【Linux】简易版shell

星夢妙者

发布时间：2025-06-19 18:04:01

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来源于php中文网

原创

要创建一个基本的命令行shell，我们首先需要构建一个框架来处理用户输入的命令，并执行这些命令。以下是实现这个基本框架的步骤和代码：

首先，我们需要一个主循环来不断地读取、解析和执行用户输入的命令：

int main(){
    // 因为shell必须持续运行
    while(true)
    {
        PrintCommandLine();  // 1. 使用此函数打印命令行
        // 只获取输出
        GetCommandLine();    // 2. 获取用户的命令
        // "ls -a -b -c -d" --> "ls" "-a" "-b" "-d"
        ParseCommandLine();  // 3. 解析命令
        ExecuteCommand();    // 4. 执行命令
    }
    return 0;
}

因为命令行需要时刻保持运行，我们需要一个循环来确保命令行不断刷新。

接下来，我们需要实现打印命令行的函数PrintCommandLine。打印命令行时，我们需要显示用户名、主机名和当前文件路径，最后加上一个$或#符号：

void PrintCommandLine()  // 1. 使用此函数打印命令行
{
    // 创建命令行
    // 此printf没有\n，所以结果不会立即显示
    printf("%s", MakeCommandLine().c_str());
}

MakeCommandLine函数负责返回一个包含命令行格式的字符串。我们需要使用getenv函数来获取主机名和其他环境变量：

// 获取用户名
string GetUserName(){
    string name = getenv("USER");
    return name.empty() ? "None" : name;
}
// 获取主机名
string GetHostName(){
string HostName = getenv("HOSTNAME");
return HostName.empty() ? "None" : HostName;
}
const int basesize = 1024;
// 当前shell的工作路径
char Pwd[basesize];
// PWD环境变量
char Pwdenv[basesize];
// 获取当前工作路径
string GetPwd(){
// string Pwd = getenv("PWD");
if(nullptr == getcwd(Pwd, sizeof(Pwd))) return "None";
snprintf(Pwdenv, sizeof(Pwdenv), "PWD=%s", Pwd);
putenv(Pwdenv);
return Pwd;
}

由于我们不能直接使用getenv("PWD")，因为它返回的是shell的当前路径，我们需要使用getcwd来获取当前工作路径。snprintf函数用于将字符串格式化到Pwdenv中，然后使用putenv更新环境变量。

接下来，我们实现MakeCommandLine函数来格式化命令行输出：

string MakeCommandLine(){
// [newuser@hcss-ecs-e091 myshell]$
char Command_Line[basesize];
// 输出
snprintf(Command_Line, basesize, "[%s@%s %s]# ", GetUserName().c_str(), GetHostName().c_str(), GetPwd().c_str());
return Command_Line;
}

在PrintCommandLine函数中，我们需要刷新屏幕以确保输出始终在一行：

void PrintCommandLine()  // 1. 使用此函数打印命令行
{
// 创建命令行
// 此printf没有\n，所以结果不会立即显示
printf("%s", MakeCommandLine().c_str());
// 刷新屏幕
fflush(stdout);
}

接下来，我们实现GetCommandLine函数来获取用户输入的命令。我们需要一个数组来存储输入的命令，然后由解析函数将其拆分为单个命令和选项：

// 调用此函数后，将字符串放入此缓冲区
bool GetCommandLine(char Command_Buffer[], int size)    // 2. 获取用户的命令
{
// 不能使用scanf和cin
// 我们认为：需要将用户输入的命令行视为一个完整的字符串
// "ls -a -l -n" 这是一个完整的字符串
//              数组        大小   标准输入
char result = fgets(Command_Buffer, size, stdin);
if(!result) return false;
// 我们应该删除最后一个字符，因为它是回车键
Command_Buffer[strlen(Command_Buffer)-1] = 0; // 目前，这样做是可以的
if(strlen(Command_Buffer) == 0) return false;
return true;
}

我们不能使用scanf或cin，因为它们不能处理空格。我们使用fgets来获取字符串，并将其存储在Command_Buffer中。获取后，我们需要检查是否成功获取，并删除最后的回车字符。

