自定義Shell命令行解釋器

目錄

1、目標

2、顯示命令提示符

2.1 getenv

2.2 getcwd

2.3 putenv

3、獲取用戶輸入的命令

4、解析命令

5、處理內建命令

6、處理外部命令

7、完整代碼

7.1 myshell.cpp

7.2 Makefile

1、目標

實現一個Linux的myshell，有以下基本的功能。

  1. 顯示命令提示符
  2. 獲取用戶輸入的命令
  3. 解析命令
  4. 處理內建命令
  5. 處理外部命令

myshell有一張命令行參數表和環境變量表(繼承bash的，其實應該要從配置文件中獲取，但比較麻煩)。

2、顯示命令提示符

這里就要了解一下：getenv()，getcwd()，putenv()了。

2.1 getenv

獲取環境變量。

char *getenv(const char *name);

  • 根據環境變量名（如 "PATH"）返回其對應的值（字符串）。

  • 如果變量不存在，返回 NULL。

2.2 getcwd

獲取當前工作路徑。

char *getcwd(char *buf, size_t size);

  • 將當前工作目錄的絕對路徑寫入 buf，并返回 buf。

  • 需確保 buf?足夠大（否則返回 NULL，errno = ERANGE）。

注意：

進程的環境變量表中的PWD，是根據進程的CWD(進程當前的工作路徑，在/proc/pid/下可以看到)，進行更新的。?

2.3 putenv

設置環境變量。

int putenv(char *string);

  • 設置環境變量，格式為 "KEY=VALUE"?的字符串。如果已存在相同的KEY，就覆蓋VALUE。

  • 成功返回 0，失敗返回非零。

注意：

putenv()，傳的是指針，要放在環境變量表里，生命周期要和程序一樣長，所以傳全局變量。

改變這個全局變量，環境變量表中也會改變(當時不太理解，中坑了。)

const char* getUserName()
{const char* USER = getenv("USER");return USER == NULL?"None":USER;
}const char* getHostName()
{const char* HOSTNAME = getenv("HOSTNAME");return HOSTNAME == NULL?"None":HOSTNAME;
}std::string getCwd()
{char cwdenv[1024];char* cwd = getcwd(cwdenv,sizeof(cwdenv));return cwd == NULL? "None":cwdenv; // 因為返回的是局部變量,所以使用string,進行拷貝
}char pwd[1024];
void cmdPrompt()
{std::string path = getCwd();// 更新環境變量PWD,不能putenv局部變量。snprintf(pwd,sizeof(pwd),"PWD=%s",path.c_str());putenv(pwd);if(path.size() != 1) // 不是/根目錄{int index = path.rfind('/');path = path.substr(index+1);}std::cout<<"["<<getUserName()<<"@"<<getHostName()<<" "<<path<<"]"<<"$$";
}

3、獲取用戶輸入的命令

bool getCmd(char cmd[],int size)
{char* s = fgets(cmd,size,stdin);if(s != NULL){int len = strlen(cmd);cmd[len-1] = '\0'; // fgets會讀取'\n',需要處理}return s != NULL;
}

獲取成功，返回true，獲取失敗，返回false。?

4、解析命令

bool parseCmd(char cmd[],char* argv[])
{const char* delim = " ";char* token = strtok(cmd,delim);int i = 0;while(token != NULL){argv[i] = token;token = strtok(NULL,delim);++i;}argv[i] = NULL; // 進程替換,要求以NULL結尾return i != 0;
}
char *strtok(char *str, const char *delim);

  • str：要分割的字符串。第一次調用時傳入原始字符串，后續調用傳入 NULL。

  • delim：包含所有可能分隔符的字符串。

  • 返回分割出的子字符串的指針。如果沒有更多子字符串，則返回 NULL。

  • strtok 會在找到的分隔符位置插入 '\0' 字符，因此會修改原始字符串。

5、處理內建命令

內建命令，需要父進程自己執行(如：cd，需要改變自己的路徑)，或父進程自己執行，效率更高(如：echo)。?

std::string getCwd()
{char cwdenv[1024];char* cwd = getcwd(cwdenv,sizeof(cwdenv));return cwd == NULL? "None":cwdenv; // 因為返回的是局部變量,所以使用string,進行拷貝
}const char* getHome()
{const char* HOME = getenv("HOME");return HOME == NULL?"None":HOME;
}const char* getOldPwd()
{const char* OLDPWD = getenv("OLDPWD");return OLDPWD == NULL?"None":OLDPWD;
}char oldPwd[1024];
void cd(char* argv[])
{ std::string cwdenv = getCwd();if(argv[1] == NULL || strcmp(argv[1],"~") == 0){snprintf(oldPwd,sizeof(oldPwd),"OLDPWD=%s",cwdenv.c_str());putenv(oldPwd); // 更新OLDPWDchdir(getHome());}else if(strcmp(argv[1],"-") == 0){chdir(getOldPwd());snprintf(oldPwd,sizeof(oldPwd),"OLDPWD=%s",cwdenv.c_str());putenv(oldPwd);}else{snprintf(oldPwd,sizeof(oldPwd),"OLDPWD=%s",cwdenv.c_str());putenv(oldPwd); // 更新OLDPWDchdir(argv[1]);}
}int lastExitno = 0;
void echo(char* argv[])
{if(argv[1] == NULL)return;std::string cmd = argv[1];// echo $?// echo $PATH// echo "hello world"if(cmd[0] == '$'){if(cmd.substr(1) == "?"){std::cout<<lastExitno<<std::endl;lastExitno = 0;}else{if(getenv(cmd.substr(1).c_str()))std::cout<<getenv(cmd.substr(1).c_str())<<std::endl;}}else{std::cout<<cmd<<std::endl;}
}bool executeBuiltIn(char* argv[])
{std::string cmd = argv[0];if(cmd == "cd"){cd(argv);return true;}else if(cmd == "echo"){echo(argv);return true;}// ...else{}return false;
}

