从 python 重定向标准输出以进行 C 调用

Question

这是来自here 的后续问题，专门针对其answer。

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我从一个 python 模块调用一个 Hello World 可执行文件，它只是将Hello World 打印到标准输出。我有兴趣将该输出重定向到 python StringIO 并遇到 this 答案，这几乎让我找到了解决方案。

这个答案的关键部分是这段代码：

1. def redirect_stdout():
2.     print "Redirecting stdout"
3.     sys.stdout.flush() # <--- important when redirecting to files
4.     newstdout = os.dup(1)
5.     devnull = os.open('/dev/null', os.O_WRONLY)
6.     os.dup2(devnull, 1)
7.     os.close(devnull)
8.     sys.stdout = os.fdopen(newstdout, 'w')

我还想恢复重定向之前的标准输出。

问题

1. 上面的函数到底发生了什么？
   • dup 和 dup2 在做什么？
   • 什么是/dev/null？
   • 第 8 行在做什么？ (sys.stdout = os.fdopen(newstdout, 'w'))
2. 如何将标准输出存储在 StringIO 对象中？
3. 如何在调用我的 Hello World 程序后恢复标准输出？

我很确定，一旦我得到问题 1 的答案，问题 2 和 3 的答案就会很容易。无论如何，我决定发布它们，以便将问题 1 的答案推向我想去的方向。

Answer 1

有关这些 Python 函数基础的 C 运行时函数，请参阅 manual pages。

基本上，它们将文件描述符复制到一个新的文件描述符（使用dup()）或复制到调用中指定的文件描述符中，使用dup2()。

Answer 2

/dev/null 是一个特殊的设备文件（UNIX 中的一切都是文件！），它像黑洞一样吞噬写入它的所有内容。 dup 复制了一个文件描述符。如果您习惯于 Windows，则 UNIX 中的文件描述符是一个特殊的整数，表示打开的文件，就像 Windows 文件句柄一样。

程序正在打开/dev/null 用于写入（仅），获取它的文件描述符的副本，关闭打开的文件（因为拥有文件描述符足以让 UNIX 写入文件，您不需要保持资源打开），然后将打开的文件分配给sys.stdout。

记住sys 是代表各种系统特定资源的 Python 模块，例如文件系统。因此，在 UNIX 中，sys.stdout 将代表/dev/stdout，即系统STDOUT 流。

所以，总的来说，这段代码让 Python 认为 /dev/null/ 是 STDOUT，所以现在每次你的程序使用 print 语句（Python3 中的函数）写入 STDOUT 时，它就会真的要写信给/dev/null，你永远不会在控制台上看到结果文本。

Answer 3

我在下面写了一些额外的 cmets，它们应该可以更清楚地说明 redirect_stdout 函数内部发生了什么：

def redirect_stdout():
    print "Redirecting stdout"
    sys.stdout.flush() # <--- important when redirecting to files

    # Duplicate stdout (file descriptor 1)
    # to a different file descriptor number
    newstdout = os.dup(1)

    # /dev/null is used just to discard what is being printed
    devnull = os.open('/dev/null', os.O_WRONLY)

    # Duplicate the file descriptor for /dev/null
    # and overwrite the value for stdout (file descriptor 1)
    os.dup2(devnull, 1)

    # Close devnull after duplication (no longer needed)
    os.close(devnull)

    # Use the original stdout to still be able
    # to print to stdout within python
    sys.stdout = os.fdopen(newstdout, 'w')

需要注意的重要一点是，一个进程在启动时会从操作系统获得三个不同的file descriptors：

• 标准输入：0
• 标准输出：1
• 标准错误：2

正如 cmets 中所解释的，上面的代码利用 stdout 的文件描述符和文件描述符复制函数来欺骗 C 代码使用不同的 stdout，同时仍然保持对 python 代码中原始 stdout 的引用能够打印。