【Linux】解锁Shell脚本编写秘籍，编程高手之路等你开启

奶芙c2024-09-11 15:03

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  • [1. 打印命令行提示符](#1. 打印命令行提示符)
  • [2. 获取用户输入的命令行字符串](#2. 获取用户输入的命令行字符串)
  • [3. 对命令行字符串进行解析(分割）](#3. 对命令行字符串进行解析(分割）)
  • [4. 处理内建命令](#4. 处理内建命令)
    • [4.1. 内建命令</h3>](#4.1. 内建命令)
    • [4.2. 外部命令](#4.2. 外部命令)
    • [4.3. cd](#4.3. cd)
    • [4.5. export](#4.5. export)
    • [4.6. echo](#4.6. echo)
  • [5. 执行命令](#5. 执行命令)
    • [5.1. 创建子进程进行程序替换](#5.1. 创建子进程进行程序替换)
  • [6. 重定向</h2>](#6. 重定向)
  • [7. 总代码](#7. 总代码)

1. 打印命令行提示符

c 复制代码 
#include<stdlib.h>

char* HostName() //获取主机名
{
    char* ret = getenv("HOSTNAME"); 
    if(ret) return ret;
    else return (char*)"None";
}
 
char* UserName() //获取用户名
{
    char* ret = getenv("USER");
    if(ret) return ret;
    else return (char*)"None";                                                         
}
    
char* CurrentWorkdir() //获取当前工作目录
{
    char* ret = getenv("PWD");
    if(ret) return ret;
    else return (char*)"None";
}

int main()
{
    //打印命令行提示符 
    //读取环境变量的内容 / 调用函数(gethostname获取主机名、getcwd获取当前工作目录)
    printf("[%s@%s %s]#", UserName(), HostName(), CurrentWorkdir());
}

2. 获取用户输入的命令行字符串

  1. 可以使用scanf读取字符串吗？
  • 答：不能，scanf用于从标准输入(键盘)读取格式化输入，读取字符串时，scanf会在遇到空白字符(空格、换行符\n、制表符\t等)时停止读取，并将读取的字符串存储到字符数组中。
  1. char* fgets(char* str, int size, FILE* stream)；

  • 功能：从指定的文件流stream中读取一行（直到遇到换行符\n、文件结束符EOF、已读取了n-1个字符为止），并将读取的字符串（包括换行符，如果有的话）存储在str指向的数组中，并在数组的末尾添加'\0'来标记字符串的结束。

  • 优点：可以限制读取的字符数，防止缓冲区溢出，并且可以读取包含空格的字符串。

  • 缺点：如果读取的行比指定的长度n还要长，则多余的字符会被留在输入缓冲区中。

文件流stream是程序用于输入和输出的基本抽象，stdin为标准输入流(键盘)、stdout为标准输出流(控制台或终端)、stderr为标准错误输出流。

c 复制代码 
#include<stdlib.h>

#define SIZE 1024

int Interative(char* in)
 {
    printf("[%s@%s %s]#", UserName(), HostName(), CurrentWorkdir());                                                      
    fgets(in, SIZE, stdin);  
    in[strlen(in) - 1] = '\0';  //移除换行字符\n
    
    return strlen(in) - 1;  //处理空串""情况
}

int main()
{
    char CommandLine[SIZE]; //存储用户输入的命令行字符串

    while(1)
    {
        //打印命令行提示符+获取用户输入的命令行字符串                                      
        int n =  Interative(CommandLine);  
        if(n == 0) continue;  //空串，用户继续输入
    }

    return 0;
}

问：为什么用fegets读取一行字符串时，需要单独处理换行字符'\n'？

  • 因为我们在键盘中输入时，会多按一个回车字符'\n'，但对于命令来说，这个字符是无任何作用的，所以对于命令行参数表而言，不能存储带有换行的命令或选项。如：ls回车，实际上就是执行ls命令。

3. 对命令行字符串进行解析(分割）

char* strtok(char* str，const char* delim)；

  • 首次调用：它接受两个参数(待分解的字符串、分割符字符串)，函数会在str中查找delim中的任意一个字符，一旦找到，就将该字符替换为字符串结束符'\0'，并返回指向当前令牌(分隔符之前的字符串)的指针。

