Perl文件句柄的一些高级话题

open函数除了> >> <这三种最基本的文件句柄模式，还支持更丰富的操作模式，例如管道。其实bash shell支持的重定向模式，perl都支持，即使是2>&1这种高级重定向模式，perl也有对应的模式。

打开管道文件句柄

Perl程序内部也支持管道，以便和外部命令进行交互。例如，将perl的输传递给cat命令，或者将cat命令执行结果输出给perl程序内部。所以，perl有2种管道句柄模式：句柄到管道、管道到句柄。

例如，将perl print语句的输出，交给cat -n命令来输出行号：

open my $fh, "| cat -n"
  or die "Can't open: $!";

say {$fh} "hello world";
say {$fh} "HELLO WORLD";

再例如，将cat -n命令的执行结果通过管道交给perl文件句柄：

open my $fh, "cat -n a.log |"
  or die "Can't open: $!";

while(<$fh>){
  print "from pipe: $_";
}

虽然只有两种管道模式，但有3种写法：

  • 命令(管道)输出到文件句柄模式：-|
  • 文件句柄输出到命令(管道)模式：|-
  • |写在左边，表示句柄到命令(管道)，等价于|-，|写在右边，等价于命令(管道)到句柄，等价于-|，可以认为-代表的就是外部命令

上面第三点|的写法见上面的例子便可理解。而|-和-|是作为open函数的模式参数的，以下几种写法是等价的：

open my $fh, "|tr '[a-z]' '[A-Z]'";
open my $fh, "|-", "tr '[a-z]' '[A-Z]'";
open my $fh, "|-", "tr", '[a-z]', '[A-Z]';

open my $fh, "cat -n '$file'|";
open my $fh, "-|", "cat -n '$file'";
open my $fh, "-|", "cat", "-n", $file;

管道还可以继续传递给管道：

open my $fh, "|tr '[a-z]' '[A-Z]' | cat -n";

以读写模式打开

默认情况下：

  • 以>模式打开文件时，会先截断文件，也就是说无法从此文件句柄关联的文件中读取原有数据，且还会清空原有数据
  • 以>>模式打开文件时，会将指针指向文件末尾以便追加数据，但无法读取该文件数据，因为数据在偏移指针的前面

如何以【既可写又可读】的模式打开文件句柄？在Perl中可以在模式前使用+符号来实现。

结合+的模式有3种，都用来实现读写更新操作。含义如下：

  • +<：read-update，如open FH, "+<$file"提供读写行为。如果文件不存在，则open失败(以read为主，写为辅)，如果文件存在，则文件内容保留，但IO的指针放在文件开头，也就是说无论读写操作，都从开头开始，写操作会从指针位置开始覆盖相同字节数量的数据
  • +>：write-update，如open FH, "+>$file"提供读写行为。如果文件不存在，则创建文件(以write为主，read为辅)。如果文件存在，则截断文件，因此这种方式是先将文件清空然后写数据
  • +>>：append-update，如open FH, "+>>$file"提供读写行为。如果文件不存在，则创建(以append为主，read为辅)，如果文件存在，则将IO指针放到文件尾部

一般来说，要同时提供读写操作，+<是最可能需要的模式。另外两种模式，如果要读取数据，需要在执行读取操作之前，先将文件偏移指针跳转(使用seek函数)到某个字节位置处，再从指针位置处开始向后读取。

例如，使用+<打开可供读、写、更新的文件句柄，但不截断文件。

open my $fh, "+<", "/tmp/test.log" 
    or die "Couldn't open file: $!";

open打开STDOUT和STDIN

如果想要打开标准输入、标准输出，那么可以使用二参数格式的open，并将-指定为文件名。例如：

open LOG, "-";   # 打开标准输入
open LOG, "<-";  # 打开标准输入
open LOG, ">-";  # 打开标准输出

没有类似的直接打开标准错误输出的方式。如果有一个文件名就是-，这时想要打开这个文件而不是标准输入或标准输出，那么需要将-文件名作为open的第三个参数。

open LOG, "<", "-";

创建临时文件

如果将open()函数打开文件句柄时的文件名指定为undef，表示创建一个匿名文件句柄，即临时文件。这个临时文件将创建在/tmp目录下，创建完成后将立即被删除，但是perl进程会持有这个临时文件对应的文件句柄直到文件句柄关闭。这样，这个文件就成了看不到却仍被进程使用的临时文件。

什么时候才能用上打开就立即删除的临时文件？只读或只写的临时文件都是没有意义的，只有同时能读写的文件句柄才是有意义的，所以open的模式需要指定为+<或+>。

例如：

#!/usr/bin/perl
use strict;
use warnings;
use 5.010;

# 创建临时文件
open my $tmp_file, '+<', undef or die "open filed: $!";

# 设置自动flush
select $tmp_file; $| = 1;;

# 这个临时文件已经被删除了
system("lsof -n -p $$ | grep 'deleted'");

# 写入一点数据
say {$tmp_file} "Hello World1";
say {$tmp_file} "Hello World2";
say {$tmp_file} "Hello World3";
say {$tmp_file} "Hello World4";

