复制文件描述符的dup2 函数

dup2 是 Unix/Linux 系统中用于复制文件描述符的函数，它允许将一个文件描述符复制到另一个文件描述符上，实现输入输出流的重定向操作，比如将stdout重定向到一个文件，亦或者是把一个文件作为输入来对待。

函数原型与头文件

include

int dup2(int oldfd, int newfd);

参数说明
oldfd：需要复制的源文件描述符（比如已经打开的文件、管道、套接字等）。
newfd：目标文件描述符，用于接收oldfd的副本或者重定向的描述符。若newfd已打开，系统会先关闭它，再进行复制。
返回值
成功时：返回新的文件描述符（即newfd，若newfd之前已关闭则可能返回其他值）。
失败时：返回-1，并设置errno错误码（如EBADF表示oldfd无效，EMFILE表示文件描述符耗尽）。
核心功能与原理
dup2 的核心作用是让newfd成为oldfd的副本，即让两个文件描述符指向同一个文件表项，从而共享文件偏移量和状态标志。例如：

将newfd重定向为oldfd的副本后，对newfd的读写操作等同于对oldfd的操作。
常见场景是重定向标准输入（STDIN_FILENO=0）、标准输出（STDOUT_FILENO=1）、标准错误（STDERR_FILENO=2）。
示例1：重定向标准输出到文件
下面的这个程序会将原本输出到终端的重定向输出到一个文件。

/**

• @file linux-dup2-to-file.c
• @brief redirect stdout to file
  */

include

include

include

include

int main() {
int fd, old_stdout;
char *filename = “dup2-to-file-output.txt”;

// keep the original stdout for restore
old_stdout = dup(STDOUT_FILENO);
if (old_stdout == -1) {
perror(“dup failed”);
exit(EXIT_FAILURE);
}

// open the file for writing
fd = open(filename, O_CREAT | O_WRONLY | O_TRUNC, 0644);
if (fd == -1) {
perror(“open failed”);
exit(EXIT_FAILURE);
}

// redirect stdout to file
if (dup2(fd, STDOUT_FILENO) == -1) {
perror(“dup2 failed”);
exit(EXIT_FAILURE);
}
close(fd); // close fd, because STDOUT_FILENO is now pointing to it

// now printf’s output will be written to file
printf(“This text will be written to %s\n”, filename);

printf(“Another line for testing…\n”);
// Remember to flush the buffer otherwise the output will be buffered
fflush(stdout);

// restore original stdout
if (dup2(old_stdout, STDOUT_FILENO) == -1) {
perror(“dup2 restore failed”);
exit(EXIT_FAILURE);
}
// close the backup descriptor
close(old_stdout);

// after restore, output to terminal
printf(“Now back to terminal output\n”);

return 0;
}
编译使用的方法如下所示：

$ gcc -o linux-dup2-to-file linux-dup2-to-file.c
$ ./linux-dup2-to-file
Now back to terminal output
$ cat dup2-to-file-output.txt
This text will be written to dup2-to-file-output.txt
Another line for testing…
需要注意的是，在执行完操作后，需要调用fflush(stdout)强制刷新，不然可能不是你希望的现象。

示例2：重定向标准输入从文件
下面的这个程序会将文件的内容作为终端输入的信息。

/**

• @file linux-dup2-from-file.c
• @brief redirect stdin from file
  */

include

include

include

include

include

int main() {
int fd, old_stdin;
char *filename = “dup2-from-file-input.txt”;
char buffer[1024];

// keep the original stdin for restore
old_stdin = dup(STDIN_FILENO);
if (old_stdin == -1) {
perror(“dup failed”);
exit(EXIT_FAILURE);
}

// open the file for reading
fd = open(filename, O_RDONLY);
if (fd == -1) {
perror(“open failed”);
exit(EXIT_FAILURE);
}

// redirect stdin to file
if (dup2(fd, STDIN_FILENO) == -1) {
perror(“dup2 failed”);
exit(EXIT_FAILURE);
}

close(fd); // close fd, because STDIN_FILENO is now pointing to it

// now scanf will read data from file
printf(“Reading from %s:\n”, filename);
while (fgets(buffer, sizeof(buffer), stdin) != NULL) {
printf(“[Read] : %s”, buffer);
}
fflush(stdin);

// restore original stdin
if (dup2(old_stdin, STDIN_FILENO) == -1) {
perror(“dup2 restore failed”);
exit(EXIT_FAILURE);
}
close(old_stdin);

// after restore, input from terminal
printf(“\n\n[Terminal] Enter something: “);
strcpy(buffer, “hello world”);
printf(“\n[Terminal] You entered: %s\n”, buffer);
fflush(stdout);

return 0;
}
编译使用的方法如下所示：

$ cat dup2-from-file-input.txt
Roses are red,
Violets are blue,
Testing dup2,
And stdin too.%
$ gcc -o linux-dup2-from-file linux-dup2-from-file.c
$ ./linux-dup2-from-file
Reading from dup2-from-file-input.txt:
[Read] : Roses are red,
[Read] : Violets are blue,
[Read] : Testing dup2,
[Read] : And stdin too.
[Terminal] Enter something:
[Terminal] You entered: hello world

与dup函数的区别
dup 函数（int dup(int oldfd)）也是用于复制文件描述符，但两者还是有一些区别的。比如dup 返回最小的未使用文件描述符，而dup2可以指定目标描述符newfd。

dup2(newfd, oldfd)

close(newfd);
return dup(oldfd);
应用场景
这个函数主要用在比如，IO重定向（类似于shell的> file）、管道通信（父子进程的通信）、日志系统（同时写到终端和日志文件）或者网络编程中（将网络套接字重定向到输入和输出）。

注意事项
文件描述符关闭顺序：重定向时若newfd已打开，dup2会先关闭它，可能导致数据丢失。
原子性：dup2是原子操作，无需担心多线程环境下的竞争条件。
资源管理：复制的描述符共享文件表项，需确保正确关闭（避免文件描述符泄漏）。
错误处理：始终检查dup2的返回值，处理可能的错误（如文件不存在、权限不足）。
通过合理使用dup2，可以灵活控制程序的输入输出流向，实现复杂的系统编程需求。

在实际开发中，它常与管道、套接字等结合使用，是构建进程间通信和重定向机制的核心工具。