使用Golang開發(fā)一個簡易版shell

更新時間：2024年02月28日 09:33:45 作者：波羅學(xué)

這篇文章主要為大家詳細介紹了如何使用Golang開發(fā)一個簡易版shell,文中的示例代碼講解詳細,感興趣的小伙伴可以跟隨小編一起學(xué)習(xí)一下

之前看到 Github 有個 build-your-own-x 的倉庫，覺得挺有意思的，有不少有趣的實現(xiàn)。我就想著多嘗試實現(xiàn)些這樣的小項目，看看不同的領(lǐng)域。一方面提升我的編程能力，另外，也希望能發(fā)現(xiàn)一些不錯的項目。

今天的項目在 build-your-own-x 中也能找到，即 build your own shell。這個項目能幫助學(xué)習(xí) Go 如何進行如 IO 輸入輸出、如何發(fā)起進程調(diào)用等操作。

核心流程

首先，我聲明這是個簡陋的 shell，但能幫助我們更好理解 Shell。它支持如提示符打印、讀取用戶輸入、解析輸入內(nèi)容、執(zhí)行命令，另外還支持開發(fā)內(nèi)建命令。

如下是演示效果：

接下來，我將從零開始一步步復(fù)現(xiàn)我的整個開發(fā)過程。

框架搭建

我從創(chuàng)建一個 Shell 結(jié)構(gòu)體開始，這是整個 shell 程序的核心，它其中包含一個 bufio.Reader 從標準輸入讀取用戶輸入。

type Shell struct {
  reader      *bufio.Reader
}

func NewShell() *Shell {
  return &Shell{
    reader: bufio.NewReader(os.Stdin),
  }
}

如上，通過 NewShell 構(gòu)造函數(shù)創(chuàng)建 Shell 實例。這個函數(shù)返回一個新的 Shell 實例，其中包含了初始化的 bufio.Reader。

為了方便擴展，接下來添加了幾個方法，分別是：

• PrintPrompt用于打印提示符；

• ReadInput用于讀取用戶輸入；

• ParseInput用于解析輸入并分割成命令名和參數(shù)；

• ExecuteCmd用于執(zhí)行命令。

定義如下：

func (s *Shell) PrintPrompt()
func (s *Shell) ReadInput() (string, error)
func (s *Shell) ParseInput(input string) (string, []string)
func (s *Shell) ExecuteCmd(cmdName string, cmdArgs []string) error

它們就是核心流程中最重要的四個方法，都是在 RunAndListen 方法中被調(diào)用，如下所示：

func (s *Shell) RunAndListen() error {
  for {
    s.PrintPrompt()

    input, err := s.ReadInput()
    if err != nil {
      fmt.Fprintln(os.Stderr, err)
      continue
    }

    cmdName, cmdArgs := s.ParseInput(input)

    if err := s.ExecuteCmd(cmdName, cmdArgs); err != nil {
      fmt.Fprintln(os.Stderr, err)
      continue
    }
  }
}

主函數(shù) main 的代碼不復(fù)雜，如下所示：

func main() {
    s := NewShell()
    _ = s.RunAndListen()
}

通過 NewShell 創(chuàng)建 Shell 示例，調(diào)用 RunAndListen 監(jiān)聽用戶輸入即可。

接下來，我開始介紹其中每一步的實現(xiàn)過程。

打印提示符

首先，打印提示符的代碼，非常簡單，如下所示：

func (s *Shell) PrintPrompt() {
  fmt.Print("$ ")
}

單純的打印 $ 作為提示符，更復(fù)雜的場景可以加上路徑提示，如：

[~/demo/shell]$

修改后的代碼如下所示：

func (s *Shell) PrintPrompt() {
  // 獲取當前工作目錄
  cwd, err := os.Getwd()
  if err != nil {
    // 如果無法獲取工作目錄，打印錯誤并使用默認提示符
    fmt.Println("Error getting current directory:", err)
    fmt.Print("$ ")
    return
  }

