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title: "TTY 中的回车和换行"
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date: 2023-08-29T16:48:34+08:00
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show_comments: true
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description: "在 TTY 中，输入时 <CR> 会转换为 <LF>，输出时 <LF> 会转换为 <CR><LF>"
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常说 Linux 下换行符为 `<LF>` 而 Windows 下换行符为 `<CR><LF>`，即便是 Linux 下，TTY 也有对于换行符的额外处理。
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<!--more-->
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在上个世纪，TTY 所模拟的物理终端，其原型打字机，是真的有回车和换行两个按键的，所以在 TTY 输出时，即便本应使用 `<LF>` 作为换行符，也为了模拟打字机的逻辑，将换行符输出为 `<CR><LF>`。回车和换行的行为可以简单总结为以下。
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| | `<CR>` | `<LF>` |
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|:---:|:---:|:---:|
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| 常用转义表示 | `\r` | `\n` |
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| 常用名称 | Carriage Return / 回车 | Newline / Linefeed / 换行 |
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| ASCII 序号 | 0x0D | 0x0A |
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| 其他输入方式 | Ctrl + M | Ctrl + J |
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对于 `<CR>` 的输入，使用键盘的 Enter 键即可，也可以使用 Ctrl + M 输入，但是对于 `<LF>` ，由于键盘上不再有这个键，所以只能使用 Ctrl + J 输入。
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Linux Kernal 的 Terminal Driver 工作在 canonical（也叫 cooked）模式下，**此模式会在输入时将 `<CR>` 转换为 `<LF>`，在输出时将 `<LF>` 转换为 `<CR><LF>` 。**
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## 感受这个现象
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首先创建一个交互式程序 interactive.sh ，它只询问谁在这里，并打一个招呼：
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```bash
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#!/usr/bin/env bash
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# with name interactive.sh
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echo "Who's here?"
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echo -n "> "
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read name
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echo "Oh hello, $name"
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```
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然后创建一个 expect 脚本 interactive.exp，用来代替人工和刚刚的交互式程序进行交互，它会启动该交互程序，并在交互式程序输出“Who's here”的时候输入“Normal User\n”，最后在交互式程序退出时结束：
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```
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#!/usr/bin/expect -f
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# exp_internal 1 # Uncomment this for debug output
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spawn "./interactive.sh"
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expect {
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"Who's here?\r" { # Must end with "\r" or "\r\n" or neither
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exp_send "Normal User\n" ; # Can end with either "\r" or "\n"
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exp_continue;
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}
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eof
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}
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```
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在 expect 脚本中，在期望“Who's here?”的输出时，如果要匹配换行符，则需要使用 `\r` 或 `\r\n` 来匹配部分或全部换行符，如果启用 interactive.exp 中的 debug 输出，你将能够看到下面这样一行，进而得知实际进行匹配的文本是 `Who's here?\r\n> `，对于这个换行符为 `\r\n` 的文本自然也只能用 `\r` 或 `\r\n` 来匹配。
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```
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expect: does "Who's here?\r\n> " (spawn_id exp4) match glob pattern "Who's here?\r"? yes
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```
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### TTY 转换换行符在 interactive.exp 中的体现
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匹配 interactive.sh 的输出时，反直觉的一点就是不能够使用 `\n` 来匹配换行符，推测是因为 expect 虚拟化了一个终端但是没有进行针对换行符的处理，再加上 TTY 在输出时将 `\n` 转换为 `\r\n`（interactive.sh 输出的换行符是 `\n`，这里不再详细考证），于是 expect 就接收到了 `\r\n`，在脚本中也只能使用 `\r\n` 来匹配。
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而在向 interactive.sh 提供输入内容时，换行符的输入可以任意使用 `\r` 或 `\n`，是因为 TTY 在输入时将 `\r` 转换为 `\n`，所以无论如何最后输入给程序的一定是 `\n`，再加上 bash 的 `read` 的默的 dlimiter 是 `$IFS` 即 ` \t\n`（空格、制表、换行），所以能够被 read 正确识别到 `\n` 作为终止符，进而读取到 `Normal User` 的字符串。
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## 参考
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1. <https://stackoverflow.com/questions/26187170/difference-between-n-and-r-in-expect>
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2. <https://superuser.com/questions/714078/wrong-newline-character-over-serial-port-cr-instead-of-lf>
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3. <https://en.wikipedia.org/wiki/Newline>
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4. <https://en.wikipedia.org/wiki/Carriage_return>
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