自定義命令行解釋器shell

一、模塊框架圖

二、實現目標

三、實現原理

四、全局變量?

五、環境變量函數?

六、初始化環境變量表函數

七、輸出命令行提示符模塊

八、提取命令輸入模塊

九、填充命令行參數表模塊

十、檢測并處理內建命令模塊

十一、執行命令模塊

十二、源碼

一、模塊框架圖

二、實現目標

要能處理普通命令
要能處理內建命令
要能幫助我們理解內建命令/本地變量/環境變量這些概念
要能幫助我們理解shell的允許原理

三、實現原理

#?考慮下面這個與shell典型的互動：

[root@localhost epoll]# lsclient.cpp  readme.md  server.cpp  utility.h[root@localhost epoll]# psPID TTY          
TIME CMD3451 pts/0    
3514 pts/0    
00:00:00 bash00:00:00 ps

# ?下圖的時間軸來表?事件的發?次序。其中時間從左向右。shell由標識為sh的?塊代表，它隨著時間的流逝從左向右移動。shell從??讀?字符串"ls"。shell建??個新的進程，然后在那個進程中運?ls程序并等待那個進程結束。

#?然后shell讀取新的??輸?，建??個新的進程，在這個進程中運?程序并等待這個進程結束。

四、全局變量?

我們的shell內部有兩張表命令行參數表和環境變量表
同時我們還要定義一張哈希表方便處理別名
定義兩個數組用來方便處理記錄路徑
lastcode記錄上一次的進程退出碼、
宏定義大小方便開辟數組以及命令行輸出格式

#define COMMAND_SIZE 1024
#define FORMAT "[%s@%s %s]# "// 下面是shell定義的全局數據// 1. 命令行參數表
#define MAXARGC 128
char* g_argv[MAXARGC];
int g_argc = 0;// 2. 環境變量表
#define MAX_ENVS 100
char* g_env[MAX_ENVS];
int g_envs = 0;// 3. 別名映射表
std::unordered_map<std::string, std::string> alias_list;// for test
char cwd[1024];
char cwdenv[1024];// last exit code
int lastcode = 0;

五、環境變量函數?

?環境標量函數直接調用getenv獲取在返回即可
注意GetPWD需要ssnprintf格式化寫入即可
DirName直接從后面查找分割符\ 然后返回之后的字符串即可

const char* GetUserName()
{const char* name = getenv("USER");return name == NULL ? "None" : name;
}const char* GetHostName()
{const char* hostname = getenv("HOSTNAME");return hostname == NULL ? "None" : hostname;
}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);putenv(cwdenv);}return pwd == NULL ? "None" : pwd;
}const char* GetHome()
{const char* home = getenv("HOME");return home == NULL ? "" : home;
}
string DirName(const char* pwd)
{
#define SEP "/"string ret = pwd;int index = ret.rfind(SEP);if (ret == SEP){return SEP;}if (index == string::npos){return "BUG?";}string t = ret.substr(index+1);return t;
}

六、初始化環境變量表函數

直接把enriron指向的環境變量表拷貝到我們的環境變量表里面為了區分我們的shell和系統的我們在末尾添加上haha區分
再讓environ指向我們的環境變量表即可。

void InitEnv()
{extern char** environ;memset(g_env, 0, sizeof(g_env));g_envs = 0;for (int i = 0; environ[i]; i++){g_env[i] = (char*)malloc(strlen(environ[i]) + 1);strcpy(g_env[i], environ[i]);g_envs++;}g_env[g_envs++] = "haha";g_env[g_envs] = NULL;for (int i = 0; g_env[i]; i++){putenv(g_env[i]);cout << g_env[i] << endl;}environ = g_env;
}

七、輸出命令行提示符模塊

先定義一個字符輸出存儲命令行提示符
然后snprintf格式化寫入字符數組中在輸出即可。

void PrintCommandPrompt()
{char cmd_prompt[COMMAND_SIZE];MakeCommandLine(cmd_prompt, sizeof(cmd_prompt));std::cout << cmd_prompt;
}
void MakeCommandLine(char cmd_prompt[], int size)
{snprintf(cmd_prompt, size, FORMAT, GetUserName(), GetHostName(), DirName(GetPwd()).c_str());
}
const char* GetUserName()
{const char* name = getenv("USER");return name == NULL ? "None" : name;
}const char* GetHostName()
{const char* hostname = getenv("HOSTNAME");return hostname == NULL ? "None" : hostname;
}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);putenv(cwdenv);}return pwd == NULL ? "None" : pwd;
}const char* GetHome()
{const char* home = getenv("HOME");return home == NULL ? "" : home;
}
string DirName(const char* pwd)
{
#define SEP "/"string ret = pwd;int index = ret.rfind(SEP);if (ret == SEP){return SEP;}if (index == string::npos){return "BUG?";}string t = ret.substr(index+1);return t;
}

