什么是shell？
Shell（壳）是指命令行界面（CLI）或脚本语言，它为用户提供了与操作系统交互的方式。它是一个程序，从用户那里接收命令，并通过与操作系统内核交互来执行这些命令。Shell充当用户和操作系统之间的中介，允许用户执行各种任务，运行程序，操作文件和目录，并通过脚本实现任务自动化。
在Xshell上使用一下shell
在使用Shell时，您在Shell提示符中键入命令，Shell执行这些命令并返回输出。
下图中红圈中的字符串都是linux系统通过shell来执行的一些命令
模拟实现shell
思路
主要的程序逻辑就是在main()函数中。通过一个无限循环，不断等待用户输入命令并执行。
- getUserCommand()获取用户输入的命令字符串。
- commandSplit()将命令字符串按照分隔符分割成参数列表。
- doBuildin()检查是否为内建命令，如果是，则执行相应的操作。
如果不是内建命令，则调用execute()函数执行命令。 - execute()函数使用fork()创建子进程，在子进程中调用execvp()函数执行命令，父进程等待子进程执行完毕。
这样，代码就完成了一个简单的Shell程序，能够处理用户输入的命令，并执行相应的操作。
代码实现
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <unistd.h> #include <sys/types.h> #include <sys/wait.h> #define NUM 1024 #define SIZE 64 #define SEP " " char usercommand[NUM]; char cwd[1024]; char enval[100][100];//测试 int count_enval=0; int lastcode; const char *getUsername() { const char *name = getenv("USER"); if(name) return name; else return "none"; } const char *getHostname() { const char *hostname = getenv("HOSTNAME"); if(hostname) return hostname; else return "none"; } const char *getCwd() { const char *cwd = getenv("PWD"); if(cwd) return cwd; else return "none"; } //打印命令行提示符，获取用户命令字符串 int getUserCommand(char *command, int num) { printf("[%s@%s %s]# ", getUsername(), getHostname(), getCwd()); char *r = fgets(command, num, stdin); // 最终你还是会输入\n if(r == NULL) return -1; // "abcd\n" "\n" command[strlen(command) - 1] = '\0'; // 有没有可能越界？不会 return strlen(command); } //分割字符串 void commandSplit(char *in,char **out) { int argc=0; out[argc++]=strtok(in,SEP); while(out[argc++]=strtok(NULL,SEP)); //for (int i=0;out[i];i++) //{ // printf("%d:%s\n",i,out[i]); //} } int execute(char *argv[]) { pid_t id=fork(); if(id<0) { return -1; } if(id==0) { execvp(argv[0],argv); exit(1); } else { int status=0; pid_t rid=waitpid(-1,&status,0); if(rid>0) { lastcode=WEXITSTATUS(status); } } return 0; } void cd(const char* path ) { chdir(path); char tmp[1024]; getcwd(tmp,sizeof(tmp)); sprintf(cwd,"PWD=%s",tmp); putenv(cwd); } //内键情况 int doBuildin(char *argv[]) { if(strcmp(argv[0],"cd")==0) { char * path=NULL; if(argv[1]==NULL) { path="."; } else path=argv[1]; cd(path); return 1; } else if(strcmp(argv[0],"exprot")==0) { if(argv==NULL)return 1; strcpy(enval[count_enval],argv[1]); putenv(enval[count_enval]); count_enval++; return 1; } else if(strcmp(argv[0],"echo")==0) { char *val =argv[1]+1; if(strcmp(val,"?")==0) { printf("%d\n",lastcode); lastcode=0; } else { printf("%s\n",getenv(val)); } return 1; } return 0; } int main() { while(1) { char *argv[SIZE]; //1.打印命令行提示符，获取用户命令字符串 int n=getUserCommand(usercommand,sizeof(usercommand)); if(n<0)continue; //2.分割字符串 commandSplit(usercommand,argv); //3. 内键情况（cd,exprot...） n=doBuildin(argv); if(n) continue; //4.执行对应的命令 execute(argv); } return 0; }
运行结果：
代码讲解
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <unistd.h> #include <sys/types.h> #include <sys/wait.h> 这些头文件包含了在程序中使用的各种函数和类型的声明。
定义常量和全局变量： #define NUM 1024 #define SIZE 64 #define SEP " " char usercommand[NUM]; char cwd[1024]; char enval[100][100];//测试 int count_enval=0; int lastcode;
stdio.h、stdlib.h、string.h、unistd.h、sys/types.h、sys/wait.h：包含了一些标准库函数和系统调用的声明。
NUM和SIZE：定义了一些常量，用于数组的大小。
SEP：定义了命令参数的分隔符。
usercommand[NUM]：存储用户输入的命令字符串。
cwd[1024]：存储当前工作目录的路径。
enval[100][100]：存储环境变量的字符串数组。
count_enval：环境变量计数器。
lastcode：上一个命令的退出状态码。
- getUsername(), getHostname(), getCwd(): 这些函数用于获取当前用户名、主机名和工作目录。
- getUserCommand(char *command, int num): 这个函数用于获取用户输入的命令，并返回命令的长度。
- commandSplit(char *in, char *out[]): 这个函数将输入的命令字符串按照分隔符分割成一个个参数，存储在out数组中。
- execute(char *argv[]): 这个函数使用fork()创建子进程，并在子进程中执行命令。
