任何一个学过 C 语言的人都听过标准输入/输出吧，从我们的第一个“Hello World”程序开始，我们就和stdio.h这个头文件结下了不解之缘。std 即是标准的意思，io 即是输入/输出的意思。那么，标准输入/输出到底是什么意思？
在《C 程序设计》（清华大学出版社/谭浩强著第三版）13.1 C 文件概述中有这么一段描述：“以前各章节所用到的输入和输出，都是以终端为对象的，即从终端键盘输入数据，运行结果输出到终端上。从操作系统的角度看，每一个与主机相联的输入输出设备都看作是一个文件。例如，终端键盘是输入文件，显示屏和打印机是输出文件。”
这段话寥寥数字，并没有说清楚什么是输入输出，反而又引入了几个新概念，比如“终端”、“主机”，以及“输入输出设备看作是一个文件”对于初学计算机的人来说都是很难理解的，甚至可能会让一些人理解为键盘即为标准输入，显示器/打印机即为标准输出。
什么是终端
从 1946 年世界上第一台计算机的诞生到今天还差几个月才有 76 年。而个人计算机，大概是上世纪 80 年代起开始被生产出来的，至今也就 40 年。随着科技的快速发展，计算机的价钱已经降到每个人都能买的起的地步，但是在个人电脑还没普及前，计算机还是非常昂贵、非常稀罕的。那时候一台计算机会有很多人共享同一台计算机。
怎么共享的呢，最开始是用一个叫“电传打字机”的设备，每一个需要使用计算机的人都有一台单独的电传打字机，相比昂贵的计算机来说，电传打字机就比较廉价了。下面是一张电传打字机的图片，电传打字机上有键盘作为输入设备，有打印机作为输出设备。在键盘上输入的内容会通过线路传送给真正的计算机，而计算机的输出内容则会通过电传打字机上的打印机打印出来。我们在 C 语言里常用的printf函数“打印”的内容只是显示在了屏幕上，但是如果你是使用的电传打字机连到电脑上，通过电传打字机的键盘运行我们的程序的话，执行结果就会真真正正的“打印”在纸上。
我在写这篇文章的时候，在 B 站上看到一个视频“在30多年前的电传打字机上聊天是怎样一种体验？”。大家可以看一下，非常有意思。可惜公众号文章里是不允许附站外链接，所以我把这个视频的地址做成自动回复了，只需要在本公众号中回复“电传打字机”即可获取视频地址。
刚才提到的这个电传打字机就是所谓的“终端”，电传打字机实际上是一个键盘和一个打字机的组合，它自己内部并没有处理器。再后来，随着科技的进步，终端也更高级了，变成了屏幕和键盘，如下图是 DEC 公司生产的 VT05 型号的终端。
而现在，个人电脑已经普及，甚至我们现在使用的手机的计算能力都超过当年所谓的大型机，终端这种设备也早已退出历史舞台。现在我们可以广泛的把终端理解为输入设备和输出设备的组合。不过，其实现在的电脑里也依然还有“终端”这个东西，只不过它从一个物理设备变成了一个虚拟程序，这就是我们系统中的命令行窗口了（目前 macOS 上的命令行程序的名称还是叫“终端”）。
另外，我们在 C 语言的一些章节还经常看到“控制台”这个词，这又是什么鬼呢？在早期的大型机上，确实会配一个工作台，上面有显示器，有键盘，会有一个管理员坐在这个工作台上对计算机进行管理，控制台也是一个终端，只不过到如今，终端和控制台都从看得见的物理设备变成了看不见的虚拟程序。
标准输入输出
终端和主机的概念能理解了，那“从操作系统的角度看，每一个与主机相联的输入输出设备都看作是一个文件。例如，终端键盘是输入文件，显示器和打印机是输出文件。”也就好理解了。不管你是通过“电传打字机”还是通过“带屏幕的终端”在使用计算机，对于操作系统来说是没有区别的。如果你使用的终端的输出设备是显示器，那么通过printf打印出来的字符会显示在显示器上，如果你使用的终端的输出设备为“打字机”，那么通过printf打印的字符便会被打字机打印在纸上。显示器和打印机在操作系统上都是一个文件，并且这个文件是“可写”的，操作系统只需要往这个文件中写入内容，电传打字机和屏幕自动就会打印或显示内容了；同理，输入设备在操作系统上也是一个文件，但这个文件是只读的，操作系统通过读取文件的操作来获取我们通过键盘输入的内容。
讲了够多和 C 语言无关的东西了，现在终于可以回到 C 语言的标准输入输出了。打开stdio.h文件，可以找到三个宏定义：
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extern FILE *__stdinp;
extern FILE *__stdoutp;
extern FILE *__stderrp;
// ...