  • 后续调用：在首次调用后，每次调用strtok，应将第一个参数设置为NULL，以便函数从上次分解的位置查找并分解字符串。

c 复制代码 
#include<stdlib.h>
#include<string.h>

#define SIZE 1024

char* argv[SIZE]; //相当于main函数的命令行参数表，末尾一定要以NULL结尾

void Split(char* in)
{
    int i = 0;
    argv[i++] = strtok(in, SP);  //首次调用
    while(argv[i++] = strtok(NULL, SP)); //后续调用

    if(strcmp("ls", argv[0]) == 0) 
    {
       argv[i-1] = (char*)"--color";   //加上后，ls显示内容，颜色为auto                   
       argv[i] = NULL; //argv以NULL结尾，便于子进程在进程程序替换时参数的传递
    }
}

int main()
{
    char CommandLine[SIZE]; 

    while(1)
    {
        //1.打印命令行提示符+获取用户输入的命令行字符串                                      
        int n =  Interative(CommandLine);  
        if(n == 0) continue;  //空串，用户继续输入

        //2.分割命令行字符串
        Split(CommandLine);
    }

    return 0;
}

4. 处理内建命令

4.1. 内建命令

  1. 概念：是shell内部直接提供并实现的命令，不要shell创建子进程来调用一个独立的外部程序(exe函数)来执行，而是由shell本身解释并执行。

  2. 可用性和依赖性：内建命令随shell的安装而自动提供，不需要额外的安装。

  3. 常见的内建命令：cd、echo、export、pwd、exit等。

4.2. 外部命令

  1. 概念：由用户自己编写的程序或者从外部引入的程序，它作为独立的程序存在于文件系统中，需要shell调用OS来执行一系列操作(创建子进程、子进程进行程序替换、子进程执行外部命令)。

  2. 可用性和依赖性：通常需要单独安装，并依赖于特定的OS和环境。

4.3. cd

问1：为什么会出现bash的当前工作目录，以及提示符中的工作目录，并未发生修改？

  • cd会被当作为外部命令，bash创建子进程，由子进程进行程序替换，执行cd命令，子进程执行完毕，就会退出，父进程无任何影响，所以只改变了子进程的当前工作目录。

int chdir(const char* path)；

  • 功能：改变当前工作目录，但不会更新环境变量PWD中的内容。

int snprintf(char* str，size_t size，const char* format，. . .）;

  • 可以将多个变量值合并为单一的、格式化的字符串。
c 复制代码 
int BuiltinCmd()
{
    int ret = 0; //用于判断是否为内建命令，不是，则为0、是，则为1
    if(strcmp("cd", argv[0]) == 0)
    {
        ret = 1; 
        char* target = argv[1]; //需要切换的路径
        if(!target) target = getenv("HOME"); //cd,表示切换到家目录中
        
        chdir(target); //改变当前工作目录，但不改变环境变量PWD的内容
        
        char tmp[SIZE]; 
        snprintf(tmp, SIZE, "PWD=%s", target);  //多变一
        putenv(tmp);   //修改或者新增环境变量                                              
 }

return ret;
}

char* getcwd(char* buf，size_t size)；

c 复制代码 
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>

#define SIZE 1024

char* argv[SIZE]; //相当于main函数的命令行参数表，末尾一定要以NULL结尾

int BuiltinCmd()
{
    int ret = 0; //用于判断是否为内建命令，不是，则为0、是，则为1
    if(strcmp("cd", argv[0]) == 0)
    {
        ret = 1; 
        char* target = argv[1]; //需要切换的路径
        if(!target) target = getenv("HOME"); //cd,表示切换到家目录中
        chdir(target); //更改当前工作目录
        
        char tmp[SIZE];  //存储获取到的当前工作目录的绝对路径
        char pwd[SIZE];  //存储更改后的环境变量PWD的内容
        getcwd(tmp, SIZE);  //获取当前工作目录的绝对路径
                            
        snprintf(pwd, SIZE, "PWD=%s", tmp); //多变一，拼接
    
        putenv(pwd); //修改环境变量PWD的内容
    }

    return ret;
}

int main()
{
    char CommandLine[SIZE]; 

    while(1)
    {
        //1.打印命令行提示符+获取用户输入的命令行字符串                                      
        int n =  Interative(CommandLine);  
        if(n == 0) continue;  //空串，用户继续输入

        //2.分割命令行字符串
        Split(CommandLine);

