使用 Python 创建你自己的 Shell（下）

在上篇中，我们已经创建了一个 shell 主循环、切分了命令输入，以及通过?fork?和?exec?执行命令。在这部分，我们将会解决剩下的问题。首先，cd test_dir2?命令无法修改我们的当前目录。其次，我们仍无法优雅地从 shell 中退出。

步骤 4：内置命令

“cd test_dir2?无法修改我们的当前目录” 这句话是对的，但在某种意义上也是错的。在执行完该命令之后，我们仍然处在同一目录，从这个意义上讲，它是对的。然而，目录实际上已经被修改，只不过它是在子进程中被修改。

还记得我们分叉（fork）了一个子进程，然后执行命令，执行命令的过程没有发生在父进程上。结果是我们只是改变了子进程的当前目录，而不是父进程的目录。

然后子进程退出，而父进程在原封不动的目录下继续运行。

因此，这类与 shell 自己相关的命令必须是内置命令。它必须在 shell 进程中执行而不是在分叉中（forking）。

cd

让我们从?cd?命令开始。

我们首先创建一个?builtins?目录。每一个内置命令都会被放进这个目录中。

yosh_project
|-- yosh
   |-- builtins
   |   |-- __init__.py
   |   |-- cd.py
   |-- __init__.py
   |-- shell.py

在?cd.py?中，我们通过使用系统调用?os.chdir?实现自己的?cd?命令。

import os
from yosh.constants import *
def cd(args):
    os.chdir(args[0])
    return SHELL_STATUS_RUN

注意，我们会从内置函数返回 shell 的运行状态。所以，为了能够在项目中继续使用常量，我们将它们移至yosh/constants.py。

yosh_project
|-- yosh
   |-- builtins
   |   |-- __init__.py
   |   |-- cd.py
   |-- __init__.py
   |-- constants.py
   |-- shell.py

在?constants.py?中，我们将状态常量都放在这里。

SHELL_STATUS_STOP = 0
SHELL_STATUS_RUN = 1

现在，我们的内置?cd?已经准备好了。让我们修改?shell.py?来处理这些内置函数。

...
### 导入常量
from yosh.constants import *
### 使用哈希映射来存储内建的函数名及其引用
built_in_cmds = {}
def tokenize(string):
    return shlex.split(string)
def execute(cmd_tokens):
    ### 从元组中分拆命令名称与参数
    cmd_name = cmd_tokens[0]
    cmd_args = cmd_tokens[1:]
    ### 如果该命令是一个内建命令，使用参数调用该函数
    if cmd_name in built_in_cmds:
        return built_in_cmds[cmd_name](cmd_args)
    ...

我们使用一个 python 字典变量?built_in_cmds?作为哈希映射hash map，以存储我们的内置函数。我们在?execute?函数中提取命令的名字和参数。如果该命令在我们的哈希映射中，则调用对应的内置函数。

（提示：built_in_cmds[cmd_name]?返回能直接使用参数调用的函数引用。)

我们差不多准备好使用内置的?cd?函数了。最后一步是将?cd?函数添加到?built_in_cmds?映射中。

...
### 导入所有内建函数引用
from yosh.builtins import *
...
### 注册内建函数到内建命令的哈希映射中
def register_command(name, func):
    built_in_cmds[name] = func
### 在此注册所有的内建命令
def init():
    register_command("cd", cd)
def main():
    ###在开始主循环之前初始化 shell
    init()
    shell_loop()

我们定义了?register_command?函数，以添加一个内置函数到我们内置的命令哈希映射。接着，我们定义?init?函数并且在这里注册内置的?cd?函数。

注意这行?register_command("cd", cd)?。第一个参数为命令的名字。第二个参数为一个函数引用。为了能够让第二个参数cd?引用到?yosh/builtins/cd.py?中的?cd?函数引用，我们必须将以下这行代码放在?yosh/builtins/__init__.py?文件中。

from yosh.builtins.cd import *

因此，在?yosh/shell.py?中，当我们从?yosh.builtins?导入?*?时，我们可以得到已经通过?yosh.builtins?导入的?cd函数引用。

我们已经准备好了代码。让我们尝试在?yosh?同级目录下以模块形式运行我们的 shell，python -m yosh.shell。

现在，cd?命令可以正确修改我们的 shell 目录了，同时非内置命令仍然可以工作。非常好！

exit

最后一块终于来了：优雅地退出。

我们需要一个可以修改 shell 状态为?SHELL_STATUS_STOP?的函数。这样，shell 循环可以自然地结束，shell 将到达终点而退出。

和?cd?一样，如果我们在子进程中分叉并执行?exit?函数，其对父进程是不起作用的。因此，exit?函数需要成为一个 shell 内置函数。

让我们从这开始：在?builtins?目录下创建一个名为?exit.py?的新文件。

yosh_project
|-- yosh
   |-- builtins
   |   |-- __init__.py
   |   |-- cd.py
   |   |-- exit.py
   |-- __init__.py
   |-- constants.py
   |-- shell.py

exit.py?定义了一个?exit?函数，该函数仅仅返回一个可以退出主循环的状态。

from yosh.constants import *
def exit(args):
    return SHELL_STATUS_STOP

然后，我们导入位于?yosh/builtins/__init__.py?文件的?exit?函数引用。

from yosh.builtins.cd import *
from yosh.builtins.exit import *

最后，我们在?shell.py?中的?init()?函数注册?exit?命令。

...
### 在此注册所有的内建命令
def init():
    register_command("cd", cd)
    register_command("exit", exit)
...

到此为止！

尝试执行?python -m yosh.shell。现在你可以输入?exit?优雅地退出程序了。

最后的想法

我希望你能像我一样享受创建?yosh?（your?own?shell）的过程。但我的?yosh?版本仍处于早期阶段。我没有处理一些会使 shell 崩溃的极端状况。还有很多我没有覆盖的内置命令。为了提高性能，一些非内置命令也可以实现为内置命令（避免新进程创建时间）。同时，大量的功能还没有实现。

我已经在?https://github.com/supasate/yosh?中提供了源代码。请随意 fork 和尝试。

现在该是创建你真正自己拥有的 Shell 的时候了。

Happy Coding!