接下来，我们实现ParseCommandLine函数来解析命令行字符串。我们需要将整个字符串以空格为分隔符拆分为各个字符串：

const int argvnum = 64; // 命令行参数列表
char gargv[argvnum];   // 用于计数
int gargc;
void ParseCommandLine(char Command_Buffer[], int len)  // 3. 解析命令
{
(void)len;
memset(gargv, 0, sizeof(gargv));
gargc = 0;
// "ls -a -l -n" --> ls
// 最终切割到Cogargv
const char sep = " ";
// 后置++
gargv[gargc++] = strtok(Command_Buffer, sep);
// 形成表格，当返回值为nullptr时停止循环
while((bool)(gargv[gargc++] = strtok(nullptr, sep)));
gargc--;
}

我们使用全局变量gargv和gargc来存储解析后的命令和参数。每次进入这个函数时，我们需要重置这两个全局变量。strtok函数用于以空格为分隔符分割字符串。

最后，我们实现ExecuteCommand函数来执行解析后的命令。我们使用子进程来执行命令，以确保shell的稳定性：

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bool ExecuteCommand() // 4. 执行命令 { // 执行命令 // 让子进程执行 // 因为父进程执行进程，如果进程失败，myshell会挂起 pid_t id = fork(); // 创建子进程 if(id < 0) { // 创建失败 return false; } else if(id == 0) { // 子进程 execvp(gargv[0], gargv); // 如果execvp成功，子进程会被替换，不会执行到这里 // 如果execvp失败，子进程会继续执行到这里 exit(1); // 表示execvp失败 } else { // 父进程 int status; pid_t rid = waitpid(id, &status, 0); if(rid > 0) { // 等待成功 return true; } else { // 等待失败 return false; } } }
我们使用fork创建子进程，然后在子进程中使用execvp执行命令。如果execvp成功，子进程会被替换；如果失败，子进程会退出并返回错误码。父进程等待子进程结束，并回收子进程。

我们还需要初始化环境变量表：

// 我的环境变量数组
const int envnum = 64;
char genv[envnum];
// 初始化环境变量
void InitEnv(){
// 从父进程获取环境变量
extern char *environ;
int index = 0;
while(environ[index] != nullptr)
{
// 分配与环境变量相同大小的空间
genv[index] = (char)malloc(strlen(environ[index])+1);
// 将environ中的元素复制到genv中
strncpy(genv[index], environ[index], strlen(environ[index])+1);
index++;
}
genv[index] = nullptr;
}

我们通过深拷贝父进程的环境变量来初始化自己的环境变量表。

最后，我们需要处理一些内建命令，如cd、export和env：

// 检查并执行内建命令
bool CheckAndExecBuildCommand() // 检查内建命令并执行命令
{
if(strcmp(gargv[0], "cd") == 0)
{
// 内建命令
if(gargc == 2)
{
// 更改路径
chdir(gargv[1]);
}
return true;
}
// export也是内建命令
else if(strcmp(gargv[0], "export") == 0)
{
if(gargc == 2)
{
AddEnv(gargv[1]);
}
return true;
}
// env也是内建命令
else if(strcmp(gargv[0], "env") == 0)
{
for(int i = 0; genv[i]; i++)
{
printf("%s\n", genv[i]);
}
return true;
}
return false;
}
// 添加环境变量
void AddEnv(const char item){
int index = 0;
while(genv[index]) index++; // 找到最后的位置
genv[index] = (char)malloc(strlen(item)+1);
strncpy(genv[index], item, strlen(item)+1);
genv[++index] = nullptr;
}