        //3.处理内建命令
        n = BuiltinCmd();
        if(n) continue;
    }

    return 0;
}

4.5. export

c 复制代码 
int BuiltinCmd()
{
    int ret = 0; 
    if(strcmp("export", argv[0]) == 0)
    {
        ret = 1;
        if(argv[1])
        {
             putenv(argv[1]);                                    
        }  
    }
    
    return ret;
}

问：为什么第一次export新增环境变量成功，但再输入了其他指令，这个新增的环境变量就不见了？

  • 因为argv为字符指针数组，执行完export后，再输入其他指令，则argv中原有的内容就会被其他指令所覆盖。
c 复制代码 
char env[SIZE]; //相当于环境变量表，存储新增的环境变量

int BuiltinCmd()
{
    if(strcmp("export", argv[0]) == 0)
    int ret = 0; 
    {
        ret = 1;
        if(argv[1])
        {
            strcpy(env, argv[1]); //将新增的环境变量的内容，拷贝到环境变量表中
            putenv(env);                                 
        }  
    }
    
    return ret;
}

4.6. echo

c 复制代码 
char env[SIZE]; //相当于环境变量表，存储新增的环境变量

int BuiltinCmd()
{
    if(strcmp("echo", argv[0]) == 0)
     {                                                       
        ret = 1;
        if(!argv[1])  //echo:打印一个空行
            printf("\n");
        else if(argv[1][0] != '$') 
            printf("%s\n", argv[1]); //echo aaaa:打印aaaa
        else 
        {
            if(argv[1][1] == '?')
            {
                printf("%d\n", exit_code); //echo $?:打印退出码
                exit_code = 0; //便于在执行echo $?时,退出码=0
            }
            else 
                printf("%s\n", getenv(argv[1] + 1)); //echo $USER:打印环境变量的内容
        }
    }

    return ret;
}

5. 执行命令

1.Shell脚本编写，bash执行命令时，通常会创建子进程，让子进程执行程序替换。

  1. 原因：a. bash是命令行解释器，需要一直执行命令，若让父进程进行替换，执行命令，则父进程就会退出；b. 进程之间具有独立性，子进程进行替换，对父进程无影响。

5.1. 创建子进程进行程序替换

c 复制代码 
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>

#define SIZE 1024
#define SP " "

char* argv[SIZE];

int exit_code;  //全局变量，存储子进程的退出码，便于echo $?直接输出退出码

void Execute()
{
    pid_t id = fork(); 
       
    if(id == 0)
    {
        execvp(argv[0], argv); //程序替换，执行命令
        exit(1);  //子进程退出
    }
  
    int status = 0;
    pid_t rid = waitpid(id, &status, 0); //父进程等待，进行回收子进程的资源
    if(rid > 0)
    {
        exit_code = WEXITSTATUS(status); //正常退出，获取子进程的退出码
    }                                                                              
}


int main()
{
    char CommandLine[SIZE]; 

    while(1)
    {
        //1.打印命令行提示符+获取用户输入的命令行字符串                                      
        int n =  Interative(CommandLine);  
        if(n == 0) continue;  //空串，用户继续输入

        //2.分割命令行字符串
        Split(CommandLine);

        //4.执行命令(创建子进程，进行替换)
        Execute();
    }

    return 0;
}

6. 重定向

  1. 为什么要宏定义多个整数，定义全局变量redir_type?

  • 重定向有三种类型：输出重定向>、追加重定向>>、输出重定向。

  • 我们需要在命令行参数中，查找是否有重定向，如果有重定向，就需要获取重定向的类型，从而在根据重定向的类型执行对应的指令。

所以我们用宏定义多个整数，来表示重定向的类型； 定义一个全局变量redir_type，用来记录获取到的重定向的类型

c 复制代码 
#define NoneRedir -1
#define StdinRedir 0
#define StdoutRedir 1
#define AppenRedir 2

char* filename = NULL;
int redir_type = -1;
  1. 通常来说，重定向由三部分组成：要执行的命令 重定向符号 文件名(如：ls -l > log.txt)。
  • 我们需要获取两部分内容：将要执行的命令进行分割，获取重定向文件。
c 复制代码 
char* filename = NULL;
  1. 执行流程：首先判断是否包含重定向(checkRedir)；再把我们要执行的命令进行分分割(将重定向字符设置为'\0'，这样strtok只能切割要执行的命令)；最后让子进程执行重定向操作。
c 复制代码 
#define IsSpace(buf, pos) do{while(isspace(buf[pos])) pos      ++;}while(0)

while(0)目的：可以在使用宏定义的函数处，结尾加上分号(;）可以消除宏和函数之间的这部分差异，让宏看起来更像个函数。

c 复制代码 
//用宏定义多个整数，来表示重定向的类型
#define NoneRedir -1
#define StdinRedir 0
#define StdoutRedir 1
#define AppenRedir 2

char* filename = NULL; //记录文件名
int redir_type = -1;  //记录重定向类型

//去除命令行参数中的空格(连续空格)
#define IsSpace(buf, pos) do{while(isspace(buf[pos])) pos++;}while(0)

