标准串流

在Unix和类Unix系统中，如同某些程式语言界面一样，标准串流是当一个计算机程序执行时，在它和它的环境间（典型为终端），事先连接的输入和输出频道。这三个I/O连结称作“标准输入”、“标准输出”和“标准错误输出”。

## 背景

在Unix之前的操作系统，程式必须明确指出连结到合适的输入和输出资料。对这当中的许多系统而言，这牵涉一些错综复杂而又与特定操作系统相关的事，是一件吓人的程式设计挑战。如控制环境设定、存取一个档案表格、决定区域资料集、和决定读卡机、磁带、磁盘、打印机、打卡机或互动式终端机。

Unix 提供许多开创产的进步，其中之一是提供 抽象设备：它免除了程式须要知道或在意它正与哪个设备沟通。Unix 借由资料串流的概念来消除这种复杂：一种资料字节的有序序列，直到读到档案结尾。程式员亦可依需求写入而无须宣告写入多少或如何组织。

另一个 Unix 突破为预设自动连结输入和输出－程式（和程序员）不用为了典型输入－处理－输出程式建立输入和输出。相对地，之前操作系统通常要求一些－有时复杂－工作控制语言（Job Control Language）以建立连结，或者，相者近似于协调的责任。

既然 Unix 提供标准串流，Unix C 的执行环境被要求要支援它。结果不管什么操作系统， C 的执行环境（及 C 的衍生）都提供类似功能。

## 标准输入 (stdin)

标准输入是指输入至程式的资料（通常是文件）。程式要求以读(read)操作来传输资料。并非所有程式都要求输入。如dir或ls程式（显示一个目录中的档名）运行时不用任何输入。

除非重导向，输入是预期由 键盘取得的。

标准输入的档案描述子为 0。在POSIX 的定义是 STDIN_FILENO；相对应的 变数为 FILE* stdin；类似地，变数为 std::cin。

## 标准输出 (stdout)

标准输出是指程式写输出资料的串流。程式要求资料传输使用写的运算。并非所有程式都要求输出。如mv或ren程式在成功完成时是沉默的。

除非重导向，输出为 终端。

标准输出的档案描述子为 1。POSIX 定义是 STDOUT_FILENO；相对应的 变数为 FILE* stdout；类似地，变数为 std::cout。

## 标准错误输出 (stderr)

标准错误输出是另一输出串流，用于输出错误讯息或诊断。它独立于标准输出，且可以分别被重导。常见的目的则为启始这个程式的终端，即使其标准输出被重导亦如此。例如：一个管线中的程式的输出被重导到下一个程式，但错误讯息仍然直接流向文字终端机。

把标准输出和标准错误输出导到相同的目的地，如文字终端，是可以（且正常）的。讯息会以如同程式写入的顺序来出现，除非使用了缓冲。（例如，一个常见状况是，当标准错误串流未使用缓冲，但标准输出串流使用了缓冲；在这种情况下，如果标准输出的缓冲区还没满的话，较迟写到标准错误的文字可能会较早出现在终端。

标准错误输出的档案描述子为 2；POSIX 定义为 STDERR_FILENO；相对的 变数 FILE* stderr。C++ 标准表头档提供两个相关的变数： std::cerr 和 std::clog，前者用于无缓冲的而后者使用和其它 C++ 串流相同的缓冲机制。

大部分壳程式允许使用

```
 &gt;&amp; filename
```

将标准输出和标准错误输出重导向到相同的档案。

Bourne-类壳程式允许使用

```
   2&gt;&amp;1
```

将标准错误输出重导向到标准输出的目的。

## 年表

### 1950 年代: Fortran

Fortran 提供类于 Unix 档案描述子：`UNIT=5` 用于 stdin、 `UNIT=6` 用于 stdout 和 `UNIT=0` 用于 stderr。

```fortran

 FORTRAN 77 example
      PROGRAM MAIN
      READ(UNIT=5,*)NUMBER
      WRITE(UNIT=6,'(F5.3)')' NUMBER IS: ',NUMBER
      END
```

### 1960: ALGOL 60

ALGOL 60因没有标准档案存取而受批评。

### 1968: ALGOL 68

ALGOL 68 的输入和输出机制合起来称为 transput。Cornelis H. A. Koster coordinated the definition of the transput standard. 这标准包含：`stand in`、`stand out`、`stand error`和`stand back`。