# 指针移动到临时文件的头部来读取数据
seek($tmp_file, 0, 0);

select STDOUT;
while(<$tmp_file>){
  print "Reading from tmpfile: $_";
}

执行结果：

perl  22685 root  3u  REG  0,2  0 108086391056997277 /tmp/PerlIO_JHnTx1 (deleted)
Reading from tmpfile: Hello World1
Reading from tmpfile: Hello World2
Reading from tmpfile: Hello World3
Reading from tmpfile: Hello World4

内存文件

如果将open()函数打开文件句柄时的文件名参数指定为一个标量变量的引用，也就是不再读写具体的文件，而是读写内存中的变量，这样就实现了一个内存IO的模式。

#!/usr/bin/perl

my $text = "Hello World1\nHello World2\n";

# 打开内存文件以便读取操作
open my $mem_file, "<", \$text or die "open failed: $!";

print scalar <mem_file>;

# 提供内存文件以供写入操作
$log = ""
open mem_file, ">", \$log;
print mem_file "abcdefg\n";
print mem_file "ABCDEFG\n";

print $log;

如果内存文件操作的是STDOUT和STDERR这两个特殊的文件句柄，如果需要重新打开它们，一定要先关闭它们再重新打开，因为内存文件不依赖于文件描述符，再次打开文件句柄不会覆盖文件句柄。例如：

close STDOUT;
open(STDOUT, ">", \$variable)
    or die "Can't open: $!";

现在，写向标准输入的数据，都将保存到变量variable中。

Perl的高级重定向

在shell中可以通过>&和<&实现文件描述符的复制(duplicate)从而实现更高级的重定向。在Perl中也同样能实现，符号也一样，只不过复制对象是文件句柄。

例如：

open $fh, ">&STDOUT"
open $fh, ">&", "STDOUT"
open $fh, ">&", "\*STDOUT"

都表示将写入$fh文件句柄的数据重定向到STDOUT所对应的目标文件(可能是普通文件，也可能是终端、管道等)中。

注意第三种写法，不能省略\*STDOUT前面的\*，这是一种比较古老且不推荐的写法，但目前还存在，且有时候必须使用。简单解释一下\*STDOUT的含义，裸字文件句柄(如STDOUT/STDIN)是一种globs符号(symbol)，它相当于是一种字符串，和不带引号的裸字符串的含义是类似的。在裸字串前面加上*表示从perl内部的符号表中通配搜索名为STDOUT的符号，如果能搜索成功，那么*BAREWORD代表的就是一种值，它所保存的值，此时*BAREWORD这种写法相当于一种是引用变量的写法$var。前面加上\表示这种特殊变量的引用，此时它和前面示例的\$fh是同一种概念。

注：复制文件句柄时，默认会在内部复制文件描述符，并让新的文件句柄关联这个新的文件描述符。如果只是单纯的想复制文件句柄而不复制底层的文件描述符，使用>&=语法。如

open(ALIAS, ">&=HANDLE");
open ALIAS, ">&=", fileno HANDLE;

shell中很常用的一个用法是&>FILENAME或>FILENAME 2>&1，它们都表示标准错误和标准输出都输出到FILENAME中。在Perl中实现这种功能的方式为：(注意dup目标使用\*的方式，且不加引号)

open my $fh, ">", "/dev/null" or die "Can't open: $!";
open STDOUT, ">&", \$fh or die "Can't dup:$!";
open STDERR, ">&", \$fh or die "Can't dup: $!";

或者简写一下：

open STDOUT, ">", "/dev/null" or die "Can't dup:$!";
open STDERR, ">&STDOUT" or die "Can't dup: $!";

测试下：

open my $fh, ">", "/tmp/a.log" or die "Can't open: $!";
open STDOUT, ">&", $fh or die "Can't dup LOG:$!";
open STDERR, ">&", $fh or die "Can't dup STDOUT: $!";

say "hello world stdout default";
say STDOUT "hello world stdout";
say STDERR "hello world stderr";

会发现所有到STDOUT和STDERR的内容都追加到/tmp/a.log文件中。

如果在同一perl程序中，STDOUT和STDERR有多个输出方向，那么dup这两个文件句柄之前，需要先将它们保存起来。需要的时候再还原回来：

# 保存STDOUT和STDERR到$oldout和$olderr
open(my $oldout, ">&STDOUT") or die "Can't dup STDOUT: $!";
open(my $olderr, ">&STDERR") or die "Can't dup STDERR: $!";

# 实现标准错误、标准输出都重定向到foo.out的功能，即"&>foo.out"
open(STDOUT, '>', "foo.out") or die "Can't redirect STDOUT: $!";
open(STDERR, ">&STDOUT")     or die "Can't dup STDOUT: $!";

# 还原回STDOUT和STDERR
open(STDOUT, ">&", $oldout) or die "Can't dup \$oldout: $!";
open(STDERR, ">&", $olderr) or die "Can't dup \$olderr: $!";