自制简易 Shell：像搭建积木小屋一样打造命令交互小天地

[打造小屋的 "身份牌"](#打造小屋的 “身份牌”)

[接收指令：小屋的 "对讲机"](#接收指令：小屋的 “对讲机”)

[执行指令：小屋的 "行动队"](#执行指令：小屋的 “行动队”)

[特殊指令：小屋的 "特色功能"](#特殊指令：小屋的 “特色功能”)

啥是 Shell 呢？打个比方，**它就像是你和计算机底层系统之间的 "翻译官" 和 "大管家"。**你给它下指令，它就能帮你调动计算机的各种资源去完成任务，就像你跟管家说 "我要整理文件"，管家就会去安排人手（计算机资源）帮你搞定。

准备工作：搭建小屋的材料

cpp 复制代码

#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 cwd[1024];
char enval[1024];
int lastcode = 0;

看代码开头，引入了一堆头文件，这就好比搭建积木小屋前得准备好各种工具。<stdio.h>是负责输入输出的，就像小屋的 "门窗"，能让信息进进出出；<stdlib.h>提供了一些通用的工具函数，像是搭建小屋时的 "万能螺丝刀"；<string.h>专门处理字符串，就像给积木贴上好看标签的工具；<unistd.h>和<sys/types.h>、<sys/wait.h>则是和系统交互的关键，好比是和外界沟通获取搭建材料的渠道。

后面定义的几个宏和变量也很重要。NUM和SIZE就像是规定了积木的大小和数量上限，给我们的小屋搭建划定了一个范围。cwd、enval和lastcode则像是小屋里的 "储物箱"，用来存放当前工作目录、环境变量相关信息以及上一个命令的退出码。

打造小屋的 "身份牌"

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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";
}

这几个函数就像是在给咱们的小屋制作 "身份牌"。getUsername函数去系统环境变量里找 "USER"，就像在小屋里翻翻找找，看看住在这里的人叫啥名字。要是找到了，就把名字亮出来，找不到就说 "none"。getHostname和getCwd函数也是类似的道理，一个是找计算机的主机名，一个是找当前工作目录，就好比确定小屋在哪个小区（主机），具体门牌号是啥（工作目录）。

接收指令：小屋的 "对讲机"

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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);
}

getUserCommand函数就像是小屋里的 "对讲机"。它先打印出一个提示符，格式是[用户名@主机名当前工作目录]# ，就像管家在小屋门口喊 "我准备好接收指令啦！" 然后通过fgets从标准输入（也就是你在键盘上敲的内容）读取用户输入的命令，存到command这个 "小纸条" 里。要是没读取成功，就返回 -1 ，读取成功了就把命令末尾的换行符去掉，整理得干干净净，再返回命令的长度。

拆解指令：把大任务拆成小积木

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void commandSplit(char *in, char *out[])
{
    int argc = 0;
    out[argc++] = strtok(in, SEP);
    while (out[argc++] = strtok(NULL, SEP))
        ;
}

commandSplit函数干的活，就像是把一大块复杂的积木拆解成一个个小积木。它用strtok函数把用户输入的命令字符串（in），按照SEP（这里是空格）这个分隔符，拆分成一个个单词，然后把这些单词分别放到out这个 "小格子" 数组里。这样，原本一长串的命令，就被整理得井井有条，方便后续处理。

执行指令：小屋的 "行动队"

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int execute(char *argv[])
{
    pid_t id = fork();
    if (id < 0)
    {
        return -1;
    }
    else if (id == 0)
    {
        execvp(argv[0], argv);
        exit(1);
    }
    else
    {
        int status = 0;
        pid_t rid = waitpid(id, &status, 0);
        if (rid > 0)
        {
            lastcode = WEXITSTATUS(status);
        }
    }
    return 0;
}

execute函数就是小屋里的 "行动队"。它先用fork函数创建一个子进程，就像是派出一个分身去干活。要是创建失败（id < 0 ），就返回 -1 表示任务失败。要是分身（子进程，id == 0 ）创建成功，就通过execvp函数去执行用户输入的命令，要是执行出问题了，就用exit(1)结束子进程。而原来的进程（父进程）则通过waitpid函数等着分身回来报告情况，要是等回来了（rid > 0 ），就把分身的退出码存到lastcode里，就像记录下这次行动的结果。

