【Linux】自制shell

2023-09-12 19:06:02

本期我们利用之前学过的知识，写一个shell命令行程序

目录

一、初始代码

二、使用户输入的ls指令带有颜色分类

三、解决cd指令后用户所在路径不变化问题

3.1 chdir函数

四、关于环境变量的问题

 

一、初始代码

#include<stdio.h>    
#include<unistd.h>    
#include<stdlib.h>    
#include<assert.h>    
#include<string.h>    
#include<sys/wait.h>    

#define MAX 1024    
#define ARGc 512    

void shift_commend(char** s, char* c, int n)
{
    assert(s);
    assert(c);
    int num = 0;
    *s = c;
    ++s;
    while (num < n)
    {
        if (*(c + num) == ' ')//将每个空格字符替换为'\0',再将选项的首地址存入s
        {
            *(c + num) = '\0';
            if (*(c + num + 1) != ' ')//防止用户输入多个空字符
            {
                *s = c + 1 + num;
                ++s;
            }
        }
        ++num;
    }
}
int main()
{
    while (1)
    {
        printf("[%s@MyShell]#", getenv("USER"));
        fflush(stdout);
        char comment[MAX] = { 0 };
        char* p = fgets(comment, sizeof(comment), stdin);
        assert(p);//assert函数在release版本下会被编译器删去    
        (void)p;//防止在release版本下assert函数被删除导致p指针从未被使用而报错    
        comment[strlen(comment) - 1] = '\0';//去除fgets函数最后获取的\n字符    
        char* s[ARGc] = { NULL };
        shift_commend(s, comment, strlen(comment));//分割输入的命令行字符串,将每一个选项的地址存入指针数组s    
        pid_t id = fork();
        if (id == 0)
        {
            execvp(*s, s);
            exit(1);
        }
        int status = 0;
        waitpid(id, &status, 0);
    }
}

上述代码我们实现了一个基本的shell命令行程序，其实现基本思路为：

使用fgets函数获取用户输入的命令行，获取后切除字符串最后的换行符（用户输入指令后必须使用换行符来输入缓冲区中，而fgets并不会自动切除其换行符），然后将输入的指令进行切割（将指令与选项一个个切割开，方便传入execvp函数（例如fgets函数获取到用户输入的“ls -a -l”，经过切割会变成“ls/0-a/0-l/0”））。最后再创建子进程，用子进程调用execvp函数，传入用户指令最后实现shell命令行程序。

运行效果：af43d80d76c04fb09bede967d98cddc4.png

我们拿xshell来对比一下我们自己实现的shell命令行：

704fb0baae0a4f509308a4d20373baae.png

咦？xshell的ls指令有颜色变化，为什么我们自己实现的shell就没有呢？

fca1f4bc7b28448da2fd549a427b38c7.png

这是因为xshell下的ls指令多了一行颜色配置：--color=auto

如果我们要想自己的shell命令行的ls指令有颜色分类的话，我们只需要在切割用户输入的指令后判断其是否为ls指令，如果是，在该指针数组的最后一项加上"--color=auto"字符串即可：

 

二、使用户输入的ls指令带有颜色分类

#include<stdio.h>    
#include<unistd.h>    
#include<stdlib.h>    
#include<assert.h>    
#include<string.h>    
#include<sys/wait.h>    

#define MAX 1024    
#define ARGc 512    

void shift_commend(char** s, char* c, int n)
{
    assert(s);
    assert(c);
    int num = 0;
    *s = c;
    ++s;
    while (num < n)
    {
        if (*(c + num) == ' ')//将每个空格字符替换为'\0',再将选项的首地址存入s
        {
            *(c + num) = '\0';
            if (*(c + num + 1) != ' ')//防止用户输入多个空字符
            {
                *s = c + 1 + num;
                ++s;
            }
        }
        ++num;
    }
}
int main()
{
    while (1)
    {
        printf("[%s@MyShell]#", getenv("USER"));
        fflush(stdout);
        char comment[MAX] = { 0 };
        char* p = fgets(comment, sizeof(comment), stdin);
        assert(p);//assert函数在release版本下会被编译器删去    
        (void)p;//防止在release版本下assert函数被删除导致p指针从未被使用而报错    
        comment[strlen(comment) - 1] = '\0';//去除fgets函数最后获取的\n字符    
        char* s[ARGc] = { NULL };
        shift_commend(s, comment, strlen(comment));//分割输入的命令行字符串,将每一个选项的地址存入指针数组s
        if (strcmp(s[0], "ls") == 0)//使用户输入的ls指令带有颜色分类
        {
            int n = 0;
            while (*(s + n))
            {
                ++n;
            }
            *(s + n) = (char*)"--color=auto";
        }
        pid_t id = fork();
        if (id == 0)
        {
            execvp(*s, s);
            exit(1);
        }
        int status = 0;
        waitpid(id, &status, 0);
    }
}

