Linux小程序（2）—— bash模拟实现

Bdygsl2026-01-28 8:32

在学习了进程控制之后（进程创建、终止、等待、替换）之后，我们可以来实现bash的简单模拟。

进程创建与终止

进程等待

进程替换

什么是shell/bash？

shell/bash是操作系统的外壳程序，负责帮助用户进行指令的执行；拿到用户的命令后交给操作系统，再将结果返回给用户。shell/bash本质上也是一个可执行程序。

要模拟实现bash，我们要实现的功能主有三个：

  • 提示词，显示包括用户名和主机名等信息
  • 获取用户的输入，并能将命令和选项分割提取到
  • 将获取的命令交给操作系统执行并返回结果

获取用户名

我们可以看待bash的每行命令前都会显示当前用户名和主机名：

可以看到是 [用户名@主机名 当前路径] 的格式，用户名和主机名是存储于环境变量中的。我们可以使用env查看环境变量。

用户名存放于环境变量 USER 中；主机名存放于环境变量 HOSTNAME 中；当前路径存放于 PWD 中。因此我们需要使用getenv函数来获取环境变量。

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

const char* getusername()
{
    return getenv("USER");
}

const char* gethostname()
{
    return getenv("HOSTNAME");
}

const char* getpwd()
{
    return getenv("PWD");
}


int main()
{
    return 0;
}

之后我们仿照bash的格式，添加上[]；为了美观我们可以define重新定义一下：

cpp 复制代码 
#define LEFT "【"
#define RIGHT "】"
#define LABLE "￥"

之后再main函数中用printf打印：

cpp 复制代码 
printf(LEFT"%s@%s %s"RIGHT,getusername(),gethostname(),getpwd());

括号和￥符号都是自定义的，换成其他符号也可以。

用户输入

输入

bash的一个重要功能就是要获取用户输入的指令。所以，下面我们来实现用户输入的部分。我们单独创建一个userInput的函数来实现这个功能。

我们先为用户输入开辟一块空间：

cpp 复制代码 
#define Input_size 1024
char userline[Input_size];

之后让用户进行输入，并将输入的内容存放到该数组中。我们是否可以使用scanf函数来进行输入呢？先直接在main函数中测试：

cpp 复制代码 
scanf("%s",userline);//将用户输入的内容放到数组

我们再加一行测试代码，打印出数组的内容，看是否将用户输入的内容存入数组：

cpp 复制代码 
printf("echo:%s\n",userline);

运行一下，发现数组中只存进了ls：

这是因为scanf函数在读取到空格时就会终止。所以我们不能使用scanf函数来实现。

这个地方我们采用fgets函数。我们使用man命令查看关于它的说明：

它的头文件为stdio.h。如果读取成功则返回对应的字符串地址，失败则返回NULL。我们可以看到它有三个参数，第一个表示我们需要将文件放入哪个缓存区；第二个表示这个缓存区有多大；第三个则表示文件对象。

Linux系统会默认为我们打开三个输入输出流，分别为：

我们直接从stdin中读取即可。所以，我们的输入代码如下：

cpp 复制代码 
void userInput(char* uline,int size)
{
    printf(LEFT"%s@%s %s"RIGHT""LABLE" ",getusername(),gethostname(),getpwd());
    char* s = fgets(uline,size,stdin);
}

int main()
{
    char userline[Input_size];
    userInput(userline,sizeof(userline));
    printf("echo:%s\n",userline);
    return 0;    
}

这样我们就成功读取到了输入的全部内容。

不读取换行符

不过，我们可以看到显示的结果后面还有一个空行，这是因为我们在输入命令之后还要敲换行符，而这个换行符也会被读取，所以存放到数组中的最后一个元素是我们最后输入的换行符。

那么，怎么去掉这个空行，即不让数组读取到这个换行符呢？

因为换行符是存储在数组中的，我们通过数组下标的方式找到这个换行符替换为终止符即可。

cpp 复制代码 
void userInput(char* uline,int size)
{
    printf(LEFT"%s@%s %s"RIGHT""LABLE" ",getusername(),gethostname(),getpwd());
    char* s = fgets(uline,size,stdin);
    assert(s);//输入为空则报错
    uline[strlen(uline)-1] = '\0';
//strlen函数用于获取字符串长度;返回的是\0之前的字符长度
//我们的输入最后一个是换行符\n,其在数组中的下标就是长度-1;
//然后将该换行符替换为终止符\0 
}

持续使用

我们现在的代码执行一次后就退出了，而bash是可以一直使用的。所以，我们还需要实现循环使用的功能，让程序成为一个死循环，只要不退出就会一直使用：

cpp 复制代码 
int main()
{
    char userline[Input_size];
    while(1)
    {
        userInput(userline,sizeof(userline));
        printf("echo:%s\n",userline);
    }
    return 0;    
}

