Bash {varname} 文件描述符重定向详解
背景：传统文件描述符重定向
FD 基础：标准三路
每个进程启动时默认持有三个文件描述符：
| FD 编号 | 名称 | 默认指向 |
|---|---|---|
| 0 | stdin | 终端输入 |
| 1 | stdout | 终端输出 |
| 2 | stderr | 终端输出 |
典型用法：ls > dirlist 2>&1
ls > dirlist 2>&1
# ───────── ────
# ① ②
这条命令把 ls 的 stdout 和 stderr 都写入文件 dirlist，终端看不到任何输出。
重定向从左到右依次执行
初始状态：
FD 1 ──► 终端
FD 2 ──► 终端
第 1 步，处理 > dirlist（即 1>dirlist）：
FD 1 ──► dirlist 文件
FD 2 ──► 终端 ← 还没动
第 2 步，处理 2>&1（把 FD 2 复制为 FD 1 的当前值）：
FD 1 ──► dirlist 文件
FD 2 ──► dirlist 文件 ← 指向同一文件
2>&1的语义是拍快照，不是建链接——复制的是"此刻 FD 1 指向哪里"， 之后 FD 1 再变化，FD 2 不跟着变。
经典陷阱：顺序写反
ls 2>&1 > dirlist # ⚠ 意图相同，结果不同
第 1 步，处理 2>&1（此时 FD 1 还指向终端）：
FD 1 ──► 终端
FD 2 ──► 终端 ← 复制的是终端，不是文件
第 2 步，处理 > dirlist：
FD 1 ──► dirlist 文件
FD 2 ──► 终端 ← 已固定，不跟着变
结果：stdout 进文件，stderr 仍然打印到终端。
现代等价写法（bash 4+）
ls &> dirlist # 等价，更简洁
ls >& dirlist # 同上
这两种写法由 bash 保证"两路同时重定向"，不存在顺序问题。
硬编码 FD 的局限
在 bash 中，重定向操作符前可以加一个 FD 编号：
# 明确指定 FD 3 写文件
exec 3>output.txt
echo "hello" >&3
exec 3>&- # 关闭 FD 3
这种方式的问题：
- FD 编号硬编码：你得自己选 3、4、5……，容易与子进程或系统已用的 FD 冲突
- 可读性差：
>&5不知道这个 5 代表什么 - 必须用 exec：开文件、持久化 FD 必须靠
exec
{varname} 语法
Bash 4.1 引入了一种新写法，把 FD 编号替换成 {变量名}：
{varname}>file
{varname}<file
{varname}>>file
{varname}<>file
{varname}>&- # 关闭（用 $varname 存储的 FD 编号）
{varname}<&- # 关闭（输入侧）
核心行为
| 情况 | 行为 |
|---|---|
{var}>file（非关闭类操作符） | bash 自动分配一个 ≥ 10 的空闲 FD，并将其编号写入变量 var |
{var}>&- 或 {var}<&- | 关闭 $var 所存编号对应的 FD |
| FD 生命周期 | 持久到当前 shell，不随命令结束而关闭 |
关键一句话来自手册：
If
{varname}is supplied, the redirection persists beyond the scope of the command.
