要创建一个基本的命令行shell，我们首先需要构建一个框架来处理用户输入的命令，并执行这些命令。以下是实现这个基本框架的步骤和代码：
首先，我们需要一个主循环来不断地读取、解析和执行用户输入的命令：
int main(){
// 因为shell必须持续运行
while(true)
{
PrintCommandLine(); // 1. 使用此函数打印命令行
// 只获取<command_buffer>输出
GetCommandLine(); // 2. 获取用户的命令
// "ls -a -b -c -d" --> "ls" "-a" "-b" "-d"
ParseCommandLine(); // 3. 解析命令
ExecuteCommand(); // 4. 执行命令
}
return 0;
}因为命令行需要时刻保持运行，我们需要一个循环来确保命令行不断刷新。
接下来，我们需要实现打印命令行的函数PrintCommandLine。打印命令行时，我们需要显示用户名、主机名和当前文件路径，最后加上一个$或#符号：
void PrintCommandLine() // 1. 使用此函数打印命令行
{
// 创建命令行
// 此printf没有\n，所以结果不会立即显示
printf("%s", MakeCommandLine().c_str());
}MakeCommandLine函数负责返回一个包含命令行格式的字符串。我们需要使用getenv函数来获取主机名和其他环境变量：
// 获取用户名
string GetUserName(){
string name = getenv("USER");
return name.empty() ? "None" : name;
}
<p>// 获取主机名
string GetHostName(){
string HostName = getenv("HOSTNAME");
return HostName.empty() ? "None" : HostName;
}</p><p>const int basesize = 1024;
// 当前shell的工作路径
char Pwd[basesize];
// PWD环境变量
char Pwdenv[basesize];</p><p>// 获取当前工作路径
string GetPwd(){
// string Pwd = getenv("PWD");
if(nullptr == getcwd(Pwd, sizeof(Pwd))) return "None";
snprintf(Pwdenv, sizeof(Pwdenv), "PWD=%s", Pwd);
putenv(Pwdenv);
return Pwd;
}由于我们不能直接使用getenv("PWD")，因为它返回的是shell的当前路径，我们需要使用getcwd来获取当前工作路径。snprintf函数用于将字符串格式化到Pwdenv中，然后使用putenv更新环境变量。
接下来，我们实现MakeCommandLine函数来格式化命令行输出：
string MakeCommandLine(){
// [newuser@hcss-ecs-e091 myshell]$
char Command_Line[basesize];
// 输出
snprintf(Command_Line, basesize, "[%s@%s %s]# ", GetUserName().c_str(), GetHostName().c_str(), GetPwd().c_str());
return Command_Line;
}在PrintCommandLine函数中，我们需要刷新屏幕以确保输出始终在一行：
void PrintCommandLine() // 1. 使用此函数打印命令行
{
// 创建命令行
// 此printf没有\n，所以结果不会立即显示
printf("%s", MakeCommandLine().c_str());
// 刷新屏幕
fflush(stdout);
}接下来，我们实现GetCommandLine函数来获取用户输入的命令。我们需要一个数组来存储输入的命令，然后由解析函数将其拆分为单个命令和选项：
// 调用此函数后，将字符串放入此缓冲区
bool GetCommandLine(char Command_Buffer[], int size) // 2. 获取用户的命令
{
// 不能使用scanf和cin
// 我们认为：需要将用户输入的命令行视为一个完整的字符串
// "ls -a -l -n" 这是一个完整的字符串
// 数组 大小 标准输入
char <em>result = fgets(Command_Buffer, size, stdin);
if(!result) return false;
// 我们应该删除最后一个字符，因为它是回车键
Command_Buffer[strlen(Command_Buffer)-1] = 0; // 目前，这样做是可以的
if(strlen(Command_Buffer) == 0) return false;
return true;
}我们不能使用scanf或cin，因为它们不能处理空格。我们使用fgets来获取字符串，并将其存储在Command_Buffer中。获取后，我们需要检查是否成功获取，并删除最后的回车字符。
接下来，我们实现ParseCommandLine函数来解析命令行字符串。我们需要将整个字符串以空格为分隔符拆分为各个字符串：
const int argvnum = 64; // 命令行参数列表
char </em>gargv[argvnum]; // 用于计数
int gargc;</p><p>void ParseCommandLine(char Command_Buffer[], int len) // 3. 解析命令
{
(void)len;
memset(gargv, 0, sizeof(gargv));
gargc = 0;
// "ls -a -l -n" --> ls
// 最终切割到Cogargv
const char <em>sep = " ";
// 后置++
