Linux實(shí)現(xiàn)自主Shell命令行解釋器
更新時間：2025年04月03日 09:55:26 作者：孫同學(xué)_
本文主要介紹了Linux實(shí)現(xiàn)自主Shell命令行解釋器,文中通過示例代碼介紹的非常詳細(xì),對大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價值,需要的朋友們下面隨著小編來一起學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)吧
1. 獲取用戶名的接口
通過環(huán)境變量來獲取
我們需要用到的接口getenv
//獲取用戶名
const char* GetUserName()
{
const char* name = getenv("USER");
return name == NULL ? "None" : name;
}
//獲取主機(jī)名
const char* GetHostName()
{
const char* hostname = getenv("HOSTNAME");
return hostname == NULL ? "None" : hostname;
}
//獲取當(dāng)前路徑
const char* GetPwd()
{
const char* pwd = getenv("PWD");
return pwd == NULL ? "None" : pwd;
}
2. 等待用戶輸入接口
當(dāng)我們沒有輸入時，我們會發(fā)現(xiàn)命令行會卡在這里等待我們輸入
我們也讓我們自己的命令行能等待輸入
我們可以采用fgets以文件形式讀取一行，也可以使用gets讀取一行字符串
我們接下來進(jìn)行C/C++混編的方式，因?yàn)槲覀兒竺鏁玫较到y(tǒng)調(diào)用，而這些系統(tǒng)調(diào)用都是用C寫的，如果我們純用C++來實(shí)現(xiàn)的話可能會要適配某些接口。
我們下來用fgets實(shí)現(xiàn)
效果展示：
我們會發(fā)現(xiàn)最后多了一個空行，這里為什么會多一個空行呢？因?yàn)槲覀冊谳斎胪曜址筮€按了一次回車，我們不想讓它有這一行空行該怎么辦？我們在輸入字符串后后面還會有個\n,比如我們輸入的是"ls -a -l"最后再按一次回車就變成了"ls -a -l \n",我們只需要輸入完之后把最后的\n置為0就好了
效果展示：
??小tips: 這里會不會求出的字符串長度為0，然后再-1發(fā)生越界呢？答案是不會的，因?yàn)槲覀冏詈笾辽龠€要敲一次回車鍵，所以這個字符串的最小長度為1。
3. 將上述代碼進(jìn)行面向?qū)ο笫降姆庋b
我們先認(rèn)識一個新的接口snprintf
//制作命令行提示符
void MakeCommandline(char com_prompt[], int size)
{
snprintf(com_prompt, size, FORMAT, GetUserName(), GetHostName(), GetPwd());//我們想讓"[%s@%s %s]# "以后能隨便調(diào)整，所以我們define一下
}
//打印命令行提示符
void PrintCommandline()
{
char prompt[COMMAND_SIZE];
MakeCommandline(prompt, sizeof(prompt));//先制作
printf("%s", prompt);//再打印
fflush(stdout);
}
//獲取用戶輸入
bool GetCommandline(char* out, int size)
{
//"ls -a -l "=>"ls -a -l \n"
const char* c = fgets(out, size, stdin);//從標(biāo)準(zhǔn)輸入里獲取，放到out當(dāng)中
if (c == NULL) return 1;
out[strlen(out) - 1] = 0;//清理\n
if (strlen(out) == 0) return false; //對于我們用戶來說，有可能獲取到的字符串的長度為0，為0直接return false
return true; //否則return true
}
int main()
{
//printf("[%s@%s %s]# ",GetUserName(),GetHostName(),GetPwd());
//1. 打印命令行提示符
PrintCommandline();
//2.獲取用戶輸入
char commandline[COMMAND_SIZE];//定義一個數(shù)組
if (GetCommandline(commandline, sizeof(commandline)))//如果獲取成功
{
printf("echo %s\n", commandline);//回顯一下我們輸入的內(nèi)容，用作測試
}
return 0;
}
我們在shell中可以一直輸入，我們的程序輸入一次就結(jié)束了，所以shell永遠(yuǎn)不退出。我們應(yīng)當(dāng)不斷地獲取用戶輸入。
4. 命令行解析
我們在傳字符串的時候不能“ls -a -l”整體傳入，我們要將傳入的字符串進(jìn)行變形，將這一個字符串拆成“ls” "-a" "-l"。而且我們的命令行也不能在shell中直接替換，而要創(chuàng)建子進(jìn)程。我們將字符串切成這樣那么如何快速的找到每一個元素呢？命令行參數(shù)表
將打散的字符串以NULL結(jié)尾放到g_argv[]里面。在這里又來認(rèn)識一個新的接口strtok
這個接口第一次切的時候第一個參數(shù)傳的是要分割的字符串的起始地址，如果要接著切的話第一個參數(shù)就必須傳NULL，當(dāng)切除完畢返回值就為空表示沒有字符串了。
