[Linux - C语言] 自主Shell

逻辑策划 main()

先打印命令行，然后再获取用户字符串，并且判断字符串是否有效，在进行重定向检查，然后再切割字符串。将整行的命令切割为命令与命令选项，在判断是否为内键命令，如果是内建命令则不需要利用子进程替换，如果不是内建命令则利用子进程替换执行命令。
main函数代码如下：

int main()
{while(1){//命令行MakeCommandLineAndPrint();//获取用户字符串int n = GetUserCommand();if(n<=0) continue;//检查重定向CheckRedir();//切割字符SplitCommand();//内建命令n = CheckBuildin();if(n) continue;//执行命令ExecuteCommand();filename = NULL;}return 0;
}

打印命令行 void MakeCommandLineAndPrint()

在Linux系统中的命令行中，包括了用户名USER，主机名HOSTNAME，当前目录PWD，还有身份标识符，如下图所示：

下面就让我们来一一实现吧！

用户名 USER

获取用户名，我们需要从环境变量中获取USER，这里需要使用char* getenv(const char* name)函数，参数name代表我们要查询的变量，查询后，如果成功找到了返回该环境变量，否则返回NULL。
代码参考如下：

const char* GetUserName()
{const char* UserName = getenv("USER");if(UserName == NULL) return "None";return UserName;
}

主机名 HOSTNAME

同理。

const char* GetHostName()
{const char* name = getenv("HOSTNAME");if(name==NULL) return "None";return name;
}

当前目录 PWD

const char* GetCwd()
{const char* cwd = getenv("PWD");if(cwd==NULL) return "None";return cwd;
}

SkipPath 切割目录

因为我们PWD获取的环境变量，是由用户的家目录到当前目录的绝对地址，而命令行中只是当前目录，所以我们需要对目录进行切割。
因为代码量较小，所以我们利用宏函数，用do - while结构对函数内部进行封装，利用尾指针向右移的方法切割。

#define SkipPath(p) do{ p+=strlen(p)-1,while(*p != '/') p++; }while(0)

例如：”/home/Ang/Test“ 切割后为 “/Test”

打印命令行

利用前面的函数再将其组合即可。
需要注意的是用户标识符，在bash进程的命令行中 ‘$’ 代表普通用户，'#'代表超级用户。

我们这里为了和bash的命令行区分，我们就用 ‘>’ 代表普通用户，'->'代表超级用户。
如果返回的name，为root就表示为超级用户，所以在这进行判断即可。

还需要注意的是如果我们当前位置为根目录，即honstname = "/"的时候，
如果直接使用cwd+1，就没有字符可打印了，而在根目录下命令行的此时这个位置为"/"，所以此时直接打印"/"。

void MakeCommandLineAndPrint()
{const char* name = GetUsrName();const char* hostname = GetHostName();const char* cwd = GetCwd();SkipPath(cwd);const char* ManageSign = "->";const char* CommonSign = ">";printf("[%s@%s %s]%s ",name,hostname,cwd[1]=='\0'?"/":cwd+1,!strcmp("root",name)?ManageSign:CommonSign);fflush(stdout);
}

获取用户字符串 int GetUserCommand()

在定义这个函数之前，我们现在全局定义一个字符数组，用于储存我们输入的命令，如下：

#define NUM 500
char* command[NUM];

然后利用fgets函数获取用户的行输入，如果fgets读取失败返回NULL，所以这里要进行判断。
还需要注意的是'\n'也会被读取的command中，而此时的’\n’会影响后续的命令执行，所以要将尾部的'\n'改为'\0'，再返回有效地输入个数。
而在main函数中根据读取的状态来确定是否继续执行下一步。
代码如下：

int GetUserCommand()
{char* s = fgets(command,sizeof(command),stdin);if(s == NULL) return -1;int n = strlen(command);command[n - 1]='\0';return n - 1;
}

检查重定向 void CheckRedir()

重定向的本质：是在内核中改变文件描述符表特定下标的内容，如下：

在定义这个函数之前，我们现在全局定义几个常量来表示重定向的状态，再定义一个全局的字符串指针用来指向command中的目标文件，再定义一个int变量来表示当前命令重定向的状态，如下：

#define None_Redir 0 //没有重定向
#define In_Redir   1 //输入重定向
#define Out_Refir  2 //输出重定向
#define App_Redir  3 //追加重定向int redir_type = None_Redir;
char* filename = NULL;

在此之前，我们还需要写一个宏函数，功能是：当我们找到重定向符号后，让filename指向后面的文件名称.

