Самое удивительное начинается дальше. Операционные системы позволяют подменять потоки при старте системы, что открывает интересные возможности.
Например, вывод любой команды в bash можно не выводить на экран, а записать в файл:
ls -la > output
Запустив эту команду, вы не увидите на экране ничего нового. Зато в текущей директории появится файл output:
cat output
total 44
drwxr-xr-x 5 kirill.m kirill.m 4096 Aug 29 09:39 .
drwxr-xr-x 8 root root 4096 Apr 26 10:38 ..
-rw------- 1 kirill.m kirill.m 1822 Aug 29 08:45 .bash_history
-rw-r--r-- 1 kirill.m kirill.m 220 Aug 31 2015 .bash_logout
-rw-r--r-- 1 kirill.m kirill.m 3771 Aug 31 2015 .bashrc
drwx------ 2 kirill.m kirill.m 4096 Mar 30 18:10 .cache
-rw------- 1 kirill.m kirill.m 55 Aug 28 18:49 .lesshst
drwxrwxr-x 2 kirill.m kirill.m 4096 Aug 29 08:35 .nano
-rw-rw-r-- 1 kirill.m kirill.m 0 Aug 29 09:39 output
-rw-r--r-- 1 kirill.m kirill.m 655 May 16 2017 .profile
drwx------ 2 kirill.m kirill.m 4096 Jan 22 2018 .ssh
-rw------- 1 kirill.m kirill.m 513 Aug 29 08:06 .viminfo
Операция, которую мы сделали выше, называется перенаправление потоков.
Символ > означает, что нужно взять вывод из команды слева и отправить его в файл, указанный справа. Этот символ > всегда перезаписывает файл.
Такое перенаправление работает с абсолютно любой командой, которая выводит результаты своей работы в консоль:
grep alias .bash_profile > result
cat result
alias fixssh='eval $(tmux showenv -s SSH_AUTH_SOCK)'
Если нужно не перезаписывать, а добавлять, то используйте >>.
Для экспериментов с выводом удобно использовать встроенную команду echo. Она принимает на вход строчку и выдает ее в STDOUT, который уже можно перенаправлять:
# > Заменяет содержимое файла
echo 'hi' > result # Вывод команды echo направляем в файл result
cat result # С помощью команды cat читаем файл result
hi # Содержимое файла result в окне терминала
echo 'hello' > result # Вывод команды echo заменяет содержимое файла result
cat result # С помощью команды cat читаем файл result
hello # Содержимое файла result в окне терминала
# >> Добавляет содержимое в конец файла
echo 'hello' >> result # Вывод команды echo добавляем в конец файла result
cat result # С помощью команды cat читаем файл result
# Так выглядит содержимое файл result в окне терминала:
hello
hello
Кроме стандартного вывода, с каждым процессом ассоциируются два дополнительных потока:
- STDERR — вывод ошибок
- STDIN — стандартный ввод
STDIN работает в обратную сторону: через него программа может получать данные на вход.
В *nix-системах встроена утилита wc (сокращение от word count). Она умеет считать количество слов, строк или символов в файле. Когда мы говорим о файле, то в *nix-системах это почти всегда означает, что данные можно передать и в стандартный поток ввода:
# Флаг l (буква l, а не цифра 1) указывает, что надо считать количество строк
wc -l < result # Содержимое файла result отправляем в стандартный ввод команды wc
2
Выглядит довольно логично — стрелка меняет свое направление в другую сторону и содержимое файла отправляется в поток STDIN запускаемой программы wc.
Теперь объединим перенаправление ввода и вывода:
wc -l < result > output # Содержимое файла result отправляем в стандартный ввод команды wc, а вывод направляем в файл output
cat output # С помощью команды cat читаем файл output
2
Кстати, таким же способом можно отправить вывод на печать, но мы оставим эту возможность на самостоятельное изучение.
Последний вопрос связан с тем, зачем нужен поток STDERR.
Поток STDERR позволяет отделить нормальный вывод программы от возникающих ошибок.
Как и STDOUT, он по умолчанию выводит информацию на экран. Такой подход удобен при ведении логов, для реагирования и отладки.
Будьте осторожны, потому что перенаправление вывода в файл перенаправляет только STDOUT. Убедиться в этом очень просто.
Если попробовать отобразить содержимое несуществующей директории, то команда ls выдаст ошибку:
ls lala # Команда ls выводит список файлов и директорий, которые содержит директория lala
ls: cannot access 'lala': No such file or directory # Получаем сообщение об ошибке в окне терминала
Теперь попробуем перенаправить вывод в файл output:
ls lala > output # Направляем вывод команды ls в файл output
ls: cannot access 'lala': No such file or directory # Вывод на экран
Перенаправление есть, но сообщение вывелось на экран. Это произошло именно по той причине, что STDERR остался привязан к экрану, а внутри файла output — пустота. Решить эту задачу можно несколькими способами.
Перенаправление STDERR в STDOUT
В unix-системах за каждым потоком закреплен определенный номер, который называется файловым дескриптором. С помощью него можно получить доступ к потоками ввода и вывода.
Существуют следующие стандартные потоки ввода и вывода:
- STDIN — 0
- STDOUT — 1
- STDERR — 2
Первый способ — перенаправить STDERR в STDOUT или отправить оба потока в файл.
Часто стандартный поток ошибок объединяют со стандартным потоком вывода, чтобы можно было обрабатывать ошибки и результат выполнения вместе:
# Сначала STDOUT перенаправляется в файл output, затем STDERR перенаправляется в STDOUT, запись в файл продолжается
ls lala > output 2>&1
cat output # С помощью команды cat читаем содержимое файла output
ls: cannot access 'lala': No such file or directory # Содержимое файла output в окне терминала
В примере выше обратите внимание на & после символа перенаправления >. По правилам синтаксиса символ & нужно ставить, чтобы указать поток, в который осуществляется перенаправление.
В примере ниже 2>&1 написано перед > output. Это не будет работать, потому что когда интерпретатор прочитает 2>&1, он еще не будет знать, куда перенаправлен стандартный поток вывода. Поэтому потоки ошибок и вывода не будут объединены:
ls lala 2>&1 > output
ls: cannot access 'lala': No such file or directory # Вывод в окне терминала
Перенаправление потока STDERR бывает полезно само по себе, без вывода в файл:
# STDERR просто перенаправляется в другой поток (STDOUT)
cd lala 2>&1
-bash: cd: lala: No such file or directory
Перенаправление конкретного потока в файл
Чтобы перенаправить конкретный поток, нужно указать его номер перед >:
# Так можно сразу перенаправить STDERR в файл
cd lala 2> output
cat output
-bash: cd: lala: No such file or directory
Перенаправление обоих потоков в файл
Этот вариант используется чаще всего. Он помогает проводить отладку и подсказывает, почему вообще возникла та или иная ошибка:
# Оба потока (STDERR и STDOUT) перенаправляются в файл
cd lala &> output
cat output
-bash: cd: lala: No such file or directory
Дополнительные материалы
Остались вопросы? Задайте их в разделе «Обсуждение»
Вам ответят команда поддержки Хекслета или другие студенты
- Статья «Как учиться и справляться с негативными мыслями»
- Статья «Ловушки обучения»
- Статья «Сложные простые задачи по программированию»
- Урок «Как эффективно учиться на Хекслете»
- Вебинар «Как самостоятельно учиться»