分隔符是const char*所以我們不能傳單引號，而要傳雙引號
//命令行分析
bool CommandParse(char* commandline)
{
#define SEP " "
g_argc = 0; //每次進(jìn)來初始化為0
//"ls -a -l" => "ls" "-a" "-l"
g_argv[g_argc++] = strtok(commandline, SEP);
while (g_argv[g_argc++] = strtok(nullptr, SEP));//再次想切的話傳commandline就不對了，再要切歷史字符串就得把它設(shè)為nullptr,再次切的話分隔符依舊是SEP,如果切成了返回的就是下一個字符串的起始地址
//為什么可以這樣切呢？因?yàn)樵俅吻凶执畷r，它一直切一直切最后就會會變成NULL,切成NULL首先會把g_argv數(shù)組置為NULL，符合命令行參數(shù)表的設(shè)定，NULL也會作為while的條件判斷，最后就直接結(jié)束了
//并且g_argc也會統(tǒng)計(jì)出命令行參數(shù)有多少個
g_argc--;//因?yàn)镹ULL也被統(tǒng)計(jì)到了里面
return true;
}
//測試形成的表結(jié)構(gòu)
void PrintArgv()
{
for (int i = 0; i < g_argc; i++)
{
printf("argv[%d]->%s\n", i, g_argv[i]);
}
printf("argc:%d", g_argc);
}
5. 執(zhí)行命令
由于我們當(dāng)前的進(jìn)程還有自己的任務(wù)，所以我們將執(zhí)行命令交給子進(jìn)程來完成，那么就需要程序替換，execvp
//執(zhí)行命令
int Execute()
{
pid_t id = fork();
if (id == 0)
{
//子進(jìn)程
execvp(g_argv[0], g_argv);
exit(1);
}
//父進(jìn)程
pid_t rid = waitpid(id, nullptr, 0);
return 0;
}
6. 路徑切割
系統(tǒng)的路徑名只有一個，我們自己寫的會跟一長串
所以我們對路徑進(jìn)行切割。 C++中有個命令rfind從后向前找，substr截字符串
//路徑切割
std::string DirName(const char* pwd)
{
#define SLASH "/"
std::string dir = pwd;
if (dir == SLASH) return SLASH;
auto pos = dir.rfind(SLASH);
if (pos == std::string::npos) return "BUG";//這里表示沒有找到/
return dir.substr(pos + 1);
}
7. 解決cd命令路徑不變
到目前我們會發(fā)現(xiàn)我們執(zhí)行cd命令時路徑不發(fā)生改變，因?yàn)槟壳八械拿疃际亲舆M(jìn)程執(zhí)行的，子進(jìn)程改變路徑時改的是自己的pwd，父進(jìn)程bash的環(huán)境變量并沒有改變，我們真正要改的是父進(jìn)程的路徑，因?yàn)榘迅高M(jìn)程的路徑改了往后再創(chuàng)建子進(jìn)程所有的子進(jìn)程就會在新的路徑下執(zhí)行，因?yàn)樗械淖舆M(jìn)程的PCB都是拷貝父進(jìn)程的PCB,因此cd這樣的命令不能讓子進(jìn)程去執(zhí)行，而要讓父進(jìn)程親自執(zhí)行，這種命令叫做內(nèi)建命令如何讓bash親自去執(zhí)行呢？我們先來認(rèn)識一個新的接口chdir
//處理cd命令
bool cd()
{
if (g_argc == 1) //表明只是cd,沒有帶任何參數(shù)
{
std::string home = GetHome();//將home的路徑拿過來
if (home.empty()) return true;//如果是空就相當(dāng)于環(huán)境變量獲取失敗了
chdir(home.c_str());//走到這里不為空，就把當(dāng)前路徑切換成家路徑了
}
else
{
std::string where = g_argv[1];
//"cd -" / "cd ~"
if (where == "-")
{
}
else if (where == "~")
{
}
else
{
chdir(where.c_str());
}
}
}
//檢測并處理內(nèi)建命令
bool CheckAndExecBuiltin()
{
std::string cmd = g_argv[0];
if (cmd == "cd")//如果是內(nèi)建命令
{
cd();
return true;//是內(nèi)建命令
}
return false;//否則不是內(nèi)建命令
}
8. 解決cd后環(huán)境變量未發(fā)生變化
我們再切換路徑后會發(fā)現(xiàn)路徑變了，但是環(huán)境變量中的路徑并沒有變。原因是路徑發(fā)生變化后環(huán)境變量沒有進(jìn)行刷新，所以我們要將新的路徑更新到環(huán)境變量中。這里我們來認(rèn)識一個系統(tǒng)調(diào)用getcwd，獲取當(dāng)前進(jìn)程的工作路徑。
//獲取當(dāng)前路徑
const char* GetPwd()
{
//const char* pwd = getenv("PWD");
const char* pwd = getcwd(cwd, sizeof(cwd));
if (pwd != NULL)
{