- cd(const char *path): 这个函数用于实现cd命令，改变当前工作目录。
- doBuildin(char *argv[]): 这个函数用于执行内建命令（如cd、export、echo）。
下面是对每一个函数的详细解释：
getUsername()
const char *getUsername() { const char *name = getenv("USER"); if (name) return name; else return "none"; }
该函数用于获取当前用户名。它通过调用getenv()函数获取环境变量"USER"的值，并返回该值作为用户名。如果环境变量不存在，则返回字符串"none"。
getHostname()
const char *getHostname() { const char *hostname = getenv("HOSTNAME"); if (hostname) return hostname; else return "none"; }
该函数用于获取当前主机名。它通过调用getenv()函数获取环境变量"HOSTNAME"的值，并返回该值作为主机名。如果环境变量不存在，则返回字符串"none"。
getCwd()
const char *getCwd() { const char *cwd = getenv("PWD"); if (cwd) return cwd; else return "none"; }
该函数用于获取当前工作目录。它通过调用getenv()函数获取环境变量"PWD"的值，并返回该值作为工作目录。如果环境变量不存在，则返回字符串"none"。
getUserCommand(char *command, int num)
int getUserCommand(char *command, int num) { printf("[%s@%s %s]# ", getUsername(), getHostname(), getCwd()); char *r = fgets(command, num, stdin); if (r == NULL) return -1; command[strlen(command) - 1] = '\0'; return strlen(command); }
该函数用于获取用户输入的命令。它首先打印出类似"[username@hostname cwd]#"的提示符，然后使用fgets()函数从标准输入中读取用户输入的命令字符串。读取成功后，函数会去掉字符串末尾的换行符，并返回命令的长度。如果读取失败，函数返回-1。
commandSplit(char *in, char *out[])
void commandSplit(char *in, char *out[]) { int argc = 0; out[argc++] = strtok(in, SEP); while (out[argc++] = strtok(NULL, SEP)); }
该函数将输入的命令字符串按照分隔符进行分割，并将分割得到的参数存储在out数组中。分割过程使用strtok()函数，第一次调用时传入原始字符串和分隔符，后续调用传入NULL和分隔符。分割完成后，out数组中存储了每个参数的地址。函数没有返回值，通过参数传递分割得到的参数列表。
execute(char *argv[])
int execute(char *argv[]) { pid_t id = fork(); if (id < 0) return -1; else if (id == 0) // child { execvp(argv[0], argv); exit(1); } else // father { int status = 0; pid_t rid = waitpid(id, &status, 0); if (rid > 0) { lastcode = WEXITSTATUS(status); } } return 0; }
该函数用于执行命令。它首先调用fork()函数创建一个子进程，然后在子进程中调用execvp()函数执行指定的命令。如果fork()失败，函数返回-1。如果是子进程，调用execvp()执行命令，并在执行完毕后调用exit(1)退出子进程。如果是父进程，使用waitpid()函数等待子进程的结束，并获取子进程的退出状态码。最后，将子进程的退出码存储在lastcode变量中。
cd(const char* path )
void cd(const char* path ) { chdir(path); char tmp[1024]; getcwd(tmp,sizeof(tmp)); sprintf(cwd,"PWD=%s",tmp); putenv(cwd); }
调用chdir()函数改变当前工作目录为传入的路径。
使用getcwd()函数获取当前工作目录的路径，并存储在临时数组tmp中。
使用sprintf()函数将路径格式化为"PWD=路径"的形式，并存储在cwd字符串中。
使用putenv()函数将cwd设置为环境变量。
doBuildin(char *argv[])
//内键情况 int doBuildin(char *argv[]) { if(strcmp(argv[0],"cd")==0) { char * path=NULL; if(argv[1]==NULL) { path="."; } else path=argv[1]; cd(path); return 1; } else if(strcmp(argv[0],"exprot")==0) { if(argv==NULL)return 1; strcpy(enval[count_enval],argv[1]); putenv(enval[count_enval]); count_enval++; return 1; } else if(strcmp(argv[0],"echo")==0) { char *val =argv[1]+1; if(strcmp(val,"?")==0) { printf("%d\n",lastcode); lastcode=0; } else { printf("%s\n",getenv(val)); } return 1; } return 0; }
根据传入的参数数组argv[]判断是否是内键命令。
如果是cd命令，判断是否提供了路径参数，如果没有，则将路径设置为当前目录；否则，使用cd()函数切换到指定路径。
如果是export命令，判断是否提供了参数，如果没有，则返回；否则，将参数复制到enval数组中，并使用putenv()函数将其设置为环境变量，同时递增count_enval计数器。
如果是echo命令，从参数中提取变量名，并判断变量名是否为"?"，如果是，则打印上一个命令的退出状态码；否则，使用getenv()函数获取指定变量的值，并打印出来。
如果是以上内键命令之一，返回1；否则，返回0。
int main() { while(1) { char *argv[SIZE]; //1.打印命令行提示符，获取用户命令字符串 int n=getUserCommand(usercommand,sizeof(usercommand)); if(n<0)continue; //2.分割字符串 commandSplit(usercommand,argv); //3. 内键情况（cd,exprot...） n=doBuildin(argv); if(n) continue; //4.执行对应的命令 execute(argv); } return 0; }
main()函数：
进入一个无限循环，用于不断接收用户的命令并执行。
定义参数数组argv[SIZE]。
调用getUserCommand()函数获取用户命令字符串。
如果获取失败，则继续下一次循环。
调用commandSplit()函数将命令字符串分割为参数数组argv[]。
调用doBuildin()函数判断是否是内建命令并执行。
如果是内键命令，则继续下一次循环。
调用execute()函数执行命令。
返回0，结束程序运行。
总结
代码实现了一个简单的交互式shell，能够解析用户输入的命令并执行相应的操作。内键命令包括cd切换目录，export设置环境变量，echo打印变量值。其他命令会通过fork()创建子进程并调用execvp()执行外部命令。
（本章完）