  // 獲取當前用戶的HOME目錄
  homeDir, err := os.UserHomeDir()
  if err != nil {
    fmt.Println("Error getting home directory:", err)
    fmt.Print("$ ")
    return
  }

  // 如果當前工作目錄以HOME目錄開頭，則用'~'替換掉HOME目錄部分
  if strings.HasPrefix(cwd, homeDir) {
    cwd = strings.Replace(cwd, homeDir, "~", 1)
  }

  // 打印包含當前工作目錄的提示符
  fmt.Printf("[%s]$ ", cwd)
}

這是非常粗糙的拿到目錄并打印出來。

通常 Shell 的提示符是可以自定義，有興趣可以在這里擴展個接口類型，用于不同提示符的格式化實現(xiàn)。

讀取用戶輸入

最簡單的讀取用戶輸入的代碼，代碼如下：

func (s *Shell) ReadInput() (string, error) {
  input, err := s.reader.ReadString('\n')
  if err != nil {
    return "", err
  }

  return input, nil
}

按 \n 分割命令，分割出來的文本可以理解為一次執(zhí)行請求。

但實際情況是在使用 Shell 時，我們會發(fā)現(xiàn)一些特殊符號是要處理，如引號。

例如：

[~/demo/shell]$ echo '
Hello World!
Nice to See you!
'

下面是一個簡化的實現(xiàn)：

func (s *Shell) ReadInput() (string, error) {
  var input []rune
  var inSingleQuote, inDoubleQuote bool

  for {
    r, _, err := s.reader.ReadRune()
    if err != nil {
      return "", err
    }

    // Check for quote toggle
    switch r {
    case '\'':
      inSingleQuote = !inSingleQuote
    case '"':
      inDoubleQuote = !inDoubleQuote
  }

    // Break on newline if not in quotes
    if r == '\n' && !inSingleQuote && !inDoubleQuote {
      break
    }

    input = append(input, r)
  }

  return string(input), nil
}

如上的代碼中，逐一讀取輸入內(nèi)容。程序中，通過判斷當前是處于引號中，保證正確識別用戶輸入。

如果你讀過我之前一篇文章，熟練使用 bufio.Scanner 類型，也可以用它提供的自定義分割規(guī)則的方式，在這個場景下也可以使用。我的完整源碼 goshell 就是基于 Scanner 實現(xiàn)的。

另外，這個輸入不支持刪除，如果我輸出錯了，只能退出重來，也是挺頭疼的。如果要實現(xiàn)，要依賴于其他庫實現(xiàn)。

解析輸入

讀取完成，通過 ParseInput 方法解析成 cmdName 和 cmdArgs，代碼如下：

func (s *Shell) ParseInput(input string) (string, []string) {
  input = strings.TrimSuffix(input, "\n")
  input = strings.TrimSuffix(input, "\r")

  args := strings.Split(input, " ")

  return args[0], args[1:]
}

真正的 Shell 肯定比這個強大的多了。最容易想到的，一次 shell 執(zhí)行請求可能包含多個命令，甚至是 shell 腳本。

太復(fù)雜的能力實現(xiàn)起來太麻煩，我們可以支持一個最簡單的能力，分號分割運行多個命令。

$ cd /; ls

我們修改代碼，支持這個能力。

type CmdRequest struct {
  Name string
  Args []string
}

func (s *Shell) ParseInput(input string) []*CmdRequest {
  subInputs := strings.Split(input, ";")

  cmdRequests := make([]*CmdRequest, 0, len(subInputs))
  for _, subInput := range subInputs {
    subInput = strings.Trim(subInput, " ")
    subInput = strings.TrimSuffix(subInput, "\n")
    subInput = strings.TrimSuffix(subInput, "\r")
    args := strings.Split(subInput, " ")
    cmdRequests = append(cmdRequests, &CmdRequest{Name: args[0], Args: args[1:]})
  }

  return cmdRequests
}

上面代碼里，定義了一個新類型 CmdRequest，它用于保存從用戶輸入解析而來的命令名和命令參數(shù)。

由于修改了 ParseInput 的返回類型，RunAndListen 中的邏輯就要改動了。

如下所示：

for {
  // ...