snprintf(cwdenv, sizeof(cwdenv), "PWD=%s", cwd);//獲得環(huán)境變量
putenv(cwdenv);//將環(huán)境變量導(dǎo)給當(dāng)前進(jìn)程
}
return pwd == NULL ? "None" : pwd;
}9. echo命令
echo命令也是內(nèi)建命令，我們可以用它echo "hello"在屏幕上打印,echo $?查看上個進(jìn)程的退出碼，echo $PATH查看環(huán)境變量。
//處理echo命令
void Echo()
{
if (g_argc == 2)//意思是echo后面必須得跟東西
{
//echo "heool world"
//echo $?
//echo $PATH
std::string opt = g_argv[1];
if (opt == "$?")//輸出上一個程序退出的退出碼
{
std::cout << lastcode << std::endl;
lastcode = 0;//lastcode清零
}
else if (opt[0] == '$')//如果第一個字符時是$，那么說明查環(huán)境變量的內(nèi)容了
{
std::string env_name = opt.substr(1);//去掉$后的內(nèi)容就是環(huán)境變量的名字
const char* env_value = getenv(env_name.c_str());
if (env_value)
std::cout << env_value << std::endl;
}
else
{
std::cout << opt << std::endl;
}
}
}
10. 獲取環(huán)境變量
shell啟動時需要從系統(tǒng)中獲取環(huán)境變量,但是我們還做不到從配置文件中讀，今天我們直接從父shell中拿就可以了,我們自己維護(hù)一張環(huán)境變量表，然后將表導(dǎo)進(jìn)環(huán)境變量空間就行。
我們又用到一個接口environ
//初始化環(huán)境變量表
void InitEnv()
{
extern char** environ;//聲明一個環(huán)境變量所對應(yīng)的信息
memset(g_env, 0, sizeof(g_env));//將表中的信息全部置為0
g_envs = 0;
//本來要從配合文件中來
//今天從父shell中來
//1. 獲取環(huán)境變量
for (int i = 0; environ[i]; i++)
{
g_env[i] = (char*)malloc(strlen(environ[i]) + 1);
//1.2拷貝
strcpy(g_env[i], environ[i]);//把父進(jìn)程環(huán)境變量里的值拷貝給g_env
g_envs++;
}
g_env[g_envs] = NULL;
//2.導(dǎo)入環(huán)境變量
for (int i = 0; g_env[i]; i++)
{
putenv(g_env[i]);
}
environ = g_env;
//3.clean清理
}
11. 總結(jié)
用下圖的時間軸來表示事件的發(fā)生次序。其中時間從左向右。shell由標(biāo)識為sh的方塊代表，它隨著時間的流逝從左向右移動。shell從用戶讀入字符串"ls"。shell建立一個新的進(jìn)程，然后在那個進(jìn)程中運(yùn)行ls程序并等待那個進(jìn)程結(jié)束。
然后shell讀取新的一行輸入，建立一個新的進(jìn)程，在這個進(jìn)程中運(yùn)行程序并等待這個進(jìn)程結(jié)束。所以要寫一個shell，需要循環(huán)以下過程:
- 獲取命令行
- 解析命令行
- 建立?個子進(jìn)程（fork）
- 替換子進(jìn)程（execvp）
- 父進(jìn)程等待子進(jìn)程退出（wait）
12.代碼實(shí)現(xiàn)
#include<iostream>
#include<cstdio>
#include<cstring>
#include<cstdlib>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>
#include<unordered_map>
#define COMMAND_SIZE 1024
#define FORMAT "[%s@%s %s]# "
#define MAXARGC 128
//命令行參數(shù)表
char* g_argv[MAXARGC];//全局的命令行參數(shù)表
int g_argc = 0;
//環(huán)境變量表
#define MAX_ENVS 100
char* g_env[MAX_ENVS];//正常情況下shell啟動時應(yīng)該從配置文件中讀取環(huán)境變量來填充這張環(huán)境變量表，也就是說當(dāng)shell啟動時就應(yīng)該拿環(huán)境變量表來初始化它
int g_envs = 0;//環(huán)境變量的個數(shù)
//別名映射表
std::unordered_map<std::string,std::string> alias_list;
//定義一個cwd
char cwd[1024];
char cwdenv[1024];//當(dāng)前工作路徑的env
//最新程序的退出碼 last exit cide
int lastcode = 0;
//獲取用戶名
const char* GetUserName()
{
const char* name = getenv("USER");
return name == NULL ? "None" : name;
}
//獲取主機(jī)名
const char* GetHostName()
{
