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Linux——自制shell命令行解释器

backend 2025/7/22 6:10:11

文章目录

  • 1.打印命令提示符
  • 2.获取用户输入指令
  • 3.重定向分析
  • 4.命令行参数表,环境变量表,初始化
  • 5.命令解析
  • 6.命令执行
    • 6.1.创建子进程
    • 6.2 处理内建命令
    • 6.3 文件重定向
  • 7.源码

前言

在实现shell的时候我们先创建自己myshell目录，在目录中创建myshell.cc文件，因为shell本来是用c语言写的，但为了方便我们这里使用c和c++混编。

首先我们做一个整体框架：

int main()
{//shell启动的时候从系统获得环境变量//我们的环境变量信息应该统一从父shell取InitEnv();while(1){//1.打印提示信息//printf("[%s@%s %s]#", GetUserName(),GetHostName(),GetPwd());PrintCommandPrompt();//2.获取命令行提示符char commandline[COMMAND_SIZE];if(!GetCommandLine(commandline,sizeof(commandline))){continue;}//3.重定向分析 "ls -a > file.txt" -> "ls -a" "file.txt"//> >> < 判断重定向的方向//> 输出   >> 拼接输出  < 输入RedirCheck(commandline);//printf("redir = %d filename = %s\n", redir, filename.c_str());//4.命令行分析if(!CommandParse(commandline)){continue;}//PrintArgv();//5.检测是否是内键命令if(CheckAndExecBuiltin()){continue;}//6.执行命令Execute();}//清理工作clear();return 0;
}

1.打印命令提示符

首先我们需要给用户显示提示信息，就像我们在使用shell时所看到的提示信息一样，如下：
在这里插入图片描述

对它进行分析：
在这里插入图片描述
所以我们可以这样定义宏,一个是方便打印的，一个是命令长度：

#define FORMAT "[%s@%s %s]#"
#define COMMAND_SIZE 1024

对于用户名，主机号我们可以通过getenv从环境变量中得到，但是获取当前路径我们不能使用getenv，因为我们myshell的环境变量使用的是父进程的环境变量，我们在当前使用cd命令切换路径环境变量中的pwd并不会有改变。

所以获取当前路径，我们可以使用getcwd，直接查询操作系统的文件系统，获取当前进程的工作目录的绝对路径。而不用依赖环境变量。当然我们最好单独设计一个GetPwd把它封装起来，这样也方便把当前路径加入到环境变量中。如下：

//for test
char cwd[1024];
char cwdenv[1024];//last exit code
int lastcode = 0;const char* GetPwd()
{//const char* pwd = getenv("PWD");const char* pwd = getcwd(cwd,sizeof(cwd));if(pwd != NULL){snprintf(cwdenv,sizeof(cwdenv),"PWD=%s",pwd);putenv(cwdenv);}return pwd == NULL ? "None" : pwd;
}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* GetHome()
{const char* home = getenv("HOME");return home == NULL ? "" : home;
}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);
}void MakeCommandLine(char cmd_prompt[],int size)
{//snprintf(cmd_prompt,size,"[%s@%s %s]#",GetUserName(),GetHostName(),GetPwd());//snprintf(cmd_prompt,size,FORMAT,GetUserName(),GetHostName(),GetPwd());snprintf(cmd_prompt,size,FORMAT,GetUserName(),GetHostName(),DirName(GetPwd()).c_str());
}void PrintCommandPrompt()
{char prompt[COMMAND_SIZE];MakeCommandLine(prompt,sizeof(prompt));printf("%s",prompt);fflush(stdout);
}

2.获取用户输入指令

获取用户输入，因为用户输入的命令行参数是一个字符串，中间含有空格。所以我们不用scanf，cin进行输入。这里我们使用fgets。

bool GetCommandLine(char* out,int size)
{ char* c = fgets(out, size,stdin);if(c == nullptr){return false; }//去掉\nc[strlen(out) -1] = 0;if(strlen(c) == 0){return false;}return true;
}