也就是说：cmd {fd}>file 执行结束后，$fd 仍有效，文件仍然打开。
varredir_close shopt 选项
shopt -s varredir_close # 开启：命令结束后自动关闭 {var} 分配的 FD
shopt -u varredir_close # 关闭（默认）：FD 持久，需手动关闭
默认是 关闭，即手动管理 FD 生命周期。 开启后行为更接近普通重定向（命令结束 FD 随之关闭）。
实际使用示例
示例 1：最简单的用法——打开文件、写入、关闭
#!/usr/bin/env bash
set -e
# 打开文件，bash 自动分配 FD，编号存入 $logfd
exec {logfd}>my.log
echo "第一行日志" >&$logfd
echo "第二行日志" >&$logfd
# 关闭——注意不能写 exec {logfd}>&-，而是
exec {logfd}>&-
cat my.log
输出：
第一行日志
第二行日志
示例 2：无需 exec 也能持久化（命令级重定向）
# 不用 exec，直接在命令上打开，FD 依然持久
echo "initialize" {fd}>data.txt # fd 被赋值，FD 保持打开
echo "second line" >&$fd # 继续写同一文件
echo "third line" >&$fd
exec {fd}>&- # 手动关闭
cat data.txt
示例 3：读文件
exec {inp}<words.txt
while IFS= read -r -u "$inp" line; do
echo "读到: $line"
done
exec {inp}<&-
示例 4：同时管理多个日志文件（避免 FD 编号冲突）
#!/usr/bin/env bash
exec {stdout_log}>stdout.log
exec {stderr_log}>stderr.log
run_task() {
local name=$1
echo "[INFO] Task $name started" >&$stdout_log
echo "[ERROR] Task $name failed" >&$stderr_log
}
run_task "alpha"
run_task "beta"
exec {stdout_log}>&-
exec {stderr_log}>&-
echo "=== stdout.log ===" && cat stdout.log
echo "=== stderr.log ===" && cat stderr.log
示例 5：双向通信（process substitution + {varname}）
#!/usr/bin/env bash
# 用命名管道实现与子进程双向通信
mkfifo /tmp/to_child /tmp/from_child
exec {to_child}>/tmp/to_child
exec {from_child}</tmp/from_child
# 子进程：从管道读命令，写回结果
( while IFS= read -r -u 0 cmd; do
echo "processed: $cmd"
done < /tmp/to_child > /tmp/from_child ) &
# 父进程发送数据
echo "hello" >&$to_child
echo "world" >&$to_child
exec {to_child}>&- # 关闭写端，让子进程 EOF 退出
# 父进程读回结果
while IFS= read -r -u "$from_child" reply; do
echo "reply: $reply"
done
exec {from_child}<&-
wait
rm /tmp/to_child /tmp/from_child
示例 6：利用 varredir_close 自动关闭（作用域内临时 FD）
shopt -s varredir_close
# 只在这条命令期间打开 FD，命令结束自动关闭
awk '{print NR, $0}' {tmpfd}<source.txt # 命令结束后 $tmpfd 对应的 FD 自动关闭
echo "FD 编号是 $tmpfd，但已被自动关闭"
示例 7：将 stderr 重定向到同一个日志文件
exec {log}>app.log
# 把 stderr 也指向同一 FD
exec 2>&$log
echo "这是 stdout，会进 app.log"
echo "这是 stderr" >&2 # 同样进 app.log
exec {log}>&-
exec 2>&1 # 恢复 stderr
对比总结
| 特性 | 传统 3>file | {varname}>file |
|---|---|---|
| FD 编号 | 手动指定，可能冲突 | bash 自动分配 ≥10，不冲突 |
| 代码可读性 | 裸数字，难以理解 | 有语义的变量名 |
| 打开方式 | 必须用 exec 持久化 | 命令级即可持久化 |
| 关闭方式 | exec 3>&- | exec {var}>&- |
| 生命周期控制 | 依赖作用域 | 精确手动控制 |
| 自动关闭 | 不支持 | 可用 varredir_close 开启 |
注意事项
- bash 版本：
{varname}语法需要 bash 4.1+（macOS 默认 bash 3.2 不支持，需安装 brew 版 bash 5.x） - 关闭语法：关闭时写
exec {var}>&-，bash 会读取$var的值来确定要关闭哪个 FD - 不要用
echo {var}>&-：只有exec或独立重定向才能真正关闭 FD；在普通命令上{var}>&-只是关闭那条命令的副本 - 泄漏风险：若关闭前脚本报错退出，FD 会泄漏——可结合
trap清理：exec {fd}>file.logtrap 'exec {fd}>&-' EXIT