【Linux】自定义shell的编写
📝前言：
这篇文章我们来讲讲==【Linux】简单自定义shell的编写==，通过这个简单的模拟实现，进一步感受shell的工作原理。
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目录
- 一，要实现的基本功能
- 二，打印命令行提示符
- （1）获取环境变量
- 对应接口 / 函数用法
- 实现
- （2）格式化打印提示符
- 对应接口 / 函数用法
- 实现
- 三，读取用户命令
- 对应接口 / 函数用法
- 实现
- 四，分析命令
- 用到的全局变量
- 对应接口 / 函数用法
- 实现
- 五，处理命令
- 对应接口 / 函数用法
- 实现
- 六，内建命令
- （1）cd
- 全局变量
- 对应接口 / 函数用法
- 实现
- （2）echo
- 实现
- （3）判断内建并调用
- 七，模拟导入环境变量
- 全局变量
- 对应接口 / 函数用法
- 实现
- 八，完整实现代码
一，要实现的基本功能
- 打印命令行提示符
- 读取用户输入命令
- 分析命令，得到命令行参数表
- 处理内建命令
- 处理命令
以及补充的：
- 加载环境变量和 更新环境变量（在
cd后更新环境变量）
下面我们分别对这些功能的实现进行讲解
二，打印命令行提示符
先看系统的shell的命令行提示符
格式：USERNAME@主机名:工作路径$
为了区分，我们计划实现的格式为：USERNAME@主机名:工作路径#
（1）获取环境变量
我们可以通过getenv来获取环境变量一下是对应关系
USERNAME：环境变量USER工作路径：环境变量PWD主机名：环境变量HOSTNAME（但是我的电脑上getenv(HOSTNAME)拿不到，所以我用库函数：gethostname）
对应接口 / 函数用法
- getenv：
- 头文件：
- 用法：
getenv(变量名) - 返回值：
- 成功：对应的字符串指针
- 失败：
NULL
- 头文件：
- gethostname：
- 头文件：
- 用法：
gethostname(char *name, size_t len)name：字符指针，指向用来存储获取到的hostname的缓冲区（这缓冲区就是代指一篇空间）len：表示name的大小
- 返回
- 成功：
0 - 失败：
1
- 成功：
- 头文件：
实现
31 const char* GetName()
32 {
33 char* user = getenv("USER");
34 return user == NULL? "None" : user;
35 }
36
37 const char* GetPwd()
38 {
39 // 因为在我们 chdir 改变工作路径以后，shell先获取变化，然后才会更新环境变量
40 char* pwd = getenv("PWD");
41 return pwd == NULL? "None" : pwd;
42 }
43
44 const char* GetHost() {
45 static char hostname[128]; // 这个要设置成全局的，不然不能返回cosnt
46 if (gethostname(hostname, sizeof(hostname)) == 0) {
47 return hostname;
48 }
49 return "None";
50 }
51
52 const char* GetHome()
53 {
54 char* home = getenv("HOME");
55 return home == NULL? "None" : home;
56 }
（2）格式化打印提示符
这里我们用到snprintf，将格式化的数据写入字符串缓冲区。
对应接口 / 函数用法
memset（用来给指定内存设置值）：
- 头文件：
- 用法：
void *memset(void *s, int c, size_t n)s：要操作的内存块的指针c：要设置的值n：要设置的字节数
snprintf：
- 头文件：
- 用法：
int snprintf(char *str, size_t size, const char *format, ...);str：指向字符串缓冲区size：缓冲区的大小format：格式化字符串，就像printf里面的格式化一样
实现
58 void PrintCommandPrompt()
59 {
60 char Prompt[128];
61 memset(Prompt, 0, sizeof(Prompt));
62 snprintf(Prompt, sizeof(Prompt), "%s@%s:%s# ", GetName(), GetHost(), GetPwd());
63 printf("%s", Prompt);
64 }
三，读取用户命令
先看系统的：
我们输入ls -a -l的本质是，把它当做了一个长字符串"ls -a -l"
对应接口 / 函数用法
fgets：
- 头文件：
- 用法：
char *fgets(char *str, int size, FILE *stream);- 从
stream流里面读一行数据到str，遇到空格和不会停止，直到读取完size - 1个字符或者读完 - 读完以后末尾会加
str：用来存储的缓冲区size：缓冲区大小
- 从
实现
66 bool GetCommand(char* buffer, int size) // 获取用户输入的命令
67 {
68 char* s = fgets(buffer, size, stdin); // 当输入内容小于size - 1，有多少读多少，当输入内容大于size - 1，读size - 1个【末尾都加 】