3.重定向分析

在用户输入的指令中可能含有重定向操作，所以我们要提前特殊处理一下字符串，并把它做一个分割。

既然是重定向，也就是我们打开需要重向到的那个文件，所以我们需要获取打开方式和文件名。

重定向有三种：

  •   <：输入重定向（以读的方式打开文件）

  •   >：输出重定向（以写的方式打开文件）

  •   >>：追加重定向（以追加的方式打开文件）

所以我们可以使用宏来标记这些情况。

//3.关于重定向的内容
#define NONE_REDIR 0
#define INPUT_REDIR 1
#define OUTPUR_REDIR 2
#define APPEND_REDIR 3int redir = NONE_REDIR;
string filename;

void TrimSpace(char cmd[],int &end)
{while(isspace(cmd[end])){end++;}
}

void RedirCheck(char cmd[])
{redir = NONE_REDIR;    filename.clear();int start = 0;int end = strlen(cmd) - 1;//"ls -a -l > file.txt" //> >>  <while(end > start){if(cmd[end] == '<'){cmd[end++] = 0;TrimSpace(cmd,end);redir = INPUT_REDIR;filename = cmd + end;break;}else if(cmd[end] == '>'){//>>if(cmd[end - 1] == '>'){cmd[end-1] = 0;redir = APPEND_REDIR;}//>else{redir = OUTPUR_REDIR;}cmd[end++] = 0;TrimSpace(cmd,end);filename = cmd + end;break;}else{end--;}}}

4.命令行参数表,环境变量表,初始化

在shell中有两张表命令行参数表和环境变量表，实质都是字符串数组。

  • 命令行参数表：用来储存用户输入的命令行参数。
  • 环境变量表：用来储存当前进程的属性和状态。

所以我们可以这样做一个全局变量：

//shell自定义的全局变量
//1.命令行参数表
#define MAXARGC 128
char* g_argv[MAXARGC];
int g_argc = 0;//2.环境变量表
#define MAXENVS 100
char* g_env[MAXENVS];
int g_envs = 0;

环境变量表需要我们在程序启动时就将它导入， 当然程序启动后环境变量默认是父进程的，所以我们可以重新开辟空间把原环境变量的数据拷贝过来，然后再把environ更新为新的地址。具体实现请参考下文源码。

void InitEnv()
{extern char** environ;memset(g_env,0,sizeof(g_env));g_envs = 0;//配置文件//获取环境变量for(int i = 0;environ[i];i++){//申请空间g_env[i] = (char*)malloc(strlen(environ[i]) + 1);strcpy(g_env[i],environ[i]);g_envs++;}//for testg_env[g_envs++] = (char*)"MIHAYOU=666"; g_env[g_envs] = NULL; //导成环境变量for(int i = 0;g_env[i];i++){putenv(g_env[i]);}environ = g_env;
}

5.命令解析

刚才我们获取到了用户的输入得到一个字符串，需要把它一个一个按空格分开，来得到一张命令行参数表。方便后面做进程替换。

//命令行分析 "ls -a -l" -> "ls" "-a" "-l"
bool CommandParse(char* commandline)
{
#define SEP " "g_argc = 0;g_argv[g_argc++] = strtok(commandline,SEP);while((bool)(g_argv[g_argc++] = strtok(nullptr,SEP)));//会多一个减掉g_argc--;return g_argc > 0 ? true : false;
}

6.命令执行

6.1.创建子进程

shell执行命令的实质就是进程替换，我们在做进程替换的时候不想结束父进程，那么需要我们创建一个新的子进程，让子进程来做替换。

6.2 处理内建命令

有一些命令比如cd，是一个内建命令，子进程是无法完成的，需要系统来执行。我们可以使用chdir来完成,chdir函数声明如下：

bool Cd()
{if(g_argc == 1){string home = GetHome();if(home.empty()){return true;}chdir(home.c_str());}else{string where = g_argv[1];chdir(where.c_str());}return true;
}

它的作用是进入某个目录，需要传一个目录的路径。

这里也支持echo的一些操作

void Echo()
{if(g_argc == 2){//echo "hello"//echo $?//echo $PATHstring opt = g_argv[1];if(opt == "$?"){cout << lastcode << endl;}else if(opt[0] == '$'){string env_name = opt.substr(1);const char* env_value = getenv(env_name.c_str());if(env_value){cout << env_value << endl;}}else{cout << opt << endl;}}
}

bool CheckAndExecBuiltin()
{string cmd = g_argv[0];if(cmd  == "cd"){Cd();return true;}else if(cmd == "echo"){Echo();return true;}return false;
}