//检查是否包含重定向符号
void CheckRedir(char* in)
{
    filename = NULL;
    redir_type = -1;
    
    int pos = strlen(in) - 1; //从命令行参数字符串后面往前找
    while(pos >= 0)
    {
        if(in[pos] == '>') 
        {
            if(in[pos - 1] == '>') //追加重定向
            {
                redir_type = 2;                          
                in[pos - 1] = '\0'; //便于将要执行的命令分割开
                pos++; //当前pos位置不是空格，isspace函数为假，直接返回
                IsSpace(in, pos);  //跳过空格
                filename = in + pos; //获取文件名
                break; //记录完毕，就立即退出
             }
             else   //输出重定向
             {
                 redir_type = 1;
                 in[pos] = '\0';
                 pos++;
                 IsSpace(in, pos);             
                 filename = in + pos;
                 break;
             }
        }
        else if(in[pos] == '<') //输入重定向
        {
            redir_type = 0;
            in[pos] = '\0';
            pos++;
            IsSpace(in, pos);
            filename = in + pos;
            break;
        }
        else 
        { 
            pos--;
        }
    }
}

void Split(char* in)
{
    CheckRedir(in); //在分割之前，先判断是否包含重定向符号
    
    int i = 0;
    argv[i++] = strtok(in, SP);  //首次调用
    while(argv[i++] = strtok(NULL, SP)); //后续调用

    if(strcmp("ls", argv[0]) == 0) 
    {
       argv[i-1] = (char*)"--color";   //加上后，ls显示内容，颜色为auto                   
       argv[i] = NULL; //argv以NULL结尾，便于子进程在进程程序替换时参数的传递
    }
}

void Execute()
{
    pid_t id = fork(); 
       
    if(id == 0)  
    {
        //让子进程执行重定向
        int fd = -1;                                     
        if(redir_type == StdinRedir)
        {
            fd = open(filename, O_RDONLY);
            dup2(fd, 0);  //改变文件描述符的执行,从而实现输入、输出重定向
        }
        else if(redir_type == StdoutRedir)
        {
            fd = open(filename, O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC, 0666);
            dup2(fd, 1);
        }
        else if(redir_type == AppenRedir)
        {
            fd = open(filename, O_WRONLY|O_CREAT|O_APPEND      , 0666);
            dup2(fd, 1);
        }
  
        execvp(argv[0], argv); //程序替换，执行命令
        exit(1);  //子进程退出
    }
  
    int status = 0;
    pid_t rid = waitpid(id, &status, 0); //父进程等待，进行回收子进程的资源
    if(rid > 0)
    {
        exit_code = WEXITSTATUS(status); //正常退出，获取子进程的退出码
    }                                                                              
}

7. 总代码

c 复制代码 
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>
#include<ctype.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>

#define SIZE 1024
#define SP " "

char* argv[SIZE]; 
char env[SIZE]; //相当于环境变量表，存储新增的环境变量

int exit_code;  //全局变量，存储子进程的退出码，便于echo $?直接输出退出码

//以下都和重定向有关
//用宏定义多个整数，来表示重定向的类型
#define NoneRedir -1
#define StdinRedir 0
#define StdoutRedir 1
#define AppenRedir 2

char* filename = NULL; //记录文件名
int redir_type = -1;  //记录重定向类型

//去除命令行参数中的空格(连续空格)
#define IsSpace(buf, pos) do{while(isspace(buf[pos])) pos++;}while(0)


char* HostName() //获取主机名
{
    char* ret = getenv("HOSTNAME"); 
    if(ret) return ret;
    else return (char*)"None";
}
 
char* UserName() //获取用户名
{
    char* ret = getenv("USER");
    if(ret) return ret;
    else return (char*)"None";                                                         
}
    
char* CurrentWorkdir() //获取当前工作目录
{
    char* ret = getenv("PWD");
    if(ret) return ret;
    else return (char*)"None";
}

int Interative(char* in)
 {
    printf("[%s@%s %s]#", UserName(), HostName(), CurrentWorkdir());                                                      
    fgets(in, SIZE, stdin);  
    in[strlen(in) - 1] = '\0';  //移除换行字符\n
    
    return strlen(in) - 1;  //处理空串""情况
}

//检查是否包含重定向符号
void CheckRedir(char* in)
{
    filename = NULL;
    redir_type = -1;
    
