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自定义Shell命令行解释器

news 来源：原创 2025/6/4 14:57:07

目录

1、目标

2、显示命令提示符

2.1 getenv

2.2 getcwd

2.3 putenv

3、获取用户输入的命令

4、解析命令

5、处理内建命令

6、处理外部命令

7、完整代码

7.1 myshell.cpp

7.2 Makefile

1、目标

实现一个Linux的myshell，有以下基本的功能。

  1. 显示命令提示符
  2. 获取用户输入的命令
  3. 解析命令
  4. 处理内建命令
  5. 处理外部命令

myshell有一张命令行参数表和环境变量表(继承bash的，其实应该要从配置文件中获取，但比较麻烦)。

2、显示命令提示符

这里就要了解一下：getenv()，getcwd()，putenv()了。

2.1 getenv

获取环境变量。

char *getenv(const char *name);

  • 根据环境变量名（如 "PATH"）返回其对应的值（字符串）。

  • 如果变量不存在，返回 NULL。

2.2 getcwd

获取当前工作路径。

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

  • 将当前工作目录的绝对路径写入 buf，并返回 buf。

  • 需确保 buf 足够大（否则返回 NULL，errno = ERANGE）。

注意：

进程的环境变量表中的PWD，是根据进程的CWD(进程当前的工作路径，在/proc/pid/下可以看到)，进行更新的。 

2.3 putenv

设置环境变量。

int putenv(char *string);

  • 设置环境变量，格式为 "KEY=VALUE" 的字符串。如果已存在相同的KEY，就覆盖VALUE。

  • 成功返回 0，失败返回非零。

注意：

putenv()，传的是指针，要放在环境变量表里，生命周期要和程序一样长，所以传全局变量。

改变这个全局变量，环境变量表中也会改变(当时不太理解，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; // 因为返回的是局部变量,所以使用string,进行拷贝
}char pwd[1024];
void cmdPrompt()
{std::string path = getCwd();// 更新环境变量PWD,不能putenv局部变量。snprintf(pwd,sizeof(pwd),"PWD=%s",path.c_str());putenv(pwd);if(path.size() != 1) // 不是/根目录{int index = path.rfind('/');path = path.substr(index+1);}std::cout<<"["<<getUserName()<<"@"<<getHostName()<<" "<<path<<"]"<<"$$";
}

3、获取用户输入的命令

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

获取成功，返回true，获取失败，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; // 进程替换,要求以NULL结尾return i != 0;
}
char *strtok(char *str, const char *delim);

  • str：要分割的字符串。第一次调用时传入原始字符串，后续调用传入 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针。如果没有更多子字符串，则返回 NULL。

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

5、处理内建命令

内建命令，需要父进程自己执行(如：cd，需要改变自己的路径)，或父进程自己执行，效率更高(如：echo)。 

std::string getCwd()
{char cwdenv[1024];char* cwd = getcwd(cwdenv,sizeof(cwdenv));return cwd == NULL? "None":cwdenv; // 因为返回的是局部变量,所以使用string,进行拷贝
}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)，传的是指针，

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

那么，环境变量表中的OLDPWD就已经是CWD了，那么chdir(getOldPwd());就出错了。

6、处理外部命令

外部命令，防止父进程挂了，所以创建子进程，进行程序替换(可执行任意程序)。 

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)) // 子进程退出,且是正常退出lastExitno = WEXITSTATUS(status);return 0;
}

7、完整代码

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; // 因为返回的是局部变量,所以使用string,进行拷贝
}const char* getOldPwd()
{const char* OLDPWD = getenv("OLDPWD");return OLDPWD == NULL?"None":OLDPWD;
}char pwd[1024];
void cmdPrompt()
{std::string path = getCwd();// 更新环境变量PWD,不能putenv局部变量。snprintf(pwd,sizeof(pwd),"PWD=%s",path.c_str());putenv(pwd);if(path.size() != 1) // 不是/根目录{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会读取'\n',需要处理}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; // 进程替换,要求以NULL结尾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)) // 子进程退出,且是正常退出lastExitno = WEXITSTATUS(status);return 0;
}int main()
{while(true){// 命令提示符cmdPrompt();// 获取用户输入命令char cmd[1024] = {0};if(!getCmd(cmd,sizeof(cmd)))continue;// 解析命令char* argv[1024] = {0};if(!parseCmd(cmd,argv))continue;// 内建命令if(executeBuiltIn(argv))continue;// 执行命令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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