八、提取命令輸入模塊

這里先fgets獲取標準輸入到字符數組中
然后構造字符串刪除erase\0 然后去map中判斷是否為別名
如果是直接把value的值拷貝到數組中即可然后return ture退出
不是別名則把用戶回車的\n字符消除同時如果用戶只回車此時n==0
不做處理返回false 其他返回true;

bool GetCommandLine(char* commandline, int size)
{const char* ret=fgets(commandline, size, stdin);if (ret == NULL){return false;}std::string a = ret;a.erase(a.size() - 1, 1);if (alias_list.count(a)){strcpy(commandline, alias_list[a].c_str());return true;}int n = strlen(commandline);commandline[n - 1] = 0;if (n == 0){return false;}return true;
}

九、填充命令行參數表模塊

先strtok獲取指向第一個空格字符串
while的那個ret不為空時填充g_argv參數表
繼續分割填充,直到找不到空格,說明字符串分割完畢
最后填充在g_argv表最后填充NULL即可
根據g_argv大小判斷是否填充成功成功返回ture 反之返回flase?

bool CommandParse(char* commandline)
{
#define SEP " "g_argc = 0;char* ret = strtok(commandline, SEP);if (ret == NULL){return false;}while (ret){g_argv[g_argc++] = ret;ret = strtok(nullptr, SEP);}g_argv[g_argc] = ret;for (int i = 0; g_argv[i]; i++){cout << g_argv[i] << " ";}cout << endl;return g_argc > 0 ? true : false;
}

十、檢測并處理內建命令模塊

#?先根據g_argv表的第一個命令判斷分流檢測處理

cd命令如果只有cd 那就直接獲取家目錄的環境變量字符串
chdir修改當前命令為家目錄即可
否則直接chdir修改當前目錄的路徑為g_argv[1]
echo命令判斷分流
echo $?直接返回lastcode退出碼再設置wield0即可
echo $xxx 直接獲取xxx的環境變量再輸出即可
echo xxx 直接打印xxx字符串g_argv[1]即可
export命令先判斷是否填寫了要導入的環境變量
沒有直接返回ture不做處理否則直接putenv導入g_argv[1]環境變量即可
alias命令這里只處理不帶命令選項的替換
strtok分割=前后字符串然后存儲到map中即可

bool CheckAndExecBuiltion()
{std::string t = g_argv[0];if (t == "cd"){return Cd();}else if (t == "echo"){return Echo();}else if (t == "export"){return Export();}else if (t == "alias"){cout << "開始替換" << endl;return Alias();}else{return false;}
}
bool Cd()
{std::string t;if (g_argc == 1){t = GetHome();if (t == ""){return true;}chdir(t.c_str());}else{t =g_argv[1];chdir(t.c_str());}return true;
}
bool Echo()
{std::string t = g_argv[1];if (t=="$?"){std::cout << lastcode << std::endl;lastcode = 0;}else if (t[0] == '$'){char* ret = getenv(t.substr(1).c_str());if (ret){cout << ret << endl;}}else{cout << t << endl;}return true;
}
bool Export()
{if (g_argc != 2){return true;}putenv(g_argv[1]);return true;
}
bool Alias()
{
#define SEP "="char* t = g_argv[1];char* ret = strtok(t, SEP);if (ret == NULL){return false;}string a=std::string(ret),b = std::string(strtok(NULL, SEP));alias_list[a] = b;cout << alias_list[a] <<" "<<alias_list.count(a)<<endl;cout << a<< "->" << b << endl;return true;
}

十一、執行命令模塊

直接創建子進程，子進程通過execvp程序替換執行命令，執行完后exit退出
然后父進程waitpid等待子進程，同時把lastcode更新即可

int Execute()
{pid_t id = fork();if (id == 0){execvp(g_argv[0], g_argv);exit(1);}int status = 0;pid_t rid=waitpid(id, &status, 0);if (rid > 0){lastcode = WEXITSTATUS(status);}return 0;
}