gargv[gargc++] = strtok(Command_Buffer, sep);
// 形成表格，当返回值为nullptr时停止循环
while((bool)(gargv[gargc++] = strtok(nullptr, sep)));
gargc--;
}我们使用全局变量gargv和gargc来存储解析后的命令和参数。每次进入这个函数时，我们需要重置这两个全局变量。strtok函数用于以空格为分隔符分割字符串。
最后，我们实现ExecuteCommand函数来执行解析后的命令。我们使用子进程来执行命令，以确保shell的稳定性：
bool ExecuteCommand() // 4. 执行命令
{
// 执行命令
// 让子进程执行
// 因为父进程执行进程，如果进程失败，myshell会挂起
pid_t id = fork(); // 创建子进程
if(id < 0)
{
// 创建失败
return false;
}
else if(id == 0)
{
// 子进程
execvp(gargv[0], gargv);
// 如果execvp成功，子进程会被替换，不会执行到这里
// 如果execvp失败，子进程会继续执行到这里
exit(1); // 表示execvp失败
}
else
{
// 父进程
int status;
pid_t rid = waitpid(id, &status, 0);
if(rid > 0)
{
// 等待成功
return true;
}
else
{
// 等待失败
return false;
}
}
}我们使用fork创建子进程，然后在子进程中使用execvp执行命令。如果execvp成功，子进程会被替换；如果失败，子进程会退出并返回错误码。父进程等待子进程结束，并回收子进程。
我们还需要初始化环境变量表：
// 我的环境变量数组
const int envnum = 64;
char </em>genv[envnum];</p><p>// 初始化环境变量
void InitEnv(){
// 从父进程获取环境变量
extern char *<em>environ;
int index = 0;
while(environ[index] != nullptr)
{
// 分配与环境变量相同大小的空间
genv[index] = (char</em>)malloc(strlen(environ[index])+1);
// 将environ中的元素复制到genv中
strncpy(genv[index], environ[index], strlen(environ[index])+1);
index++;
}
genv[index] = nullptr;
}我们通过深拷贝父进程的环境变量来初始化自己的环境变量表。
最后，我们需要处理一些内建命令，如cd、export和env：
// 检查并执行内建命令
bool CheckAndExecBuildCommand() // 检查内建命令并执行命令
{
if(strcmp(gargv[0], "cd") == 0)
{
// 内建命令
if(gargc == 2)
{
// 更改路径
chdir(gargv[1]);
}
return true;
}
// export也是内建命令
else if(strcmp(gargv[0], "export") == 0)
{
if(gargc == 2)
{
AddEnv(gargv[1]);
}
return true;
}
// env也是内建命令
else if(strcmp(gargv[0], "env") == 0)
{
for(int i = 0; genv[i]; i++)
{
printf("%s\n", genv[i]);
}
return true;
}
return false;
}</p><p>// 添加环境变量
void AddEnv(const char <em>item){
int index = 0;
while(genv[index]) index++; // 找到最后的位置
genv[index] = (char</em>)malloc(strlen(item)+1);
strncpy(genv[index], item, strlen(item)+1);
genv[++index] = nullptr;
}内建命令是直接在shell内部实现的命令，不需要创建新的进程来执行。
以下是完整的代码：
#include<iostream></p><h1>include<cstdio></h1><h1>include<cstdlib></h1><h1>include<cstring></h1><h1>include<string></h1><h1>include<unistd.h></h1><h1>include<sys/wait.h></h1><h1>include<sys/types.h></h1><h1>include<cstdlib></h1><p>using namespace std;</p><p>const int basesize = 1024;
const int argvnum = 64; // 命令行参数列表
char <em>gargv[argvnum]; // 用于计数
int gargc; // 当前shell的工作路径
char Pwd[basesize]; // PWD环境变量
char Pwdenv[basesize]; // 我的环境变量数组
const int envnum = 64;
char </em>genv[envnum];</p><p>// 获取用户名
string GetUserName(){
string name = getenv("USER");
return name.empty() ? "None" : name;
}</p><p>// 获取主机名
string GetHostName(){
string HostName = getenv("HOSTNAME");
return HostName.empty() ? "None" : HostName;