运行效果： 

9f8f50e77750433a8fa66ae3d1d1b9bc.png

 

三、解决cd指令后用户所在路径不变化问题

上面代码还有一个问题，在我们使用cd指令后，再使用pwd来查看所在路径时，会发现没有任何变化：

31dca27a1aeb40a89f3c0402071815ea.png

这是因为当用户输入cd指令后，通过子进程调用的execvp函数来执行cd指令，改变的是子进程的目录路径和父进程压根没有关系！

所以当类似cd这样要改变父进程环境的指令（内建指令），就要父进程自己来执行，我们需要特殊判断做特殊处理：

 

3.1 chdir函数

chdir函数（包含在头文件unistd.h中）可以改变进程所在路径：

69b55cd89ec74fb7bbdfc19ca87cc4a4.png

我们可以向path传入想要进入的路径，这样子chdir函数就会自动帮我们改变当前进程的所处路径：

#include<stdio.h>    
#include<unistd.h>    
#include<stdlib.h>    
#include<assert.h>    
#include<string.h>    
#include<sys/wait.h>    

#define MAX 1024    
#define ARGc 512    

void shift_commend(char** s, char* c, int n)
{
    assert(s);
    assert(c);
    int num = 0;
    *s = c;
    ++s;
    while (num < n)
    {
        if (*(c + num) == ' ')//将每个空格字符替换为'\0',再将选项的首地址存入s
        {
            *(c + num) = '\0';
            if (*(c + num + 1) != ' ')//防止用户输入多个空字符
            {
                *s = c + 1 + num;
                ++s;
            }
        }
        ++num;
    }
}
int main()
{
    while (1)
    {
        printf("[%s@MyShell]#", getenv("USER"));
        fflush(stdout);
        char comment[MAX] = { 0 };
        char* p = fgets(comment, sizeof(comment), stdin);
        assert(p);//assert函数在release版本下会被编译器删去    
        (void)p;//防止在release版本下assert函数被删除导致p指针从未被使用而报错    
        comment[strlen(comment) - 1] = '\0';//去除fgets函数最后获取的\n字符    
        char* s[ARGc] = { NULL };
        shift_commend(s, comment, strlen(comment));//分割输入的命令行字符串,将每一个选项的地址存入指针数组s
        if (strcmp(s[0], "cd") == 0)//cd指令直接使用chdir函数改变父进程所在路径
        {
            if(s[1]!=NULL)
            chdir(s[1]);
            continue;
        }
        if (strcmp(s[0], "ls") == 0)//使用户输入的ls指令带有颜色分类
        {
            int n = 0;
            while (*(s + n))
            {
                ++n;
            }
            *(s + n) = (char*)"--color=auto";
        }
        pid_t id = fork();
        if (id == 0)
        {
            execvp(*s, s);
            exit(1);
        }
        int status = 0;
        waitpid(id, &status, 0);
    }
}

2d1a274b401d4bfdab9ba28cd5a2895e.png

 

四、关于环境变量的问题

在xshell中我们可以使用export导入自定义的环境变量，但是在我们自实现的代码中还没有这个功能，下面我们来实现一下：

使用我们在往期博客中介绍过导入环境变量的函数：putenv

#include<stdio.h>                                                                                                                                                                                                   
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<string.h>
#include<sys/wait.h>