十二、源碼

#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]# "// 下面是shell定義的全局數據//1. 命令行參數表
#define MAXARGC 128
char *g_argv[MAXARGC]; 
int g_argc = 0;//2. 環境變量表
#define MAX_ENVS 100
char* g_env[MAX_ENVS];
int g_envs = 0;//3. 別名映射表
std::unordered_map<std::string, std::string> alias_list;// for test
char cwd[1024];
char cwdenv[1024];// last exit code
int lastcode = 0;//獲取用戶名
const char *GetUserName()
{const char *name = getenv("USER");return name == NULL ? "None" : name;
}//獲取主機名
const char *GetHostName()
{const char *hostname = getenv("HOSTNAME");return hostname == NULL ? "None" : hostname;
}//獲取當前路徑
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);putenv(cwdenv);}return pwd == NULL ? "None" : pwd;
}//獲取家目錄
const char *GetHome()
{const char *home = getenv("HOME");return home == NULL ? "" : home;
}//初始化環境變量
void InitEnv()
{extern char **environ;memset(g_env, 0, sizeof(g_env));g_envs = 0;//本來要從配置文件中來//1. 獲取環境變量for (int i = 0; environ[i]; i++){// 1.1 申請空間g_env[i] = (char*)malloc(strlen(environ[i]) + 1);strcpy(g_env[i], environ[i]);g_envs++;}g_env[g_envs++] = (char*)"HAHA=for_test"; //for_testg_env[g_envs] = NULL;//2. 導成環境變量for (int i = 0; g_env[i]; i++){putenv(g_env[i]);std::cout << g_env[i] << std::endl;}environ = g_env;
}//command
bool Cd()
{if(g_argc == 1){std::string home = GetHome();if(home.empty()) return true;chdir(home.c_str());}else{std::string where = g_argv[1];// cd - / cd ~if(where == "-"){// Todo}else if(where == "~"){// Todo}else{chdir(where.c_str());}}return true;
}void Echo()
{if(g_argc == 2){// echo "hello tata"// echo $?// echo $PATHstd::string opt = g_argv[1];if(opt == "$?"){std::cout << lastcode << std::endl;lastcode = 0;}else if(opt[0] == '$'){std::string env_name = opt.substr(1);const char *env_value = getenv(env_name.c_str());if(env_value)std::cout << env_value << std::endl;			}else{std::cout << opt << std::endl;}}
}bool Export()
{if (g_argc != 2){return false;}putenv(g_argv[1]);return true;
}bool Alias()
{char* t = g_argv[1];char* ret = strtok(t, "=");if (ret == NULL){return false;}string a=std::string(ret),b = std::string(strtok(NULL, "="));alias_list[a] = b;std::cout << alias_list[a] << " " << alias_list.count(a) << std::endl;std::cout << a << "->" << b << std::endl;return true;
}//絕對路徑改為目錄名
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?";return dir.substr(pos+1); // +1是為了去掉目錄名前面的/
}//制作命令行提示符
void MakeCommandLine(char cmd_prompt[], int size)
{snprintf(cmd_prompt, size, FORMAT, GetUserName(), GetHostName(), Dirname(GetPwd()).c_str());
}//打印命令行提示符
void PrintCommand()
{char prompt[COMMAND_SIZE];MakeCommandLine(prompt, sizeof(prompt));printf("%s", prompt);fflush(stdout);
}//判斷輸入內容
bool GetCommandLine(char *out, int size)
{//scanf()是以空格作為分隔符的，但是我們的命令是一整個字符串//ls -a -l => "ls -a -l\n”字符串char *c = fgets(out, size, stdin);if(c == NULL) return false;out[strlen(out)-1] = 0; // 清理\nif(strlen(out) == 0) return false;return true;
}//命令行分析 "ls -a -l" => "ls" "-a" "-l"
bool CommandParse(char *commandline)
{
#define SEP " " //分隔符g_argc = 0;g_argv[g_argc++] = strtok(commandline, SEP);while((bool)(g_argv[g_argc++] = strtok(nullptr, SEP)));g_argc--; // NULL不算，去掉return g_argc > 0 ? true:false;
}//測試命令行參數分割，打印
void PrintArgv()
{for(int i = 0; g_argv[i]; i++){printf("argv[%d]->%s\n", i, g_argv[i]);}printf("g_argc:%d\n", g_argc);
}//處理并執行內建命令
bool CheckAndExcuteBuiltn()
{std::string cmd = g_argv[0];if(cmd == "cd"){Cd();return true;}else if(cmd == "echo"){Echo();return true;}else if(cmd == "export"){Export();return true;}else if(cmd == "alias"){std::cout << "開始替換" << std::endl;return Alias();}elsereturn false;
}//執行命令
int Execute()
{pid_t id = fork();if(id == 0){//childexecvp(g_argv[0], g_argv);exit(1);}int status = 0;//fathepid_t rid = waitpid(id, &status, 0);if(rid > 0){lastcode = WEXITSTATUS(status);}return 0;
}int main()
{// shell啟動的時候需要從系統中獲取環境變量// 我們的環境變量信息應該從父shell統一來InitEnv();while(true)//持續運行{// 1. 輸出命令行提示符PrintCommand();// 2. 獲取用戶輸入的命令char commandline[COMMAND_SIZE];if(!GetCommandLine(commandline, sizeof(commandline)))continue;//什么都沒輸入直接回車，繼續運行printf("echo %s\n", commandline);// 3. 命令行分析 "ls -a -l" => "ls" "-a" "-l"if(!CommandParse(commandline))continue;//PrintArgv(); //測試// 4. 檢測并處理內建命令if(CheckAndExcuteBuiltn())continue;// 5. 執行命令Execute();}// ClearUp();return 0;
}