const char* hostname = getenv("HOSTNAME");
return hostname == NULL ? "None" : hostname;
}
//獲取當(dāng)前路徑
const char* GetPwd()
{
//const char* pwd = getenv("PWD");
const char* pwd = getcwd(cwd,sizeof(cwd));
if(pwd != NULL)
{
snprintf(cwdenv, sizeof(cwdenv), "PWD=%s", cwd);//獲得環(huán)境變量
putenv(cwdenv);//將環(huán)境變量導(dǎo)給當(dāng)前進(jìn)程
}
return pwd == NULL ? "None" : pwd;
}
//獲取家目錄
const char* GetHome()
{
const char* home = getenv("HOME");
return home == NULL ? "" : home;
}
//初始化環(huán)境變量表
void InitEnv()
{
extern char** environ;//聲明一個環(huán)境變量所對應(yīng)的信息
memset(g_env, 0, sizeof(g_env));//將表中的信息全部置為0
g_envs = 0;
//本來要從配合文件中來
//今天從父shell中來
//1. 獲取環(huán)境變量
for(int i = 0;environ[i];i++)
{
//1.1申請空間
g_env[i] = (char*)malloc(strlen(environ[i])+1);
//1.2拷貝
strcpy(g_env[i],environ[i]);//把父進(jìn)程環(huán)境變量里的值拷貝給g_env
g_envs++;
}
g_env[g_envs] = NULL;
//2.導(dǎo)入環(huán)境變量
for(int i = 0;g_env[i];i++)
{
putenv(g_env[i]);
}
environ = g_env;
//3.clean清理
}
//處理cd命令
bool cd()
{
if(g_argc == 1) //表明只是cd,沒有帶任何參數(shù)
{
std::string home = GetHome();//將home的路徑拿過來
if(home.empty()) return true;//如果是空就相當(dāng)于環(huán)境變量獲取失敗了
chdir(home.c_str());//走到這里不為空，就把當(dāng)前路徑切換成家路徑了
}
else
{
std::string where = g_argv[1];
//"cd -" / "cd ~"
if(where == "-")
{
}
else if(where == "~")
{
}
else
{
chdir(where.c_str());
}
}
return true;
}
//處理echo命令
void Echo()
{
if(g_argc == 2)//意思是echo后面必須得跟東西
{
//echo "heool world"
//echo $?
//echo $PATH
std::string opt = g_argv[1];
if(opt == "$?")//輸出上一個程序退出的退出碼
{
std::cout << lastcode <<std::endl;
lastcode = 0;//lastcode清零
}
else if(opt[0] == '$')//如果第一個字符時是$，那么說明查環(huán)境變量的內(nèi)容了
{
std::string env_name = opt.substr(1);//去掉$后的內(nèi)容就是環(huán)境變量的名字
const char* env_value = getenv(env_name.c_str());
if(env_value)
std::cout << env_value << std::endl;
}
else
{
std::cout << opt << std::endl;
}
}
}
//路徑切割
std::string DirName(const char* pwd)
{
#define SLASH "/"
std::string dir = pwd;
if(dir == SLASH) return SLASH;
auto pos = dir.rfind(SLASH);
if(pos == std::string::npos) return "BUG";//這里表示沒有找到/
return dir.substr(pos+1);
}
//制作命令行提示符
void MakeCommandline(char com_prompt[],int size)
{
//snprintf(com_prompt, size, FORMAT,GetUserName(),GetHostName(),GetPwd());//我們想讓"[%s@%s %s]# "以后能隨便調(diào)整，所以我們define一下
snprintf(com_prompt, size, FORMAT,GetUserName(),GetHostName(),DirName(GetPwd()).c_str());//我們想讓"[%s@%s %s]# "以后能隨便調(diào)整，所以我們define一下
}
//打印命令行提示符
void PrintCommandline()
{
char prompt[COMMAND_SIZE];
MakeCommandline(prompt,sizeof(prompt));//先制作
printf("%s",prompt);//再打印
fflush(stdout);
}
//獲取用戶輸入
bool GetCommandline(char* out,int size)