6.3 文件重定向

  • pcd文件数组：储存了这个pcb打开的所有文件信息地址。
  • 文件描述符（记fd）：pcb的文件数组中的一个下标，0下标的文件为标准输入流，1下标的文件为标准输出流，2下标的文件为标准错误流，这三个都是系统默认打开的文件。
  • 重定向：系统在对文件进行操作时只认fd，所以重定向的实质就是一个fd位置的信息被其他fd的信息覆盖。

" >，>>，指的都是从原来的标准输出（fd=1）重定向到某个文件，< 从原来的标准输入（fd=0）重定向到某个文件。所以这里我们只需要打开新的文件并获取到它的fd，然后使用dup2把新文件的地址信息覆盖到fd=1的文件上就行。然后关闭新文件的fd。"

int Execute()
{pid_t id = fork();if(id == 0){int fd = 0;//子进程检测重定向if(redir == INPUT_REDIR){fd = open(filename.c_str(), O_RDONLY);if(fd < 0){exit(1);}dup2(fd,0);close(fd);}else if(redir == OUTPUR_REDIR){fd = open(filename.c_str(), O_CREAT | O_WRONLY | O_TRUNC,0666);if(fd < 0){exit(2);}dup2(fd,1);close(fd);}else if(redir == APPEND_REDIR){fd = open(filename.c_str(), O_CREAT | O_WRONLY |O_APPEND,0666);if(fd < 0){exit(3);}dup2(fd,1);close(fd);}else{}//进程替换不会改变重定向的内容//子进程执行execvp(g_argv[0],g_argv);//程序替换后面的程序就不执行了exit(1);}//父进程等待int status = 0;pid_t rid = waitpid(id,&status,0);////取消报警//(void)rid;if(rid > 0){lastcode = WEXITSTATUS(status);}return 0;
}