特殊指令：小屋的 "特色功能"

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void cd(const char *path)
{
    chdir(path);
    char tmp[1024];
    getcwd(tmp, sizeof(tmp));
    sprintf(cwd, "PWD=%s", tmp);
    putenv(cwd);
}

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], "export") == 0)
    {
        if (argv[1] == NULL)
            return 1;
        strcpy(enval, argv[1]);
        putenv(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;
    }
    else if (0)
    {
    }

    return 0;
}

这里定义的cd和doBuildin函数，给小屋增添了一些 "特色功能"。cd函数就像小屋的 "搬家工具"，它能改变当前工作目录，然后更新环境变量里的PWD，就像你给小屋换了个地方，还得把新地址告诉大家。

doBuildin函数则像是一个 "功能调度员"，它判断用户输入的是不是像cd、export、echo这种内置命令。要是cd命令，就调用cd函数去切换目录；要是export命令，就把相关环境变量设置好；要是echo命令，根据不同情况，要么打印上一个命令的退出码，要么打印指定环境变量的值。这些内置命令让小屋能实现一些特殊的、常用的功能，就像给小屋装上了一些好用的小机关。

小屋的日常运转

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int main()
{
    while (1)
    {
        char usercommand[NUM];
        char *argv[SIZE];
        // 1. 打印提示符&&获取用户命令字符串获取成功
        int n = getUserCommand(usercommand, sizeof(usercommand));
        if (n <= 0)
            continue;
        // 2. 分割字符串
        // "ls -a -l" -> "ls" "-a" "-l"
        commandSplit(usercommand, argv);
        // 3. check build-in command
        n = doBuildin(argv);
        if (n)
            continue;
        // 4. 执行对应的命令
        execute(argv);
    }
}

main函数就是小屋日常运转的 "总导演"。它在一个无限循环里，不断地做这几件事：先通过getUserCommand获取用户输入的命令，要是没获取到有效命令就跳过这次循环；然后用commandSplit把命令拆分开；接着看看是不是内置命令，是的话就用doBuildin处理，处理完了就跳过这次循环；最后要是不是内置命令，就用execute去执行这个命令。

完整代码

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#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 cwd[1024];
char enval[1024];
int lastcode = 0;

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";
}

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);
}

void commandSplit(char *in, char *out[])
{
    int argc = 0;
    out[argc++] = strtok(in, SEP);
    while (out[argc++] = strtok(NULL, SEP))
        ;
}

int execute(char *argv[])
{
    pid_t id = fork();
    if (id < 0)
    {
        return -1;
    }
    else if (id == 0)
    {
        execvp(argv[0], argv);
        exit(1);
    }
    else
    {
        int status = 0;
        pid_t rid = waitpid(id, &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);
}

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], "export") == 0)
    {
        if (argv[1] == NULL)
            return 1;
        strcpy(enval, argv[1]);
        putenv(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;
    }
    else if (0)
    {
    }

    return 0;
}

int main()
{
    while (1)
    {
        char usercommand[NUM];
        char *argv[SIZE];
        // 1. 打印提示符&&获取用户命令字符串获取成功
        int n = getUserCommand(usercommand, sizeof(usercommand));
        if (n <= 0)
            continue;
        // 2. 分割字符串
        // "ls -a -l" -> "ls" "-a" "-l"
        commandSplit(usercommand, argv);
        // 3. check build-in command
        n = doBuildin(argv);
        if (n)
            continue;
        // 4. 执行对应的命令
        execute(argv);
    }
}

通过这段代码，咱们就像是亲手搭建了一个简易的 Shell "积木小屋"，虽然它还很简单，但却有着强大的潜力。希望大家都能从这个小小的 Shell 代码里，感受到编程的乐趣和神奇。