{
//"ls -a -l "=>"ls -a -l \n"
const char *c = fgets(out,size,stdin);//從標(biāo)準(zhǔn)輸入里獲取，放到out當(dāng)中
if(c == NULL) return 1;
out[strlen(out)-1] = 0;//清理\n
if(strlen(out) == 0) return false; //對于我們用戶來說，有可能獲取到的字符串的長度為0，為0直接return false
return true; //否則return true
}
//命令行分析
bool CommandParse(char* commandline)
{
#define SEP " "
g_argc = 0; //每次進(jìn)來初始化為0
//"ls -a -l" => "ls" "-a" "-l"
g_argv[g_argc++] = strtok(commandline,SEP);
while((bool)(g_argv[g_argc++] = strtok(nullptr,SEP)));//再次想切的話傳commandline就不對了，再要切歷史字符串就得把它設(shè)為nullptr,再次切的話分隔符依舊是SEP,如果切成了返回的就是下一個字符串的起始地址
//為什么可以這樣切呢？因?yàn)樵俅吻凶执畷r，它一直切一直切最后就會會變成NULL,切成NULL首先會把g_argv數(shù)組置為NULL，符合命令行參數(shù)表的設(shè)定，NULL也會作為while的條件判斷，最后就直接結(jié)束了
//并且g_argc也會統(tǒng)計(jì)出命令行參數(shù)有多少個
g_argc--;//因?yàn)镹ULL也被統(tǒng)計(jì)到了里面
return g_argc > 0 ? true : false;
}
//測試形成的表結(jié)構(gòu)
void PrintArgv()
{
for(int i = 0;i < g_argc; i++)
{
printf("argv[%d]->%s\n",i,g_argv[i]);
}
printf("argc:%d\n",g_argc);
}
//檢測并處理內(nèi)建命令
bool CheckAndExecBuiltin()
{
std::string cmd = g_argv[0];
if(cmd == "cd")//如果是內(nèi)建命令
{
cd();
return true;//是內(nèi)建命令
}
else if(cmd == "echo")
{
Echo();
return true;//內(nèi)建命令執(zhí)行完后return true
}
else if(cmd == "export")
{
}
else if(cmd == "alias")//說明是一個別名
{
//std::string nickname = g_argv[1];
// alisa_list.insert(k,v);
}
return false;//否則不是內(nèi)建命令
}
//執(zhí)行命令
int Execute()
{
pid_t id = fork();
if(id == 0)
{
//子進(jìn)程
execvp(g_argv[0],g_argv);
exit(1);
}
int status = 0;//退出信息
//父進(jìn)程
pid_t rid = waitpid(id, &status, 0);
if(rid > 0) //說明等成功了
{
lastcode = WEXITSTATUS(status);//最后一個進(jìn)程退出的退出碼
}
return 0;
}
int main()
{
//shell啟動時需要從系統(tǒng)中獲取環(huán)境變量
//我們的環(huán)境變量信息應(yīng)該從父shell中統(tǒng)一來
InitEnv();
while(true)
{
//printf("[%s@%s %s]# ",GetUserName(),GetHostName(),GetPwd());
//1. 打印命令行提示符
PrintCommandline();
//2.獲取用戶輸入
char commandline[COMMAND_SIZE];//定義一個數(shù)組
if(!GetCommandline(commandline,sizeof(commandline)))//如果獲取失敗continue重新獲取
continue;
// printf("echo %s\n",commandline);//回顯一下我們輸入的內(nèi)容，用作測試
//3."ls -a -l" -> "ls" "-a" "-l"
//命令行分析
if(!CommandParse(commandline))//分析commandline中的命令行
continue;//只有解析成功后才往下走，否則就繼續(xù)
//PrintArgv();
// 檢查別名 直接將commandline替換成別名
//4.檢測并處理內(nèi)建命令
if(CheckAndExecBuiltin())
continue;//若為內(nèi)建命令就不用創(chuàng)建子進(jìn)程了，由bash親自執(zhí)行
//5. 執(zhí)行命令
Execute();
}
return 0;
}到此這篇關(guān)于Linux實(shí)現(xiàn)自主Shell命令行解釋器的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Shell命令行解釋器內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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