#define stdin __stdinp
#define stdout __stdoutp
#define stderr __stderrp
stdin、stdout、stderr 分别就是标准输入、标准输出、标准错误，我们可以看到这三个定义都是FILE *文件类型的。默认情况下，stdin 会绑定到终端的输入设备（键盘）上；stdout、stderr 会绑定到终端的输出设备上，也就是在命令行窗口输出。
输入、输出重定向
既然对于操作系统来说，输入输出设备都是文件，那么当然用普通的文件作为输入输出设备也是可以的，这就是输入、输出重定向。
输入重定向
举个例子，比如我们写了一个“算命”程序，这个程序通过scanf从标准输入读取一个人的姓名、性别、出生年月日等信息，再结合《易经》中的讲的宇宙规律计算出这个人的“吉凶祸福”。我们可以再做一个问卷调查网页用来收集用户的信息，当一个用户提交了自己的信息后，你当然可以手动通过键盘再把他的信息输入到我们的程序中，前提是你需要时时刻刻等着，一有用户提交信息，你就手动运行一次算命程序，即使这样，当用户数量达到一定数量时，你敲键盘的速度就跟不上了。记住：作为一个程序员，能让计算机解决的问题，绝不自己动手，包括敲键盘。
不然怎么办呢？我们可以把用户提交的数据保存到一个文件里，然后把标准输入重定向为这个文件。比如，一个叫张三的用户的信息到一个名为 zhangsan.txt 的文件中，文件内容如下：
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张三 男 2000 01 01
我们的代码如下：
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#include <stdio.h>
int main() {
char name[9], gender[3];
int year, month, day;
scanf("%s %s %4d %2d %2d", name, gender, &year, &month, &day);
// 根据易经计算命运的代码省略
printf("姓名：%s 性别：%s 年龄：%d \n运势：略\n", name, gender, 2022-year);
return 0;
}
程序调用及输出如下：
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$ ./yijing < zhangsan.txt
姓名：张三 性别：男 年龄：22
运势：略
yijing 是我们这个程序编译后可执行程序的文件名，<在这里代表输入重定向，它的作用是把zhangsan.txt这个文件的内容作为标准输入，这样对于我们的程序来说，标准输入就变成了zhangsan.txt，而不再是键盘了。
输出重定向
标准输出有两个，一个是 stdout，一个是 stderr。那么有个问题，为什么要有两个，一个不就行了吗？只有一个当然可以，但是你想象一个场景，我们写了一个程序，我们这个程序在运行的过程中会打印一些内容（打印的东西也叫日志），这些日志中既有正常运行时打印的运行日志，也有程序在遇到问题时打印的错误日志，这些日志都混在一个标准输出中。当程序产生错误时，我们打开“标准输出”，在其中查找致使程序产生错误的原因，发现标准输出中绝大部分日志内容都是正常运行产生的日志，只有极少是错误日志。但是只有错误日志对帮我们查找错误原因有帮助，如果我们的程序是7*24小时运行的（例如服务器程序），在里面找错误日志无异于大海捞针。
所以，我们要把正常运行时的打印和产生错误时的打印分开，这就是为什么要有 stderr 的原因。那么，我们该怎么往 stderr 里输出内容呢？前面讲过 stderr 是文件类型的，所以和向文件中输出内容是一样的，stdio.h中声明的可以输出到标准错误的函数：
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fprintf(stderr, "%s", "除数不能为 0。"); // 此函数用法类似于 printf
perror("除数不能为 0。");
用上面这两个函数都可以输出内容到 stderr，当然其他文件输出函数也是可以的。
默认情况下，stdout 和 stderr 都是终端的输出设备，也就是输出到命令行窗口显示。在很多情况下，我们是不希望将输出内容显示到命令行窗口上的，比如我们的程序是定时执行的（操作系统允许设置定时任务来定时执行一些程序），到了指定时间后，操作系统自动运行我们的程序，如果程序运行时，我们不在电脑跟前，那就看不到程序输出的内容。比如，我们的程序很长时间，我们不可能时时刻刻盯着终端的输出。这些情况下，我们就用到了输出重定向，输出重定向可以把 stdout 和 stderr 重定向到文件中，这样通过printf等函数打印的内容就不是显示在屏幕上了，而是保存在我们指定的文件中。
还是写个示例：
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#include <stdio.h>
int main() {
printf("正常运行产生的日志内容\n");
fprintf(stderr, "程序遇到问题输出的日志内容\n");
return 0;
}
这个程序编译后的可执行文件命名为 demo，以下是运行 demo 程序的命令：
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./demo 1>demo.log 2>error.log
1>demo.log代表把 stdout 重定向到名为demo.log的文件中，2>error.log代表把 stderr 重定向到名为error.log的文件中。其中的 1 和 2 分别代表 stdout 和 stderr，>代表输出重定向，运行这个程序后，如果当前目录没有名为 demo.log 和 error.log 的文件则会自动创建，如果当前目录下这两个文件已存在，文件中原来的内容则会被覆盖。运行程序后，demo.log 文件的内容为：
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正常运行产生的日志内容
error.log 文件的内容为：
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程序遇到问题输出的日志内容
好了，这一期就讲到这里，这好像是到目前为止最长的一篇，能看完的都是真爱粉了。感谢关注，后续我也会继续努力通过本公众号向大家输出更多的干货。
下期预告：什么是头文件？