Perl的IO操作(2)：更多文件句柄模式

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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，以便和操作系统进行交互。例如，将perl的输出在程序内部就输出给操作系统的命令，或者将操作系统的命令执行结果输出给perl程序内部。所以，perl有2种管道模式：句柄到管道、管道到句柄。

例如，将perl print语句的输出，交给操作系统的cat -n命令来输出行号。也就是说，下面的perl程序和cat -n命令的效果是一样的。

#!/usr/bin/perl

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

while(<LOG>){
    print $_;
}

再例如，将操作系统命令的执行结果通过管道交给perl文件句柄：

#!/usr/bin/perl

open LOG,"cat -n test.log |"
    or die "Can't open file: $!";

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

虽然只有两种管道模式，但有3种写法：

管道输出到文件句柄模式：-|
文件句柄输出到管道模式：|-
|写在左边，表示句柄到管道，等价于|-，|写在右边，等价于管道到句柄，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 LOG, "|tr '[a-z]' '[A-Z]'";
open LOG, "|-", "tr '[a-z]' '[A-Z]'";
open LOG, "|-", "tr", '[a-z]', '[A-Z]';

open LOG, "cat -n '$file'|";
open LOG, "-|", "cat -n '$file'";
open LOG, "-|", "cat", "-n", $file;

而且，管道还可以继续传递给管道：

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

但是涉及到两个管道的时候，输出到终端屏幕上时可能不太合意：

[root@xuexi perlapp]# perl 15.plx test.log 
[root@xuexi perlapp]#        1  A
       2  B
       3  C

如何让输出不附加在shell提示符后，我暂时也不知道如何做。

但是，输出到文件中不会出现这样的问题：

open LOG, "|tr '[a-z]' '[A-Z]' | cat -n >test2.log";

[root@xuexi perlapp]# perl 15.plx test.log
[root@xuexi perlapp]# cat test2.log        
     1  A
     2  B
     3  C

更多关于open和管道的解释参见：Perl进程间通信。

以读写模式打开

默认情况下：

以>模式打开文件句柄时，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>>模式打开文件句柄时，首先会将指针指向文件的末尾以便追加数据，但无法读取该文件句柄对应的文件数据

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。它们的意义如下：

+<：read-update，如open FH, "+<$file"，可以提供读写行为。如果文件不存在，则open失败(以read为主，写为辅)，如果文件存在，则文件内容保留，但IO的指针放在文件开头，也就是说无论读写操作，都从开头开始，写操作会从指针位置开始覆盖同字节数的数据。
+>：write-update，如open FH, "+>$file"，可以提供读写行为。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，则截断整个文件，因此这种方式是先将文件清空然后写数据，再从中读数据。
+>>：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。一般情况下，每一次读操作之前都需要通过seek将指针移动到文件的某个位置，而写操作则总是追加到文件尾部并自动移动指针到结尾。

一般来说，要同时提供读写操作，+<是最可能需要的模式。

1.打开可供读、写、更新的文件句柄，但不截断文件

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

如下面的例子，say语句会将数据写入到test.log的尾部，因为遍历完test.log后，指针在文件的尾部。

#!/usr/bin/perl
use 5.010;
open LOG,"+<","test.log"
    or die "Couldn't open file: $!";

while(<LOG>){
    print $_;
}

say LOG "from hello world";

但注意，如果将上面的say语句放进while循环，则会出现读、写错乱的问题，因为+<模式打开文件句柄时IO指针默认在文件的开头：

#!/usr/bin/perl
use 5.010;
open LOG,"+<","test.log"
    or die "Couldn't open file: $!";

while(<LOG>){
    print $_;
    say LOG "from hello world";
}

分析下这个错乱：当读取了第一行后，放置好指针位置，然后赋值给$_并被print输出，然后再写入"from hello world"，写入的位置是指针的后面，它会直接更新后面对应数量的字符数。数一数"from hello world"的字符数量和替换掉的字符数量，会发现正好相等。

2.打开可供读、写、更新的文件句柄，但首先截断文件

open LOG,"+>","/tmp/test.log" 
    or die "Couldn't open file: $!";

因为首先会截断文件，无法直接去读取内容。所以，这种操作模式，需要首先向文件中写入数据，再去读取数据。

#!/usr/bin/perl

use 5.010;
open LOG,"+>","test.log"
    or die "Couldn't open file: $!";

    say LOG "from hello world1";
    say LOG "from hello world2";
    say LOG "from hello world3";
while(<LOG>){
    say $_;
}

3.打开可供读、追加写的文件句柄。它不会截断文件。

open LOG,"+>>","/tmp/test.log" 
    or die "Couldn't open file: $!";

因为追加写模式会将指针放置在文件尾部，如果不将指针移动到文件的某个位置(可通过seek来移动)，将无法读出数据来。

例如：

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

use 5.010;
open LOG,"+>>","test.log"
    or die "Couldn't open file: $!";


say LOG "from hello world1";
say LOG "from hello world2";
say LOG "from hello world3";

while(<LOG>){
    print "First: ", $_;          # 啥也不输出
}

seek(LOG, 0, 0);  # 将读指针移动到文件开头

while(<LOG>){
        print "Second: ", $_;  # 正常输出
}

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，则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，但是却一直持有并打开这个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占用的临时文件。

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+>。显然，+<是更为通用的读、写模式。

例如：

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

# 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，即下面示例中标量前加上了反斜线），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

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

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

print scalar <MEMFILE>;

# 提供内存文件以供写入操作
$log = ""
open MEMWRITE, ">", \$log;
pritn MEMWRITE "abcdefg\n";
pritn MEMWRITE "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 STDOUT: $!";

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 LOG,">&STDOUT"

表示将写入LOG文件句柄的数据重定向到STDOUT中。

shell中很常用的一个符号是>&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 LOG,">","/dev/null" or die "Can't open filehandle: $!";
open STDOUT,">&",\*LOG or die "Can't dup LOG:$!";
open STDERR,">&",\*STDOUT or die "Can't dup STDOUT: $!";

或者简写一下：

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

测试下：

use 5.010;
open LOG,">>","/tmp/test.log" or die "Can't open filehandle: $!";
open STDOUT,">&",\*LOG or die "Can't dup LOG: $!";
open STDERR,">&",\*STDOUT 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/test.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(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: $!";

因为这种高级重定向用的很少，所以不多做解释。如需理解，可参考我的shell关于高级重定向的文章：彻底搞懂shell的高级I/O重定向，或者直接参考Perl的高级重定向文章：Perl IO：IO重定向。