7.源码

#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#include <cstring>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <string>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
using namespace std;#define COMMAND_SIZE 1024
#define FORMAT "[%s@%s %s]#"//shell自定义的全局变量
//1.命令行参数表
#define MAXARGC 128
char* g_argv[MAXARGC];
int g_argc = 0;//2.环境变量表
#define MAXENVS 100
char* g_env[MAXENVS];
int g_envs = 0;//for test
char cwd[1024];
char cwdenv[1024];//last exit code
int lastcode = 0;//3.关于重定向的内容
#define NONE_REDIR 0
#define INPUT_REDIR 1
#define OUTPUR_REDIR 2
#define APPEND_REDIR 3int redir = NONE_REDIR;
string filename;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",pwd);putenv(cwdenv);}return pwd == NULL ? "None" : pwd;
}const char* GetHome()
{const char* home = getenv("HOME");return home == NULL ? "" : home;
}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);
}void MakeCommandLine(char cmd_prompt[],int size)
{//snprintf(cmd_prompt,size,"[%s@%s %s]#",GetUserName(),GetHostName(),GetPwd());//snprintf(cmd_prompt,size,FORMAT,GetUserName(),GetHostName(),GetPwd());snprintf(cmd_prompt,size,FORMAT,GetUserName(),GetHostName(),DirName(GetPwd()).c_str());
}void PrintCommandPrompt()
{char prompt[COMMAND_SIZE];MakeCommandLine(prompt,sizeof(prompt));printf("%s",prompt);fflush(stdout);
}bool GetCommandLine(char* out,int size)
{ char* c = fgets(out, size,stdin);if(c == nullptr){return false; }//去掉\nc[strlen(out) -1] = 0;if(strlen(c) == 0){return false;}return true;
}//命令行分析 "ls -a -l" -> "ls" "-a" "-l"
bool CommandParse(char* commandline)
{
#define SEP " "g_argc = 0;g_argv[g_argc++] = strtok(commandline,SEP);while((bool)(g_argv[g_argc++] = strtok(nullptr,SEP)));//会多一个减掉g_argc--;return g_argc > 0 ? true : false;
}void InitEnv()
{extern char** environ;memset(g_env,0,sizeof(g_env));g_envs = 0;//配置文件//获取环境变量for(int i = 0;environ[i];i++){//申请空间g_env[i] = (char*)malloc(strlen(environ[i]) + 1);strcpy(g_env[i],environ[i]);g_envs++;}//for testg_env[g_envs++] = (char*)"MIHAYOU=666"; g_env[g_envs] = NULL; //导成环境变量for(int i = 0;g_env[i];i++){putenv(g_env[i]);}environ = g_env;
}bool Cd()
{if(g_argc == 1){string home = GetHome();if(home.empty()){return true;}chdir(home.c_str());}else{string where = g_argv[1];chdir(where.c_str());}return true;
}void Echo()
{if(g_argc == 2){//echo "hello"//echo $?//echo $PATHstring opt = g_argv[1];if(opt == "$?"){cout << lastcode << endl;}else if(opt[0] == '$'){string env_name = opt.substr(1);const char* env_value = getenv(env_name.c_str());if(env_value){cout << env_value << endl;}}else{cout << opt << endl;}}
}bool CheckAndExecBuiltin()
{string cmd = g_argv[0];if(cmd  == "cd"){Cd();return true;}else if(cmd == "echo"){Echo();return true;}return false;
}void PrintArgv()
{for(int i = 0;g_argv[i];i++){printf("argv[%d]->%s\n", i,g_argv[i]);}printf("size = %d\n", g_argc);
}void clear()
{for(int i = 0;g_env[i];i++){free(g_env[i]);g_env[i] = NULL;}
}int Execute()
{pid_t id = fork();if(id == 0){int fd = 0;//子进程检测重定向if(redir == INPUT_REDIR){fd = open(filename.c_str(), O_RDONLY);if(fd < 0){exit(1);}dup2(fd,0);close(fd);}else if(redir == OUTPUR_REDIR){fd = open(filename.c_str(), O_CREAT | O_WRONLY | O_TRUNC,0666);if(fd < 0){exit(2);}dup2(fd,1);close(fd);}else if(redir == APPEND_REDIR){fd = open(filename.c_str(), O_CREAT | O_WRONLY |O_APPEND,0666);if(fd < 0){exit(3);}dup2(fd,1);close(fd);}else{}//进程替换不会改变重定向的内容//子进程执行execvp(g_argv[0],g_argv);//程序替换后面的程序就不执行了exit(1);}//父进程等待int status = 0;pid_t rid = waitpid(id,&status,0);////取消报警//(void)rid;if(rid > 0){lastcode = WEXITSTATUS(status);}return 0;
}void TrimSpace(char cmd[],int &end)
{while(isspace(cmd[end])){end++;}
}void RedirCheck(char cmd[])
{redir = NONE_REDIR;    filename.clear();int start = 0;int end = strlen(cmd) - 1;//"ls -a -l > file.txt" //> >>  <while(end > start){if(cmd[end] == '<'){cmd[end++] = 0;TrimSpace(cmd,end);redir = INPUT_REDIR;filename = cmd + end;break;}else if(cmd[end] == '>'){//>>if(cmd[end - 1] == '>'){cmd[end-1] = 0;redir = APPEND_REDIR;}//>else{redir = OUTPUR_REDIR;}cmd[end++] = 0;TrimSpace(cmd,end);filename = cmd + end;break;}else{end--;}}}int main()
{//shell启动的时候从系统获得环境变量//我们的环境变量信息应该统一从父shell取InitEnv();while(1){//1.打印提示信息//printf("[%s@%s %s]#", GetUserName(),GetHostName(),GetPwd());PrintCommandPrompt();//2.获取命令行提示符char commandline[COMMAND_SIZE];if(!GetCommandLine(commandline,sizeof(commandline))){continue;}//3.重定向分析 "ls -a > file.txt" -> "ls -a" "file.txt"//> >> < 判断重定向的方向//> 输出   >> 拼接输出  < 输入RedirCheck(commandline);//printf("redir = %d filename = %s\n", redir, filename.c_str());//4.命令行分析if(!CommandParse(commandline)){continue;}//PrintArgv();//5.检测是否是内键命令if(CheckAndExecBuiltin()){continue;}//6.执行命令Execute();}//清理工作clear();return 0;
}
http://www.xdnf.cn/news/15914.html

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