標準串流

在 Unix 和類 Unix 系統中，如同某些程式語言介面一樣，**標準串流**是當一個電腦程式執行時，在它和它的環境間（典型為終端），事先連接的輸入和輸出頻道。這三個 I/O 連結稱作「**標準輸入**」、「**標準輸出**」和「**標準錯誤輸出**」。

## 背景

在 Unix 之前的作業系統，程式必須明確指出連結到合適的輸入和輸出資料。對這當中的許多系統而言，這牽涉一些錯綜複雜而又與特定作業系統相關的事，是一件嚇人的程式設計挑戰。如控制環境設定、存取一個檔案表格、決定區域資料集、和決定讀卡機、磁帶、磁碟、列印機、打卡機或互動式終端機。

Unix 提供許多開創產的進步，其中之一是提供 _抽象裝置_ ：它免除了程式須要知道或在意它正與哪個裝置溝通。 Unix 藉由資料串流的概念來消除這種複雜：一種資料位元組的有序序列，直到讀到檔案結尾。程式員亦可依需求寫入而無須宣告寫入多少或如何組織。

另一個 Unix 突破為預設自動連結輸入和輸出－程式（和程式設計師）不用為了典型_輸入－處理－輸出_程式建立輸入和輸出。相對地，之前作業系統通常要求一些－有時複雜－工作控制語言（Job Control Language）以建立連結，或者，相者近似於協調的責任。

既然 Unix 提供標準串流，Unix C 的執行環境被要求要支援它。結果不管什麼作業系統， C 的執行環境（及 C 的衍生）都提供類似功能。

## 標準輸入 (stdin)

標準輸入是指輸入至程式的資料（通常是檔案）。程式要求以_讀_(read) 操作來傳輸資料。並非所有程式都要求輸入。如 _dir_ 或 _ls_ 程式（顯示一個目錄中的檔名）運行時不用任何輸入。

除非重導向，輸入是預期由 鍵盤取得的。

標準輸入的檔案描述子為 0。在 POSIX _<unistd.h>_ 的定義是 STDIN\_FILENO；相對應的 _<stdio.h>_ 變數為 FILE\* stdin ；類似地， _<iostream>_ 變數為 std::cin 。

## 標準輸出 (stdout)

標準輸出是指程式寫輸出資料的串流。程式要求資料傳輸使用_寫_的運算。並非所有程式都要求輸出。如 _mv_ 或 _ren_ 程式在成功完成時是沈默的。

除非重導向，輸出為 終端。

標準輸出的檔案描述子為 1 。POSIX _<unistd.h>_ 定義是 STDOUT\_FILENO；相對應的 _<stdio.h>_ 變數為 FILE\* stdout ；類似地， _<iostream>_ 變數為 std::cout 。

## 標準錯誤輸出 (stderr)

標準錯誤輸出是另一輸出串流，用於輸出錯誤訊息或診斷。它獨立於標準輸出，且可以分別被重導。常見的目的則為啟始這個程式的終端，即使其_標準輸出_被重導亦如此。例如：一個管線中的程式的輸出被重導到下一個程式，但錯誤訊息仍然直接流向文字終端機。

把_標準輸出_和_標準錯誤輸出_導到相同的目的地，如文字終端，是可以（且正常）的。訊息會以如同程式寫入的順序來出現，除非使用了緩衝。（例如，一個常見狀況是，當標準錯誤串流未使用緩衝，但標準輸出串流使用了緩衝；在這種情況下，如果標準輸出的緩衝區還沒滿的話，較遲寫到標準錯誤的文字可能會較早出現在終端。

標準錯誤輸出的檔案描述子為 2 ；POSIX _<unistd.h>_ 定義為 STDERR\_FILENO；相對的 _<stdio.h>_ 變數 FILE\* stderr。C++ _<iostream>_ 標準表頭檔提供兩個相關的變數： std::cerr 和 std::clog，前者用於無緩衝的而後者使用和其它 C++ 串流相同的緩衝機制。

大部分殼程式允許使用

```
 >& filename
```

將_標準輸出_和_標準錯誤輸出_重導向到相同的檔案。

Bourne - 類殼程式允許使用

```
   2>&1
```

將_標準錯誤輸出_重導向到_標準輸出_的目的。

## 年表

### 1950 年代: Fortran

Fortran 提供類於 Unix 檔案描述子：`UNIT=5` 用於 stdin 、 `UNIT=6` 用於 stdout 和 `UNIT=0` 用於 stderr 。

### 1960: ALGOL 60

ALGOL 60 因沒有標準檔案存取而受批評。

### 1968: ALGOL 68

ALGOL 68 的輸入和輸出機制合起來稱為 transput 。 Cornelis H. A. Koster coordinated the definition of the _transput_ standard. 這標準包含：`stand in`、`stand out`、`stand error` 和 `stand back`。 

範例：

### 1970 年代: C 和 Unix

在 **C 語言** 中，標準輸入、標準輸出和標準錯誤輸出分別連接到已存的 Unix 檔案描述子 0 、1 和 2。

### 1995: Java

在 Java 中，標準串流被稱為 System.in（標準輸入）、System.out（標準輸出）和 System.err（標準錯誤）。

### 2000s: .NET

在 C# 和其它 .NET 語言中，標準串流為 `System.Console.In` （標準輸入）、`System.Console.Out` （標準輸出）和 `System.Console.Error` （標準錯誤）。stdin 和 stdout 的基本讀寫能力可以直接透過 `System.Console` 來存取（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) 的物件，只允許存取底層基於檔案的標準串流。存取二位元標準串流要分別經由 `System.Console.OpenStandardInput()`，`System.Console.OpenStandardOutput()` 和 `System.Console.OpenStandardError()` 所傳回的 `System.IO.Stream`。

當使用 `System.Diagnostics.Process` 類時，可以使用 `StandardInput`、`StandardOutput` 和 `StandardError` 屬性來存取程式的標準串流。

Console 並非指 Dos 的命令列視窗。

### 圖形使用者介面

圖形使用者介面很少使用標準串流。
重導圖形使用者介面或建立管線是不實用的。
最近似的大概是從一個程式_剪下_（或_複製_）再貼到另一個。
既然需要人工使用者的運作，移動大量的_貼上_就不會特別有效率。
一個值得一提的例外為 dwm 鋪磚式視窗管理器（tiling window manager），其會將匯入標準輸入的資料顯示到狀態列。

一些原本在 Unix 上的圖形使用者介面程式仍會寫錯誤訊息到標準錯誤輸出。
其它可能會從標準輸入取得檔案，如許多 Unix 媒體播放程式。

GTK-Server 可以使用標準輸入為溝通介面，以便互動式程式能理解圖形使用者介面程式。

## 另見

* 重新導向 (電腦)
* 管線 (Unix)
* 字串流
* I/O
* C file input/output

## 參考

* _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 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, Honeywell Corporation, 1981
* Evolution of the MVS Operating System （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, IBM Corporation, 1981
* _Lions' Commentary on UNIX Sixth Edition_, John Lions, ISBN 1-57398-013-7, 1977
* Console Class, .NET Framework Class Library （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, Microsoft Corporation, 2008

## 外部連結

* Standard Output Definition （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） - by The Linux Information Project (LINFO)
* Video tutorial demonstrating stdout and stderr