69 if(s == NULL) return false;
70 s[strlen(buffer) - 1] = 0; // 清理
（strlen也会计算
的长度）
71 if(strlen(buffer) == 0) return false;
72 return true;
73 }
四，分析命令
分析命令，就是形成命令行参数表，为后续的调用程序准备
用到的全局变量
11 // 命令行参数表
12 #define MAX_ARGC 128 // 命令行参数个数最大值
13 char* argv[MAX_ARGC]; // 命令行参数表
14 int argc = 0; // 命令行参数实际个数
对应接口 / 函数用法
strtok：
- 用法：
char *strtok(char *str, const char *delim);- 功能说明：把字符串
str按delim进行切割
- 功能说明：把字符串
- 返回值
- 本次有遇到分隔符：把分隔符替换成
- 最后一段字符串后面没有分割符：返回后面的整个字符串
- 当最后一段字符串也切割完了：返回
NULL
- 本次有遇到分隔符：把分隔符替换成
str传参讲究：- 第一次：
str传要分割的字符串 - 第一次后：
str传nullptr
- 第一次：
实现
75 bool CommandParse(char* command) // 得到argv命令行参数表
76 {
77 argc = 0;
78 argv[argc++] = strtok(command, " "); // strtok按字符串将字符切割，把分割字符替换成 ，当没有分隔符的时候返回整个字符串，当最后一个字符串也遍历了，就返回NULL
79 while(bool(argv[argc++] = strtok(nullptr," "))); // 实际 argc 会比参数个数大1
80 argc--;
81 return argc > 0? true: false;
82 }
我们就会得到类似这样的一张参数表：
五，处理命令
命令处理的本质是：调用了ls程序，怎么调用的？
bash进程创建了一个子进程，然后子进程通过程序切换完成调用的
对应接口 / 函数用法
fork和execvp，这两用法就不说了，不懂的可以看：进程控制
实现
94 int Execute()
95 {
96 pid_t ret = fork();
97 if(ret == 0)
98 {
99 execvp(argv[0], argv);
100 exit(1); // 如果没调成功，返回码为 1 代表返回结果不正确
101 }
102 // father
103 // 这里实现 echo $? 功能，修改lastcode
104 int status = 0;
105 pid_t id = waitpid(ret, &status, 0);
106 if(id > 0)
107 {
108 lastcode = WEXITSTATUS(status);
109 }
110 return 0;
111 }
六，内建命令
内建命令需要shell亲自执行，这里我们主要实现cd和echo内建命令的部分功能
（1）cd
主要实现：cd、cd -、cd ~、cd path（path为自己写的路径，并且要确保正确）
思路：
- 得到对应的要改变的路径，然后通过父进程
chdir来改变。在- - 这里不能
fork() + cd，因为如果fork了改变的只是子进程的工作路径，而一个父进程有多个子进程，我们的shell的工作路径还是没有改变，所以这里直接在父进程上chdir
全局变量
25 #define MAX_P 100 // 最长路径长
26 char CWD[MAX_P];
27
28 // 及时更新环境变量PWD
29 char PWD[MAX_P];
30 char OLDPWD[MAX_P];
对应接口 / 函数用法
putenv：
- 头文件：
- 已存在：覆盖，不存在：创建
- 仅修改当前进程及其子进程的环境变量，不会影响父进程或系统全局环境
这里用它是为了，通过直接覆盖的方式，更新环境变量PWD和OLDPWD，因为cd会用到这两个变量
实现
139 bool Cd()
140 {
141 memset(PWD, 0, sizeof(PWD));
142 if(argc == 1)
143 {
144 string home = GetHome();
145 if(home.empty()) return true;
146 snprintf(OLDPWD, sizeof(OLDPWD), "OLDPWD=%s", getcwd(CWD, sizeof(CWD))); // 在更新路径之前记录OLDPWD
147 putenv(OLDPWD);
148 chdir(home.c_str());
149 snprintf(PWD, sizeof(PWD), "PWD=%s", home.c_str());
150 putenv(PWD);
151 }
152 else
153 {
154 string where = argv[1];
155 if(where == "-")
156 {
157 char* oldpwd = getenv("OLDPWD");
158 if(oldpwd == NULL) return true;
159 snprintf(OLDPWD, sizeof(OLDPWD), "OLDPWD=%s", getcwd(CWD, sizeof(CWD))); // 在更新路径之前记录OLDPWD
160 putenv(OLDPWD);