注意：

    else if(strcmp(argv[1],"-") == 0){chdir(getOldPwd());snprintf(oldPwd,sizeof(oldPwd),"OLDPWD=%s",cwdenv.c_str());putenv(oldPwd);}

如果之前putenv(oldPwd)，傳的是指針，

若先snprintf(oldPwd,sizeof(oldPwd),"OLDPWD=%s",cwdenv.c_str());

那么，環境變量表中的OLDPWD就已經是CWD了，那么chdir(getOldPwd());就出錯了。

6、處理外部命令

外部命令，防止父進程掛了，所以創建子進程，進行程序替換(可執行任意程序)。?

int executeExternal(char* argv[])
{pid_t id = fork();if(id == -1)return 1;if(id == 0){execvp(argv[0],argv);exit(2);}int status = 0;pid_t wid = waitpid(id,&status,0);if(wid == id && WIFEXITED(status)) // 子進程退出,且是正常退出lastExitno = WEXITSTATUS(status);return 0;
}

7、完整代碼

7.1 myshell.cpp

#include <iostream>
#include <stdio.h>
#include <string>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>const char* getUserName()
{const char* USER = getenv("USER");return USER == NULL?"None":USER;
}const char* getHostName()
{const char* HOSTNAME = getenv("HOSTNAME");return HOSTNAME == NULL?"None":HOSTNAME;
}const char* getHome()
{const char* HOME = getenv("HOME");return HOME == NULL?"None":HOME;
}std::string getCwd()
{char cwdenv[1024];char* cwd = getcwd(cwdenv,sizeof(cwdenv));return cwd == NULL? "None":cwdenv; // 因為返回的是局部變量,所以使用string,進行拷貝
}const char* getOldPwd()
{const char* OLDPWD = getenv("OLDPWD");return OLDPWD == NULL?"None":OLDPWD;
}char pwd[1024];
void cmdPrompt()
{std::string path = getCwd();// 更新環境變量PWD,不能putenv局部變量。snprintf(pwd,sizeof(pwd),"PWD=%s",path.c_str());putenv(pwd);if(path.size() != 1) // 不是/根目錄{int index = path.rfind('/');path = path.substr(index+1);}std::cout<<"["<<getUserName()<<"@"<<getHostName()<<" "<<path<<"]"<<"$$";
}bool getCmd(char cmd[],int size)
{char* s = fgets(cmd,size,stdin);if(s != NULL){int len = strlen(cmd);cmd[len-1] = '\0'; // fgets會讀取'\n',需要處理}return s != NULL;
}bool parseCmd(char cmd[],char* argv[])
{const char* delim = " ";char* token = strtok(cmd,delim);int i = 0;while(token != NULL){argv[i] = token;token = strtok(NULL,delim);++i;}argv[i] = NULL; // 進程替換,要求以NULL結尾return i != 0;
}char oldPwd[1024];
void cd(char* argv[])
{ std::string cwdenv = getCwd();if(argv[1] == NULL || strcmp(argv[1],"~") == 0){snprintf(oldPwd,sizeof(oldPwd),"OLDPWD=%s",cwdenv.c_str());putenv(oldPwd); // 更新OLDPWDchdir(getHome());}else if(strcmp(argv[1],"-") == 0){chdir(getOldPwd());snprintf(oldPwd,sizeof(oldPwd),"OLDPWD=%s",cwdenv.c_str());putenv(oldPwd);}else{snprintf(oldPwd,sizeof(oldPwd),"OLDPWD=%s",cwdenv.c_str());putenv(oldPwd); // 更新OLDPWDchdir(argv[1]);}
}int lastExitno = 0;
void echo(char* argv[])
{if(argv[1] == NULL)return;std::string cmd = argv[1];// echo $?// echo $PATH// echo "hello world"if(cmd[0] == '$'){if(cmd.substr(1) == "?"){std::cout<<lastExitno<<std::endl;lastExitno = 0;}else{if(getenv(cmd.substr(1).c_str()))std::cout<<getenv(cmd.substr(1).c_str())<<std::endl;}}else{std::cout<<cmd<<std::endl;}
}bool executeBuiltIn(char* argv[])
{std::string cmd = argv[0];if(cmd == "cd"){cd(argv);return true;}else if(cmd == "echo"){echo(argv);return true;}// ...else{}return false;
}int executeExternal(char* argv[])
{pid_t id = fork();if(id == -1)return 1;if(id == 0){execvp(argv[0],argv);exit(2);}int status = 0;pid_t wid = waitpid(id,&status,0);if(wid == id && WIFEXITED(status)) // 子進程退出,且是正常退出lastExitno = WEXITSTATUS(status);return 0;
}int main()
{while(true){// 命令提示符cmdPrompt();// 獲取用戶輸入命令char cmd[1024] = {0};if(!getCmd(cmd,sizeof(cmd)))continue;// 解析命令char* argv[1024] = {0};if(!parseCmd(cmd,argv))continue;// 內建命令if(executeBuiltIn(argv))continue;// 執行命令executeExternal(argv);}return 0;
}

7.2 Makefile

TARGET := myshell
SRCS := myshell.cpp
SUFFIX := .cpp
OBJS := $(SRCS:$(SUFFIX)=.o)
CC := g++$(TARGET): $(OBJS)$(CC) -o $@ $^%.o: %$(SUFFIX)$(CC) -c $<.PHONY: clean
clean:rm -f $(OBJS) $(TARGET)

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