字符串分割

不过，我们现在虽然能够获取输入的字符串，但是是整体的一整行；我们的一个命令是由多个字符串组成的，例如 ls -a -l ；是由三个字符串组成的，我们该怎样将它们分割开来？

这里我们使用strtok函数。

第一个参数表示要分割的子串；第二个参数表示分割符（默认为空格）。其返回值为分割出来的子串。不过调用一次，该函数只能分割处一个子串。所以如果想要全部分割，就需要循环去调用它。

cpp 复制代码 
int devideString(char userline[],char* argv[])
{
    int i = 0;
    argv[i++] = strtok(userline,DELIM);
    while(argv[i++] = strtok(NULL,DELIM));
    return i-1;//返回有几个子字符串
}

并套用在bash的循环中：

cpp 复制代码 
while(1)
{
    userInput(userline,sizeof(userline));
    printf("echo:%s\n",userline);
    int argc = devideString(userline,argv);
    if(argc == 0) continue;//如果为空继续输入
    for(int i = 0;argv[i];i++) printf("[%d]:%s\n",i,argv[i]);//观察是否分割成功
}

运行后发现成功分割：

执行命令

另外一个重要的功能就是将获取到的命令交给操作系统去执行，并返回结果。而这个流程不就是整个进程控制的内容吗？

所以在main函数中：

cpp 复制代码 
int main()
{
    extern char** environ;
    int i = 0;
    char* argv[ARGC_SIZE];
    char userline[Input_size];
    while(1)
    {
        userInput(userline,sizeof(userline));
        printf("echo:%s\n",userline);
        int argc = devideString(userline,argv);
        if(argc == 0) continue;//如果为空继续输入
        for(int i = 0;argv[i];i++) printf("[%d]:%s\n",i,argv[i]);

        pid_t id = fork();
        if(id<0)
        {
            perror("fork failed");
            continue;
        }
        else if(id == 0)
        {
        //子进程执行命令
            execvpe(argv[0],argv,environ);
            exit(199);//随便给一个退出码
//由于执行到这里必定是替换出现问题，所以给一个退出码这样我们就能拿到异常信息
        } 
        else
        {
            int status = 0;
            pid_t rid = waitpid(id,&status,0);
            if(rid == id)//等待成功
            {printf("等待成功\n");}       
        }
    }
    return 0;
}

完整代码

通过上面的实现，我们已经基本完成了bash的模拟，可以获取用户输入的指令并交给操作系统执行。完整代码如下：

cpp 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <assert.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

#define LEFT "【"
#define RIGHT "】"
#define LABLE "￥"
#define DELIM " "
#define Input_size 1024
#define ARGC_SIZE 32
#define EXIT_CODE 199

const char* getusername()
{
    return getenv("USER");
}

const char* gethostname()
{
    return getenv("HOSTNAME");
}

const char* getpwd()
{
    return getenv("PWD");
}

void userInput(char* uline,int size)
{
    printf(LEFT"%s@%s %s"RIGHT""LABLE" ",getusername(),gethostname(),getpwd());
    char* s = fgets(uline,size,stdin);
    assert(s);//输入为空则报错
    uline[strlen(uline)-1] = '\0';
//strlen函数用于获取字符串长度;返回的是\0之前的字符长度
//我们的输入最后一个是换行符\n,其在数组中的下标就是长度-1;
//然后将该换行符替换为终止符\0 
}

int devideString(char userline[],char* argv[])
{
    int i = 0;
    argv[i++] = strtok(userline,DELIM);
    while(argv[i++] = strtok(NULL,DELIM));
    return i-1;//返回有几个子字符串
}

int main()
{
    extern char** environ;
    int i = 0;
    char* argv[ARGC_SIZE];
    char userline[Input_size];
    while(1)
    {
        userInput(userline,sizeof(userline));
        printf("echo:%s\n",userline);
        int argc = devideString(userline,argv);
        if(argc == 0) continue;//如果为空继续输入
        for(int i = 0;argv[i];i++) printf("[%d]:%s\n",i,argv[i]);

        pid_t id = fork();
        if(id<0)
        {
            perror("fork failed");
            continue;
        }
        else if(id == 0)
        {
        //子进程执行命令
            execvpe(argv[0],argv,environ);
            exit(199);//随便给一个退出码
//由于执行到这里必定是替换出现问题，所以给一个退出码这样我们就能拿到异常信息
        } 
        else
        {
            int status = 0;
            pid_t rid = waitpid(id,&status,0);
            if(rid == id)//等待成功
            {printf("等待成功\n");}       
        }
    }
    return 0;
}
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