}</p><p>// 获取当前工作路径
string GetPwd(){
if(nullptr == getcwd(Pwd, sizeof(Pwd))) return "None";
snprintf(Pwdenv, sizeof(Pwdenv), "PWD=%s", Pwd);
putenv(Pwdenv);
return Pwd;
}</p><p>// 创建输出格式
string MakeCommandLine(){
char Command_Line[basesize];
snprintf(Command_Line, basesize, "[%s@%s %s]# ", GetUserName().c_str(), GetHostName().c_str(), GetPwd().c_str());
return Command_Line;
}</p><p>void PrintCommandLine() // 1. 使用此函数打印命令行
{
printf("%s", MakeCommandLine().c_str());
fflush(stdout);
}</p><p>// 调用此函数后，将字符串放入此缓冲区
bool GetCommandLine(char Command_Buffer[], int size) // 2. 获取用户的命令
{
char *result = fgets(Command_Buffer, size, stdin);
if(!result) return false;
Command_Buffer[strlen(Command_Buffer)-1] = 0;
if(strlen(Command_Buffer) == 0) return false;
return true;
}</p><p>void ParseCommandLine(char Command_Buffer[], int len) // 3. 解析命令
{
(void)len;
memset(gargv, 0, sizeof(gargv));
gargc = 0;
const char *sep = " ";
gargv[gargc++] = strtok(Command_Buffer, sep);
while((bool)(gargv[gargc++] = strtok(nullptr, sep)));
gargc--;
}</p><p>bool ExecuteCommand() // 4. 执行命令
{
pid_t id = fork();
if(id < 0)
{
return false;
}
else if(id == 0)
{
execvp(gargv[0], gargv);
exit(1);
}
else
{
int status;
pid_t rid = waitpid(id, &status, 0);
if(rid > 0)
{
return true;
}
else
{
return false;
}
}
}</p><p>// 添加环境变量
void AddEnv(const char <em>item){
int index = 0;
while(genv[index]) index++;
genv[index] = (char</em>)malloc(strlen(item)+1);
strncpy(genv[index], item, strlen(item)+1);
genv[++index] = nullptr;
}</p><p>// 检查并执行内建命令
bool CheckAndExecBuildCommand() // 检查内建命令并执行命令
{
if(strcmp(gargv[0], "cd") == 0)
{
if(gargc == 2)
{
chdir(gargv[1]);
}
return true;
}
else if(strcmp(gargv[0], "export") == 0)
{
if(gargc == 2)
{
AddEnv(gargv[1]);
}
return true;
}
else if(strcmp(gargv[0], "env") == 0)
{
for(int i = 0; genv[i]; i++)
{
printf("%s\n", genv[i]);
}
return true;
}
return false;
}</p><p>// 初始化环境变量
void InitEnv(){
extern char *<em>environ;
int index = 0;
while(environ[index] != nullptr)
{
genv[index] = (char</em>)malloc(strlen(environ[index])+1);
strncpy(genv[index], environ[index], strlen(environ[index])+1);
index++;
}
genv[index] = nullptr;
}</p><p>int main(){
InitEnv();
char Command_Buffer[basesize];
while(true)
{
PrintCommandLine();
if(!GetCommandLine(Command_Buffer, basesize))
{
continue;
}
ParseCommandLine(Command_Buffer, strlen(Command_Buffer));
if(CheckAndExecBuildCommand())
{
continue;
}
ExecuteCommand();
}
return 0;
}运行效果如下：
通过编写这个简易版的Linux命令行shell，我们掌握了在命令行环境中解析并运行指令的基础知识。这一项目帮助我们理解了如何通过系统调用执行外部程序、处理输入和输出，以及如何让shell与用户交互。尽管功能较为基础，但它包含了命令读取、解析和执行等关键流程，为后续学习更复杂的shell实现和系统编程提供了扎实的基础。如果有兴趣进一步扩展，可以尝试加入更多特性，如命令历史记录、自动补全、管道和重定向支持等，使这个shell更加功能丰富。
