用 C 语言从零实现 Linux Shell：原理与实践

这里采用阻塞等待 (waitpid) 确保父进程不会在子进程退出前继续循环，保持交互体验的一致性。当然，实际项目中也可以根据需求改为非阻塞模式。

代码封装

为了让结构更清晰，我们将上述逻辑封装成独立函数。注意变量作用域的管理，特别是全局变量 delim 和 argv 的初始化。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>

#define LEFT "["
#define RIGHT "]"
#define MAX 32

const char* delim = " \t\n";
char str[MAX];
char* argv[MAX] = { NULL };

// 打印提示符
void command_printf() {
    printf(LEFT "%s"@"%s" "#" RIGHT " ", getenv("USER"), getenv("HOME"));
}

// 获取输入
char* command_get(char str[MAX], int size) {
    char* pc = fgets(str, size, stdin);
    if (pc) {
        size_t len = strlen(str);
        if (len > 0 && str[len - 1] == '\n') str[len - 1] = '\0';
    }
    return pc;
}

// 解析参数
void command_extraction(char str[MAX], const char* delim, char* argv[MAX]) {
    int i = 0;
    argv[i++] = strtok(str, delim);
    while (argv[i - 1]) {
        argv[i++] = strtok(NULL, delim);
    }
}

// 执行命令
void command_use(char* argv[MAX]) {
    pid_t d = fork();
    if (d == 0) {
        if (argv[0] == NULL) return;
        int count = execvp(argv[0], argv);
        if (count < 0) perror("execvp failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    } else {
        waitpid(-1, NULL, 0);
    }
}

int main() {
    while (1) {
        command_printf();
        char* pc = command_get(str, sizeof(str));
        if (!pc) break;
        command_extraction(str, delim, argv);
        command_use(argv);
    }
    return 0;
}

运行效果如下所示，Shell 能够正常回显并执行外部命令：

挑战版：内置命令处理

完成基础版本后，你会发现像 cd 或 echo $PATH 这样的命令无法正常工作。这是因为 Shell 命令分为两类：

1. 外部命令：如 ls、cat，是磁盘上的可执行文件，通过 fork + exec 执行。
2. 内置命令：如 cd、exit、export，直接影响 Shell 自身环境，必须在父进程中直接处理，不能 fork 子进程。

解决 cd 指令

cd 改变的是当前工作目录。如果在子进程中执行 chdir，父进程的目录并不会改变，导致 Shell 重启后回到原点。因此，cd 必须在父进程中直接调用 chdir()。

if (strcmp(argv[0], "cd") == 0 && argc == 2) {
    if (strcmp(argv[1], "./") == 0) return; // 不做任何操作
    const char* path = argv[1];
    if (chdir(path) == -1) {
        printf("路径执行错误\n");
        return;
    }
}

解决 echo 命令

对于 echo $PATH，Shell 需要先进行变量展开，将 $PATH 替换为实际的值（如 /usr/local/sbin:...），然后再传递给程序或直接打印。这里我们在执行前判断参数是否以 $ 开头，若是则调用 getenv() 获取值并替换。

if (strcmp(argv[0], "echo") == 0 && argc == 2) {
    char* pc = argv[1];
    if (pc[0] == '$' && strlen(pc) > 1) {
        char* var_name = pc + 1;
        char* value = getenv(var_name);
        if (value) argv[1] = value;
    }
}

这样处理后，echo 就能正确输出环境变量内容了。其他如 export 等指令也可依此逻辑扩展，核心在于正确处理环境变量与作用域问题。