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引言

想象这样一个场景：

• 你刚入职一家科技公司，被要求开发一个简单的 Shell

• 需要在 Linux 环境下使用 Vim 和 C++ 完成这个任务

• 但你对 Shell 的实现原理还不熟悉，面对空白屏幕不知所措

别担心！本文将带你从零开始，使用 Vim 和 C++ 实现一个基本的 Shell，让你深入理解 Shell 的工作原理。

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一、环境准备

1. 安装必要工具

sudo apt update
sudo apt install vim g++ build-essential

2. 创建项目目录

mkdir myshell
cd myshell

3. 使用 Vim 创建源文件

vim myshell.cpp

二、Shell 的基本结构

1. 主循环

Shell 的核心是一个读取-解析-执行循环（Read-Eval-Print Loop, REPL）。

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>void parse_command(const std::string& input, std::vector<std::string>& args) {size_t prev = 0, pos;while ((pos = input.find(' ', prev)) != std::string::npos) {if (pos > prev) {args.push_back(input.substr(prev, pos - prev));}prev = pos + 1;}if (prev < input.length()) {args.push_back(input.substr(prev, std::string::npos));}
}int main() {std::string input;while (true) {std::cout << "mysh> ";std::getline(std::cin, input);if (input.empty()) continue;std::vector<std::string> args;parse_command(input, args);if (args[0] == "exit") {break;}// 执行命令pid_t pid = fork();if (pid == 0) {// 子进程std::vector<char*> argv;for (auto& arg : args) {argv.push_back(&arg[0]);}argv.push_back(nullptr);execvp(argv[0], argv.data());std::cerr << "Command not found: " << args[0] << std::endl;_exit(1);} else if (pid > 0) {// 父进程int status;waitpid(pid, &status, 0);if (WIFEXITED(status)) {std::cout << "Process exited with code " << WEXITSTATUS(status) << std::endl;}} else {std::cerr << "Fork failed!" << std::endl;}}return 0;
}

2. 编译和运行

g++ -o myshell myshell.cpp
./myshell

三、功能扩展

1. 内置命令

实现一些内置命令，如 cd 和 help。

void execute_builtin(const std::vector<std::string>& args) {if (args[0] == "cd") {if (args.size() < 2) {std::cerr << "cd: missing argument" << std::endl;} else if (chdir(args[1].c_str()) != 0) {perror("cd");}} else if (args[0] == "help") {std::cout << "Simple Shell\n"<< "Built-in commands:\n"<< "  cd <dir>    Change directory\n"<< "  help        Show this help message\n"<< "  exit        Exit the shell\n";} else {std::cerr << "Unknown built-in command: " << args[0] << std::endl;}
}int main() {std::string input;while (true) {std::cout << "mysh> ";std::getline(std::cin, input);if (input.empty()) continue;std::vector<std::string> args;parse_command(input, args);if (args[0] == "exit") {break;} else if (args[0] == "cd" || args[0] == "help") {execute_builtin(args);} else {// 执行外部命令pid_t pid = fork();if (pid == 0) {// 子进程std::vector<char*> argv;for (auto& arg : args) {argv.push_back(&arg[0]);}argv.push_back(nullptr);execvp(argv[0], argv.data());std::cerr << "Command not found: " << args[0] << std::endl;_exit(1);} else if (pid > 0) {// 父进程int status;waitpid(pid, &status, 0);if (WIFEXITED(status)) {std::cout << "Process exited with code " << WEXITSTATUS(status) << std::endl;}} else {std::cerr << "Fork failed!" << std::endl;}}}return 0;
}

四、测试与调试

1. 编译和运行

g++ -o myshell myshell.cpp
./myshell

2. 测试命令

mysh> ls
mysh> cd /tmp
mysh> pwd
mysh> help
mysh> exit

五、高级话题与性能优化

1. 命令历史

实现命令历史功能，使用上下箭头键浏览历史命令。

2. 自动补全

实现命令和路径的自动补全功能。

3. 管道和重定向

支持管道（|）和重定向（>、<）操作。

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结语

通过本文的学习，你已经掌握了使用 Vim 和 C++ 实现一个基本 Shell 的方法。无论是开发系统工具，还是深入理解操作系统原理，这些知识都将成为你的强大武器。记住，理解 Shell 的实现原理不仅有助于编写更好的代码，更能深入理解操作系统的设计哲学。