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 抽象設備 ：它免除了程式須要知道或在意它正與哪個設備溝通。 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（en: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)

標準輸入是指資料（通常是文件）走向程式。程式要求資料傳輸使用讀的運算。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，輸入預期由鍵盤取得。

標準輸入的檔案描述子為 0 （零）。POSIX <unistd.h> 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 （一）。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個輸出串流，典型用於程式輸出錯誤訊息或診斷。它是獨立於標準輸出的串流且可以分別導向。通常目的地為終端。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，除非有用到緩衝。（例如，一個常見狀況是，當標準錯誤串流是未使用緩衝，但標準輸出串流是有使用的；在這情況下，如果標準輸出的緩衝區還沒滿的話，較慢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 則提供類於 Unix 檔案描述子：UNIT=5 用於 stdin 、 UNIT=6 用於 stdout 和 UNIT=0 用於 stderr 。

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

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 。 en: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：

# 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)
)

輸入:	輸出:
3.14159	Number is: +3.142 OR Number is: +3.142!

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（標準錯誤輸）。

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 語言中，標準串流為 System.Console.In （用於 stdin）、System.Console.Out （用於 stdout）和System.Console.Error （用於 stderr）。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() 可以被 System.Console.Out.WriteLine() 所取代）。

注意， System.Console.In, System.Console.Out 和 System.Console.Error 是 System.IO.TextReader (stdin) 和 System.IO.TextWriter (stdout, stderr) 物件，只允許存取底層基於文件的標準串流。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。

// 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;
}

' 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

當使用 System.Diagnostics.Process 類別時，可以使用 StandardInput、StandardOutput 和 StandardError 屬性來存取程序的標準串流。

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（en:tiling window manager），其會將導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。

en: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

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, 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

外部連結

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