161 chdir(getenv("OLDPWD"));
162 snprintf(PWD, sizeof(PWD), "PWD=%s", oldpwd);
163 putenv(PWD);
164 }
165 else if(where == "~")
166 {
167 string home = GetHome();
168 if(home.empty()) return true;
169 snprintf(OLDPWD, sizeof(OLDPWD), "OLDPWD=%s", getcwd(CWD, sizeof(CWD))); // 在更新路径之前记录OLDPWD
170 putenv(OLDPWD);
171 chdir(home.c_str());
172 snprintf(PWD, sizeof(PWD), "PWD=%s", home.c_str());
173 putenv(PWD);
174 }
175 else
176 {
177 snprintf(OLDPWD, sizeof(OLDPWD), "OLDPWD=%s", getcwd(CWD, sizeof(CWD))); // 在更新路径之前记录OLDPWD
178 putenv(OLDPWD);
179 chdir(where.c_str());
180 snprintf(PWD, sizeof(PWD), "PWD=%s", where.c_str());
181 putenv(PWD);
182 }
183 }
184
185 return true;
186 }
（2）echo
主要实现：echo $?、echo $环境变量名、echo 长字符串
实现
189 bool Echo()
190 {
191 if(argc == 1) return false;
192 string s = argv[1];
193 if(s == "$?")
194 printf("%d
", lastcode);
195 else if(s[0] == '$')
196 {
197 string ss = "";
198 for(int i = 1; i < s.size(); i++)
199 ss += s[i];
200 if(getenv(ss.c_str()))
201 printf("%s
",getenv(ss.c_str()));
202 else return false;
203 }
204 else
205 {
206 string ss = "";
207 int i = 1;
208 while(argv[i])
209 {
210 string tmp = argv[i];
211 ss += tmp + " ";
212 i++;
213 }
214 printf("%s
", ss.c_str());
215 }
216 return true;
217 }
（3）判断内建并调用
220 bool CheckAndExecBuiltin()
221 {
222 string cmd = argv[0];
223 // 识别内建命令
224 if(cmd == "cd")
225 Cd();
226 else if(cmd == "echo")
227 Echo();
228 else
229 {
230 return false;
231 }
232 return true;
233 }
七，模拟导入环境变量
最后我们再加一个模拟导入环境变量，实际上应该是从配置文件导入的，这里我们从系统bash获取了，然后模拟导入
全局变量
19 #define MAX_ENVS 100
20
21 // 全局环境变量表
22 char* env[MAX_ENVS];
23 int env_nums = 0;
对应接口 / 函数用法
strcpy：
char *strcpy(char *dest, const char *src);- 将源字符串
src复制到目标字符串dest中，其中包含字符串结束符' '（是简单的浅拷贝）
实现
113 void InitEnv()
114 {
115 memset(env, 0, sizeof(env));
116 env_nums = 0;
117 extern char** environ;
118
119 // 获取环境变量
120 for(int i = 0; environ[i]; i++)
121 {
122 env[i] = (char*)malloc(strlen(environ[i]) + 1); // 多开一个bit放
123 strcpy(env[i], environ[i]);
124 env_nums++;
125 }
126 env[env_nums++] = (char*)"myvalue=12345";
127 env[env_nums] = NULL;
128
129 // 加载环境变量
130 for(int i = 0; env[i]; i++)
131 {
132 putenv(env[i]); // 这里对于已经存在的环境变量，putenv会更新。
133 }
134 environ = env;
135 // 上面模拟从配置文件加载的过程
136 }
八，完整实现代码
当然，这份实现，还存在者各种各样的问题，主要是用来巩固学习到的知识。
如果想要获取完整代码，可以访问我的Github
🌈我的分享也就到此结束啦🌈
要是我的分享也能对你的学习起到帮助，那简直是太酷啦！
若有不足，还请大家多多指正，我们一起学习交流！
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