#define MAX 1024
#define ARGc 512

void shift_commend(char** s, char* c, int n)
{
    assert(s);
    assert(c);
    int num = 0;
    *s = c;
    ++s;
    while (num < n)
    {
        if (*(c + num) == ' ')//将每个空格字符替换为'\0',再将选项的首地址存入s
        {
            *(c + num) = '\0';
            if (*(c + num + 1) != ' ')//防止用户输入多个空字符
            {
                *s = c + 1 + num;
                ++s;
            }
        }
        ++num;
    }
}
int main()
{
    while (1)
    {
        printf("[%s@MyShell]#", getenv("USER"));
        fflush(stdout);
        char comment[MAX] = { 0 };
        char* p = fgets(comment, sizeof(comment), stdin);
        assert(p);//assert函数在release版本下会被编译器删去    
        (void)p;//防止在release版本下assert函数被删除导致p指针从未被使用而报错    
        comment[strlen(comment) - 1] = '\0';//去除fgets函数最后获取的\n字符    
        char* s[ARGc] = { NULL };
        shift_commend(s, comment, strlen(comment));//分割输入的命令行字符串,将每一个选项的地址存入指针数组s
        if (strcmp(s[0], "cd") == 0)//cd指令直接使用chdir函数改变父进程所在路径
        {
            if(s[1]!=NULL)
                chdir(s[1]);
            continue;
        }
        if (strcmp(s[0], "export") == 0)//导入用户自定义的环境变量
        {
            if (s[1] != NULL)
                putenv(s[1]);
            continue;
        }
        if (strcmp(s[0], "ls") == 0)//使用户输入的ls指令带有颜色分类
        {
            int n = 0;
            while (*(s + n))
            {
                ++n;
            }
            *(s + n) = (char*)"--color=auto";
        }
        pid_t id = fork();
        if (id == 0)
        {
            execvp(*s, s);
            exit(1);
        }
        int status = 0;
        waitpid(id, &status, 0);
    }
}

运行结果： 

4a32bf8f5e924a41bfc4696486e3b732.png

这张图不太好看，博主仔细找过，在子进程调用env指令查找环境变量时，并没有看到导入的环境变量“Myenv=100”

这是为什么呢？子进程的环境变量不应该继承父进程的嘛？

这点没错，子进程确实基础了父进程的环境变量，我们再来仔细看看可以看到，在我们导入环境变量后，再一次调用env指令，屏幕上在最后多打印了一行空行。为什么会这样？

因为使用putenv函数导入环境变量时，该函数只是把形参所获取到的地址添加到进程中的环境变量表中了，我们仔细看看代码中存储环境变量的是一个变量s[1]，当我们下一次在调用其他指令时该地址的数据就发生了变化！也就是说自定义环境变量是由我们自己维护的，我们应该将其放在一个不会被覆盖的空间里：

下面我们改写一下代码：

#include<stdio.h>                                                                                                                                                                                                   
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<string.h>
#include<sys/wait.h>

#define MAX 1024
#define ARGc 512

void shift_commend(char** s, char* c, int n)
{
    assert(s);
    assert(c);
    int num = 0;
    *s = c;
    ++s;
    while (num < n)
    {
        if (*(c + num) == ' ')//将每个空格字符替换为'\0',再将选项的首地址存入s
        {
            *(c + num) = '\0';
            if (*(c + num + 1) != ' ')//防止用户输入多个空字符
            {
                *s = c + 1 + num;
                ++s;
            }
        }
        ++num;
    }
}
int main()
{
    char user_env[32][256];//存储自定义环境变量
    int env_num = 0;
    while (1)
    {
        printf("[%s@MyShell]#", getenv("USER"));
        fflush(stdout);
        char comment[MAX] = { 0 };
        char* p = fgets(comment, sizeof(comment), stdin);
        assert(p);//assert函数在release版本下会被编译器删去    
        (void)p;//防止在release版本下assert函数被删除导致p指针从未被使用而报错    
        comment[strlen(comment) - 1] = '\0';//去除fgets函数最后获取的\n字符    
        char* s[ARGc] = { NULL };
        shift_commend(s, comment, strlen(comment));//分割输入的命令行字符串,将每一个选项的地址存入指针数组s
        if (strcmp(s[0], "cd") == 0)//cd指令直接使用chdir函数改变父进程所在路径
        {
            if(s[1]!=NULL)
                chdir(s[1]);
            continue;
        }
        if (strcmp(s[0], "export") == 0)//导入用户自定义的环境变量
        {
            if (s[1] != NULL)
            {
                strcpy(*user_env, s[1]);//将用户输入的环境变量复制到自定义存储空间里
                putenv(user_env[env_num++]);
            }
            continue;
        }
        if (strcmp(s[0], "ls") == 0)//使用户输入的ls指令带有颜色分类
        {
            int n = 0;
            while (*(s + n))
            {
                ++n;
            }
            *(s + n) = (char*)"--color=auto";
        }
        pid_t id = fork();
        if (id == 0)
        {
            execvp(*s, s);
            exit(1);
        }
        int status = 0;
        waitpid(id, &status, 0);
    }
}