内建命令是直接在shell内部实现的命令，不需要创建新的进程来执行。

以下是完整的代码：

#include
include
include
include
include
include
include
include
include
using namespace std;
const int basesize = 1024;
const int argvnum = 64; // 命令行参数列表
char gargv[argvnum];   // 用于计数
int gargc;              // 当前shell的工作路径
char Pwd[basesize];     // PWD环境变量
char Pwdenv[basesize];  // 我的环境变量数组
const int envnum = 64;
char genv[envnum];
// 获取用户名
string GetUserName(){
string name = getenv("USER");
return name.empty() ? "None" : name;
}
// 获取主机名
string GetHostName(){
string HostName = getenv("HOSTNAME");
return HostName.empty() ? "None" : HostName;
}
// 获取当前工作路径
string GetPwd(){
if(nullptr == getcwd(Pwd, sizeof(Pwd))) return "None";
snprintf(Pwdenv, sizeof(Pwdenv), "PWD=%s", Pwd);
putenv(Pwdenv);
return Pwd;
}
// 创建输出格式
string MakeCommandLine(){
char Command_Line[basesize];
snprintf(Command_Line, basesize, "[%s@%s %s]# ", GetUserName().c_str(), GetHostName().c_str(), GetPwd().c_str());
return Command_Line;
}
void PrintCommandLine()  // 1. 使用此函数打印命令行
{
printf("%s", MakeCommandLine().c_str());
fflush(stdout);
}
// 调用此函数后，将字符串放入此缓冲区
bool GetCommandLine(char Command_Buffer[], int size)    // 2. 获取用户的命令
{
char *result = fgets(Command_Buffer, size, stdin);
if(!result) return false;
Command_Buffer[strlen(Command_Buffer)-1] = 0;
if(strlen(Command_Buffer) == 0) return false;
return true;
}
void ParseCommandLine(char Command_Buffer[], int len)  // 3. 解析命令
{
(void)len;
memset(gargv, 0, sizeof(gargv));
gargc = 0;
const char *sep = " ";
gargv[gargc++] = strtok(Command_Buffer, sep);
while((bool)(gargv[gargc++] = strtok(nullptr, sep)));
gargc--;
}
bool ExecuteCommand()    // 4. 执行命令
{
pid_t id = fork();
if(id < 0)
{
return false;
}
else if(id == 0)
{
execvp(gargv[0], gargv);
exit(1);
}
else
{
int status;
pid_t rid = waitpid(id, &status, 0);
if(rid > 0)
{
return true;
}
else
{
return false;
}
}
}
// 添加环境变量
void AddEnv(const char item){
int index = 0;
while(genv[index]) index++;
genv[index] = (char)malloc(strlen(item)+1);
strncpy(genv[index], item, strlen(item)+1);
genv[++index] = nullptr;
}
// 检查并执行内建命令
bool CheckAndExecBuildCommand() // 检查内建命令并执行命令
{
if(strcmp(gargv[0], "cd") == 0)
{
if(gargc == 2)
{
chdir(gargv[1]);
}
return true;
}
else if(strcmp(gargv[0], "export") == 0)
{
if(gargc == 2)
{
AddEnv(gargv[1]);
}
return true;
}
else if(strcmp(gargv[0], "env") == 0)
{
for(int i = 0; genv[i]; i++)
{
printf("%s\n", genv[i]);
}
return true;
}
return false;
}
// 初始化环境变量
void InitEnv(){
extern char *environ;
int index = 0;
while(environ[index] != nullptr)
{
genv[index] = (char)malloc(strlen(environ[index])+1);
strncpy(genv[index], environ[index], strlen(environ[index])+1);
index++;
}
genv[index] = nullptr;
}
int main(){
InitEnv();
char Command_Buffer[basesize];
while(true)
{
PrintCommandLine();
if(!GetCommandLine(Command_Buffer, basesize))
{
continue;
}
ParseCommandLine(Command_Buffer, strlen(Command_Buffer));
if(CheckAndExecBuildCommand())
{
continue;
}
ExecuteCommand();
}
return 0;
}

运行效果如下：

【Linux】简易版shell

通过编写这个简易版的Linux命令行shell，我们掌握了在命令行环境中解析并运行指令的基础知识。这一项目帮助我们理解了如何通过系统调用执行外部程序、处理输入和输出，以及如何让shell与用户交互。尽管功能较为基础，但它包含了命令读取、解析和执行等关键流程，为后续学习更复杂的shell实现和系统编程提供了扎实的基础。如果有兴趣进一步扩展，可以尝试加入更多特性，如命令历史记录、自动补全、管道和重定向支持等，使这个shell更加功能丰富。

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