#define SkipSpace(cmd, pos) do{\while(1)\{\if(isspace(cmd[pos])) pos++;\else break;\}\
}while(0)

在实现了上述功能之后，这个函数的编写变得异常简单了。只需要再确认重定向符号后，将filename指向正确的文件名，并且将redir_type变为正确的重定向状态即可，需要注意的是在检测到重定向符号后，要将其改为'\0'，因为后边的内容已经不是指令了。

void CheckRedir()
{int pos = 0;int n = strlen(command);while(pos < n){if(command[pos]=='>'){if(command[pos+1]=='>'){redir_type = App_Redir;command[pos++]='\0';pos++;SkipSpace(command,pos);filename = command + pos;}else {command[pos++]='\0';redir_type = Out_Redir;SkipSpace(command,pos);filename = command + pos;}}else if(command[pos]=='<'){command[pos++]='\0';redir_type = In_Redir;SkipSpace(command,pos);filename = command + pos;}else pos++;}
}

切割字符 void SplitCommand()

因为我们输入的一行指令中间是由空格所分开的，在切割字符的时候，利用strtok函数进行切割，所以我们需要定义一个全局变量表示只有一个空格的字符串。
我们在后续利用execvp进行程序替换，所以我们需要一个全局的可以存放指令的参数。

#define SEP " "
char* gArgv[NUM];

利用strtok进行切割即可。

void SplitCommand()
{int index = 0;gArgv[index++] = strtok(command, SEP);while(gArgv[index++] =strtok(NULL, SEP));
}

内建命令 bool CheckBuildin()

内建命令不需要子进程来执行，是由bash进程直接执行的命令，所以这一类的命令不能利用子进程替换，实现需要自己编写。

直接利用strcmp来判断是否为内建命令，如果是实现相应功能并返回1，表示为内建命令。
代码如下：

bool CheckBuildin()
{int yes = 0;if(strcmp("cd",gArgv[0]) == 0){yes = 1;Cd();}else if(!strcmp("echo",gArgv[0])&&!strcmp(gArgv[1],"$?")){yes=1;printf("%d",lastcode);lastcode=0;}return yes;
}

Cd

利用chird函数来变换当前目录，再定义一个temp来存放当前目录（此时目录已经变了），再利用snprintf重写cwd，使其符合putenv的参数标准，再让putenv感谢环境变量即可。
代码如下：

void Cd()
{const char* path = gArgv[1];if(path == NULL) path = GetHome();chdir(path);char temp[SIZE*2];getcwd(temp, sizeof(temp));snprintf(cwd,sizeof(cwd),"PWD=%s",temp);putenv(cwd);
}

执行命令 void ExecuteCommand()

利用fork创建子进程，利用返回值id判断进程，如果id<0，进程就可以直接去死了，如果id=0说明是子进程，如果id>0，说明是父进程。

在子进程中，我们先用filename判断命令是否使用了重定向，如果使用了则打开相关文件，利用dup2函数，更改相关文件操作符下标，然后再执行程序替换即可。如果替换失败，利用exit退出并报告错误。

在父进程中，我们需要用waitpid等待子进程。等待子进程结束后，利用waitpid的返回值判断等待是否成功，如果返回值为负数，说明waitpid调用失败，可能是子进程不存在。再利用输出型参数status。判断子进程的运行状态，用lastcode进行更新 ，如果lastcode不为零，说明子进程有异常，打印错误即可。

void ExecuteCommand()
{pid_t id = fork();if(id < 0) Die();if(id == 0){if(filename != NULL){if(redir_type == In_Redir){int fd = open(filename,O_RDONLY);dup2(fd,0);}else if(redir_type == Out_Redir){int fd = open(filename,O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC,0666);dup2(fd,1);}else if(redir_type == App_Redir){int fd = open(filename,O_WRONLY|O_CREAT|O_APPEND,0666);dup2(fd,1);}else {}}execvp(gArgv[0],gArgv);exit(errno);}else {int status = 0;pid_t rid = waitpid(id, &status, 0);if(rid > 0){lastcode = WEXITSTATUS(status);if(lastcode != 0){printf("%s:%s:%d\n",gArgv[0],strerror(lastcode),lastcode);}}}
}