运行效果： 

a9bec864d04d4af0b1a6afc7cb181368.png

但是这还不够，我们最终是用子进程调用env来打印环境变量的，但是不排除子进程因为要进行某些操作会修改环境变量，所以最保险的方法还是自己实现一个打印父进程的环境变量的函数：

void show_env()
{
    extern char** environ;//使用environ前先声明  
    int i = 0;
    for (i; environ[i]; ++i)
    {
        printf("environ[%d]:%s\n", i, environ[i]);
    }
}

检测到env指令时调用一下该函数即可：

#include<stdio.h>                                                                                                                                                                                                   
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<string.h>
#include<sys/wait.h>

#define MAX 1024
#define ARGc 512

void shift_commend(char** s, char* c, int n)
{
    assert(s);
    assert(c);
    int num = 0;
    *s = c;
    ++s;
    while (num < n)
    {
        if (*(c + num) == ' ')//将每个空格字符替换为'\0',再将选项的首地址存入s
        {
            *(c + num) = '\0';
            if (*(c + num + 1) != ' ')//防止用户输入多个空字符
            {
                *s = c + 1 + num;
                ++s;
            }
        }
        ++num;
    }
}
void show_env()
{
    extern char** environ;//使用environ前先声明  
    int i = 0;
    for (i; environ[i]; ++i)
    {
        printf("environ[%d]:%s\n", i, environ[i]);
    }
}
int main()
{
    char user_env[32][256];//存储自定义环境变量
    int env_num = 0;
    while (1)
    {
        printf("[%s@MyShell]#", getenv("USER"));
        fflush(stdout);
        char comment[MAX] = { 0 };
        char* p = fgets(comment, sizeof(comment), stdin);
        assert(p);//assert函数在release版本下会被编译器删去    
        (void)p;//防止在release版本下assert函数被删除导致p指针从未被使用而报错    
        comment[strlen(comment) - 1] = '\0';//去除fgets函数最后获取的\n字符    
        char* s[ARGc] = { NULL };
        shift_commend(s, comment, strlen(comment));//分割输入的命令行字符串,将每一个选项的地址存入指针数组s
        if (strcmp(s[0], "cd") == 0)//cd指令直接使用chdir函数改变父进程所在路径
        {
            if(s[1]!=NULL)
                chdir(s[1]);
            continue;
        }
        if (strcmp(s[0], "export") == 0)//导入用户自定义的环境变量
        {
            if (s[1] != NULL)
            {
                strcpy(*user_env, s[1]);//将用户输入的环境变量复制到自定义存储空间里
                putenv(user_env[env_num++]);
            }
            continue;
        }
        if (strcmp(s[0], "env") == 0)//直接打印父进程环境变量
        {
            show_env();
            continue;
        }
        if (strcmp(s[0], "ls") == 0)//使用户输入的ls指令带有颜色分类
        {
            int n = 0;
            while (*(s + n))
            {
                ++n;
            }
            *(s + n) = (char*)"--color=auto";
        }
        pid_t id = fork();
        if (id == 0)
        {
            execvp(*s, s);
            exit(1);
        }
        int status = 0;
        waitpid(id, &status, 0);
    }
}

运行效果： 

820121e12ebc4808b9782aa4f688f58f.png

从上面的实现过程我们可以得出一个结论：其实我们之前学习到的几乎所有的环境变量命令，都是内建命令！

这就是本期博客的全部内容，如有纰漏还请各位大佬指点~

 

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