  cmdRequests := s.ParseInput(input)
  for _, cmdRequest := range cmdRequests {
    cmdName := cmdRequest.Name
    cmdArgs := cmdRequest.Args

    if err := s.ExecuteCmd(cmdName, cmdArgs); err != nil {
      fmt.Fprintln(os.Stderr, err)
      continue
    }
  }
}

到此，通過分號分割多命令也是支持的了。

命令執(zhí)行

最后一步就是執(zhí)行命令了。代碼如下所示：

func (s *Shell) ExecuteCmd(cmdName string, cmdArgs []string) error {
  cmd := exec.Command(cmdName, cmdArgs...)
  cmd.Stderr = os.Stderr
  cmd.Stdout = os.Stdout

  return cmd.Run()
}

我使用的是標準庫 exec 包中的 Command 類型創(chuàng)建一個命令用于執(zhí)行外部命令。

這個命令的標準輸出和標準錯誤都被設(shè)置為當前進程的對應(yīng)輸出，這樣命令的輸出就可以直接顯示給用戶。

最后，通過調(diào)用 cmd.Run() 執(zhí)行該命令即可。

退出功能

在初步測試中，我發(fā)現(xiàn) shell 還不支持退出。為了解決這個問題，我在 RunAndListen 循環(huán)中加入了對 exit 命令的檢查。

for {
  cmdName := cmdRequest.Name
  cmdArgs := cmdRequest.Args

  if cmdName == "exit" {
    return nil
  }

  if err := s.ExecuteCmd(cmdName, cmdArgs); err != nil {
  }
}

如果用戶輸入的是exit，循環(huán)將終止，直接退出 shell。

內(nèi)建命令

現(xiàn)在，如果測試這個代碼，看起來運轉(zhuǎn)一切正常。但如果仔細測試，會發(fā)現(xiàn)它還不支持 cd 的能力。

為什么 cd 不能用？

因為改變當前目錄要修改進程的工作目錄，這種操作不能像其他外部命令那樣通過創(chuàng)建新進程實現(xiàn)。因此，我引入了內(nèi)建命令的實現(xiàn)，并實現(xiàn)第一個內(nèi)建命令了ChangeDirCommand。

首先是搭建一個簡單框架，定義一個接口：

type BuiltinCmder interface {
    Execute(args ...string) error
}

任何實現(xiàn)了這個接口的類型都可以作為內(nèi)建的命令。

在 Shell 類型新建了一個字段，名為 builtinCmds ，修改定義如下：

type Shell struct {
    reader      *bufio.Reader
    builtinCmds map[string]BuiltinCmder
}

并添加了一個方法，名為 RegisterBuiltinCmd：

func (s *Shell) RegisterBuiltinCmd(cmdName string, cmd BuiltinCmder) {
    s.builtinCmds[cmdName] = cmd
}

在 Shell 的 ExecuteCmd 中新增了內(nèi)建命令的執(zhí)行：

func (s *Shell) ExecuteCmd(cmdName string, cmdArgs []string) error {
  if cmd, ok := s.builtinCmds[cmdName]; ok {
    return cmd.Execute(cmdArgs...)
  }

  cmd := exec.Command(cmdName, cmdArgs...)
  // ...
}

現(xiàn)在，只要實現(xiàn) ChangeDirCommand，并在 main 入口函數(shù)注冊這個內(nèi)建就行了。ChangeDirCommand 代碼和入口注冊代碼，如下所示：

type ChangeDirCommand struct{}

func (c *ChangeDirCommand) Execute(args ...string) error {
  if len(args) < 2 {
    return errors.New("Expected path argument")
  }
  return os.Chdir(args[1])
}

func main() {
    s := NewShell()

    s.RegisterBuiltinCmd("cd", &ChangeDirCommand{})

    _ = s.RunAndListen()
}

到此大功搞成，源碼地址：goshell