ps: lastcode是一个全局变量，用来记录子进程的退出状态，配合echo内建命令。

源代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/wait.h>
#include <errno.h>
#include <stdbool.h>
#include <ctype.h>#define NUM 1000
#define SIZE 64
#define SkipPath(p) do{ p+=strlen(p)-1; while(*p!='/') p--;  }while(0)
#define SkipSpace(cmd, pos) do {\while(1)\{\if(isspace(cmd[pos]))\pos++;\else break;\}\
}while(0)#define None_Redir 0
#define In_Redir   1
#define Out_Redir  2
#define App_Redir  3char cwd[SIZE*2];
char* gArgv[NUM];
char command[NUM];
char* filename = NULL; 
const char* SEP =" ";int redir_type = 0;
int lastcode = 0;const char* GetCwd()
{const char* cwd = getenv("PWD");if(cwd==NULL) return "None";return cwd;
}const char* GetUsrName()
{const char* name = getenv("USER");if(name==NULL) return "None";return name;
}const char* GetHostName()
{const char* name = getenv("HOSTNAME");if(name==NULL) return "None";return name;
}void MakeCommandLineAndPrint()
{const char* name = GetUsrName();const char* hostname = GetHostName();const char* cwd = GetCwd();SkipPath(cwd);const char* ManageSign = "->";const char* CommonSign = ">";printf("[%s@%s %s]%s ",name,hostname,cwd[1]=='\0'?"/":cwd+1,!strcmp("root",name)?ManageSign:CommonSign);fflush(stdout);
}int GetUserCommand()
{char* s = fgets(command,sizeof(command),stdin);if(s == NULL) return -1;int n = strlen(command);command[n - 1]='\0';return n - 1;
}void SplitCommand()
{int index = 0;gArgv[index++] = strtok(command,SEP);while(gArgv[index++] = strtok(NULL,SEP));
}void Die()
{exit(1);
}void ExecuteCommand()
{pid_t id = fork();if(id < 0) Die();if(id == 0){if(filename != NULL){if(redir_type == In_Redir){int fd = open(filename,O_RDONLY);dup2(fd,0);}else if(redir_type == Out_Redir){int fd = open(filename,O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC,0666);dup2(fd,1);}else if(redir_type == App_Redir){int fd = open(filename,O_WRONLY|O_CREAT|O_APPEND,0666);dup2(fd,1);}else {}}execvp(gArgv[0],gArgv);exit(errno);}else {int status = 0;pid_t rid = waitpid(id, &status, 0);if(rid > 0){lastcode = WEXITSTATUS(status);if(lastcode != 0){printf("%s:%s:%d\n",gArgv[0],strerror(lastcode),lastcode);}}}
}const char* GetHome()
{const char* home = getenv("HOME");if(home== NULL) return "/";return home;
}void Cd()
{const char* path = gArgv[1];if(path == NULL) path = GetHome();chdir(path);char temp[SIZE*2];getcwd(temp, sizeof(temp));snprintf(cwd,sizeof(cwd),"PWD=%s",temp);putenv(cwd);}bool CheckBuildin()
{int yes = 0;if(strcmp("cd",gArgv[0]) == 0){yes = 1;Cd();}else if(!strcmp("echo",gArgv[0])&&!strcmp(gArgv[1],"$?")){yes=1;printf("%d",lastcode);lastcode=0;}return yes;
}void CheckRedir()
{int pos = 0;int n = strlen(command);while(pos < n){if(command[pos]=='>'){if(command[pos+1]=='>'){redir_type = App_Redir;command[pos++]='\0';pos++;SkipSpace(command,pos);filename = command + pos;}else {command[pos++]='\0';redir_type = Out_Redir;SkipSpace(command,pos);filename = command + pos;}}else if(command[pos]=='<'){command[pos++]='\0';redir_type = In_Redir;SkipSpace(command,pos);filename = command + pos;}else pos++;}
}int main()
{while(1){//命令行MakeCommandLineAndPrint();//获取用户字符串int n = GetUserCommand();if(n<=0) continue;//检查重定向CheckRedir();//切割字符SplitCommand();//内建命令n = CheckBuildin();if(n) continue;//执行命令ExecuteCommand();filename = NULL;}return 0;
}

结语

以上就是本期的全部内容了，喜欢就多多关注吧！！！
下期会继续完善的捏！