范例：

```algol68
# ALGOL 68 example #
main:(
REAL number;
getf(stand in,($g$,number));
printf(($"Number is: "g(6,4)"OR "$,number)); # OR #
putf(stand out,($" Number is: "g(6,4)"!"$,number));
newline(stand out)
)
```

输入:｜输出:

`3.14159`｜`Number is: +3.142 OR Number is: +3.142!`

### 1970 年代: C 和 Unix

在 C语言 中，标准输入、标准输出和标准错误输出分别连接到已存的 Unix 档案描述子 0、1 和 2。

### 1995: Java

在Java中，标准串流被称为 System.in（标准输入）、System.out（标准输出）和 System.err（标准错误）。

```java
public static void main(String args[]) {
    try {
        BufferedReader br = 
          new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
        String s = br.readLine();
        double number = Double.parseDouble(s);
        System.out.println("Number is:" + number);
    } catch (Exception e) {
        System.err.println("Error:" + e.getMessage());
    }
}
```

### 2000s: .NET

在 C# 和其它 .NET 语言中，标准串流为 `System.Console.In` （标准输入）、`System.Console.Out` （标准输出）和`System.Console.Error` （标准错误）。stdin 和 stdout 的基本读写能力可以直接透过 `System.Console` 来存取（如 `System.Console.WriteLine()` 可以取代 `System.Console.Out.WriteLine()`）。

注意， `System.Console.In`、`System.Console.Out` 和 `System.Console.Error` 是 `System.IO.TextReader` (stdin) 和 `System.IO.TextWriter` (stdout、stderr) 的对象，只允许存取底层基于文件的标准串流。存取二位元标准串流要分别经由 `System.Console.OpenStandardInput()`，`System.Console.OpenStandardOutput()` 和 `System.Console.OpenStandardError()` 所传回的`System.IO.Stream`。

```csharp
// C# example
public static int Main(string[] args)
{
    try {
        string s = System.Console.In.ReadLine();
        double number = double.Parse(s);
        System.Console.Out.WriteLine("Number is: {0:F3}", number);
        return 0;

    // If Parse() threw an exception
    } catch (System.ArgumentNullException) { 
        System.Console.Error.WriteLine("No number was entered!");
    } catch (System.FormatException) {
        System.Console.Error.WriteLine("The specified value is not a valid number!");
    } catch (System.OverflowException) {
        System.Console.Error.WriteLine("The specified number is too big!");
    }

    return -1;
}
```

```vbnet
' Visual Basic .NET example

Public Function Main() As Integer
    Dim number As Double
    Dim s As String

    Try
        s = System.Console.In.ReadLine()
        number = CDbl(s)
        System.Console.Out.WriteLine("Number is: {0:F3}", number)
        Return 0
    Catch e As System.InvalidCastException
        ' if CDbl() threw an exception
        System.Console.Error.WriteLine("No number was entered!")
        Return 1
    End Try
End Function
```

当使用 `System.Diagnostics.Process` 类时，可以使用`StandardInput`、`StandardOutput` 和 `StandardError` 属性来存取程序的标准串流。

Console 并非指 Dos 的命令列视窗。

### 图形使用者界面

图形使用者界面很少使用标准串流。

重导图形使用者界面或建立管线是不实用的。

最近似的大概是从一个程式剪下（或复制）再贴到另一个。

既然需要人工使用者的运作，移动大量的贴上就不会特别有效率。

一个值得一提的例外为dwm铺砖式视窗管理器（tiling window manager），其会将导入标准输入的资料显示到状态列。

一些原本在 Unix 上的图形使用者界面程式仍会写错误讯息到标准错误输出。

其它可能会从标准输入取得档案，如许多 Unix 媒体播放程式。

GTK-Server 可以使用标准输入为沟通界面，以便互动式程式能理解图形使用者界面程式。

## 参考

- KRONOS 2.1 Reference Manual, Control Data Corporation, Part Number 60407000, 1974
- NOS Version 1 Applications Programmer's Instant, Control Data Corporation, Part Number 60436000, 1978
- Level 68 Introduction to Programming on MULTICS , Honeywell Corporation, 1981
- Evolution of the MVS Operating System , IBM Corporation, 1981
- Lions' Commentary on UNIX Sixth Edition, John Lions, ISBN 1-57398-013-7, 1977
- Console Class, .NET Framework Class Library , Microsoft Corporation, 2008

## 外部链接

- Standard Output Definition - by The Linux Information Project (LINFO)
- Video tutorial demonstrating stdout and stderr