    int pos = strlen(in) - 1; //从命令行参数字符串后面往前找
    while(pos >= 0)
    {
        if(in[pos] == '>') 
        {
            if(in[pos - 1] == '>') //追加重定向
            {
                redir_type = 2;                          
                in[pos - 1] = '\0'; //便于将要执行的命令分割开
                pos++; //当前pos位置不是空格，isspace函数为假，直接返回
                IsSpace(in, pos);  //跳过空格
                filename = in + pos; //获取文件名
                break; //记录完毕，就立即退出
             }
             else   //输出重定向
             {
                 redir_type = 1;
                 in[pos] = '\0';
                 pos++;
                 IsSpace(in, pos);             
                 filename = in + pos;
                 break;
             }
        }
        else if(in[pos] == '<') //输入重定向
        {
            redir_type = 0;
            in[pos] = '\0';
            pos++;
            IsSpace(in, pos);
            filename = in + pos;
            break;
        }
        else 
        { 
            pos--;
        }
    }
}

void Split(char* in)
{
    CheckRedir(in); //在分割之前，先判断是否包含重定向符号
    
    int i = 0;
    argv[i++] = strtok(in, SP);  //首次调用
    while(argv[i++] = strtok(NULL, SP)); //后续调用

    if(strcmp("ls", argv[0]) == 0) 
    {
       argv[i-1] = (char*)"--color";   //加上后，ls显示内容，颜色为auto                   
       argv[i] = NULL; //argv以NULL结尾，便于子进程在进程程序替换时参数的传递
    }
}

int BuiltinCmd()
{
    if(strcmp("echo", argv[0]) == 0)
     {                                                       
        ret = 1;
        if(!argv[1])  //echo:打印一个空行
            printf("\n");
        else if(argv[1][0] != '$') 
            printf("%s\n", argv[1]); //echo aaaa:打印aaaa
        else 
        {
            if(argv[1][1] == '?')
            {
                printf("%d\n", exit_code); //echo $?:打印退出码
                exit_code = 0; //便于在执行echo $?时,退出码=0
            }
            else 
                printf("%s\n", getenv(argv[1] + 1)); //echo $USER:打印环境变量的内容
        }
    }
    else if(strcmp("cd", argv[0]) == 0)
    {
        ret = 1; 
        char* target = argv[1]; //需要切换的路径
        if(!target) target = getenv("HOME"); //cd,表示切换到家目录中
        
        chdir(target); //更改当前工作目录
        
        char tmp[SIZE];  //存储获取到的当前工作目录的绝对路径
        char pwd[SIZE];  //存储更改后的环境变量PWD的内容
        getcwd(tmp, SIZE);  //获取当前工作目录的绝对路径
                            
        snprintf(pwd, SIZE, "PWD=%s", tmp); //多变一，拼接
    
        putenv(pwd); //修改环境变量PWD的内容
    }
    else if(strcmp("export", argv[0]) == 0)
    int ret = 0; 
    {
        ret = 1;
        if(argv[1])
        {
            strcpy(env, argv[1]); //将新增的环境变量的内容，拷贝到环境变量表中
            putenv(env);                                 
        }  
    }

    return ret;
}

void Execute()
{
    pid_t id = fork(); 
       
    if(id == 0)  
    {
        //让子进程执行重定向
        int fd = -1;                                     
        if(redir_type == StdinRedir)
        {
            fd = open(filename, O_RDONLY);
            dup2(fd, 0);  //改变文件描述符的执行,从而实现输入、输出重定向
        }
        else if(redir_type == StdoutRedir)
        {
            fd = open(filename, O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC, 0666);
            dup2(fd, 1);
        }
        else if(redir_type == AppenRedir)
        {
            fd = open(filename, O_WRONLY|O_CREAT|O_APPEND      , 0666);
            dup2(fd, 1);
        }
  
        execvp(argv[0], argv); //程序替换，执行命令
        exit(1);  //子进程退出
    }
  
    int status = 0;
    pid_t rid = waitpid(id, &status, 0); //父进程等待，进行回收子进程的资源
    if(rid > 0)
    {
        exit_code = WEXITSTATUS(status); //正常退出，获取子进程的退出码
    }
}



int main()
{
    char CommandLine[SIZE]; 

    while(1)
    {
        //1.打印命令行提示符+获取用户输入的命令行字符串                                      
        int n =  Interative(CommandLine);  
        if(n == 0) continue;  //空串，用户继续输入

        //2.分割命令行字符串
        Split(CommandLine);

        //3.处理内建命令
        n = BuiltinCmd();
        if(n) continue;

        //4.执行命令(创建子进程，进行替换            
        Execute();
    }
  
    return 0;
}
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