如何用Python 創建自己的 Shell（下）

在上篇中，我們已經建立了一個 shell 主循環、切分了指令輸入，以及透過 fork 和 exec 執行指令。在這部分，我們將會解決剩下的問題。首先，cd test_dir2 指令無法修改我們的目前目錄。其次，我們仍無法優雅地從 shell 中退出。

步驟 4：內建指令

「cd test_dir2 無法修改我們的目前目錄」 這句話是對的，但在某種意義上也是錯的。在執行完該命令之後，我們仍然處於同一目錄，從這個意義上講，它是對的。然而，目錄實際上已經被修改，只不過它是在子進程中被修改。

還記得我們分叉（fork）了一個子進程，然後執行命令，執行命令的過程沒有發生在父進程上。結果是我們只是改變了子行程的目前目錄，而不是父行程的目錄。

然後子程序退出，而父進程在原封不動的目錄下繼續運作。

因此，這類與 shell 自己相關的指令必須是內建指令。它必須在 shell 進程中執行而不是在分叉中（forking）。

cd

讓我們從 cd 指令開始。

我們先建立一個 builtins 目錄。每一個內建指令都會被放進這個目錄。

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

在 cd.py 中，我們透過使用系統呼叫 os.chdir 來實現自己的 cd 指令。

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

注意，我們會從內建函數傳回 shell 的運作狀態。所以，為了能夠在專案中繼續使用常數，我們將它們移至yosh/constants.py。

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

在 constants.py 中，我們將狀態常數都放在這裡。

SHELL_STATUS_STOP = 0
SHELL_STATUS_RUN = 1

現在，我們的內建 cd 已經準備好了。讓我們修改 shell.py 來處理這些內建函數。

...
### 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)
    ...

我們使用一個 python 字典變數 built_in_cmds 作為哈希映射hash map，以儲存我們的內建函數。我們在 execute 函數中提取指令的名字和參數。如果該命令在我們的雜湊映射中，則呼叫對應的內建函數。

（提示：built_in_cmds[cmd_name] 返回能直接使用參數呼叫的函數引用。)

我們差不多準備好使用內建的 cd函數了。最後一步是將 cd 函數加入 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()

我們定義了 register_command 函數，以新增一個內建函數到我們內建的命令雜湊映射。接著，我們定義 init 函數並且在這裡註冊內建的 cd 函數。

注意這行 register_command("cd", cd) 。第一個參數為命令的名字。第二個參數為一個函數引用。為了能讓第二個參數cd 引用到 yosh/builtins/cd.py 中的 cd 函數引用，我們必須將下列這行程式碼放在yosh/builtins/__init__.py 文件中。

from yosh.builtins.cd import *

因此，在 yosh/shell.py 中，當我們從 yosh.builtins 導入 * 時，我們可以得到已經通過yosh.builtins 導入的 cd函數參考。

我們已經準備好了程式碼。讓我們嘗試在 yosh 同級目錄下以模組形式運行我們的 shell，python -m yosh.shell。

現在，cd 指令可以正確修改我們的 shell 目錄了，同時非內建指令仍然可以運作。非常好！

exit

最後一塊終於來了：優雅地退出。

我們需要一個可以修改 shell 狀態為 SHELL_STATUS_STOP 的函數。這樣，shell 循環可以自然地結束，shell 將到達終點而退出。

和 cd 一樣，如果我們在子進程中分叉並執行 exit 函數，其對父進程是不起作用的。因此，exit 函數需要成為一個 shell 內建函數。

讓我們從這開始：在 builtins 目錄下建立一個名為 exit.py 的新檔案。

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

exit.py 定義了一個 exit 函數，該函數只是傳回一個可以退出主循環的狀態。

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

然後，我們匯入位於 yosh/builtins/__init__.py 檔案的 exit 函數參考。

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

最後，我們在 shell.py 中的 init() 函數註冊 exit 指令。

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

到此為止！

嘗試執行 python -m yosh.shell。現在你可以輸入 exit 優雅地退出程式了。

最後的想法

我希望你能像我一樣享受創造 yosh （your own shell）的過程。但我的 yosh 版本仍處於早期階段。我沒有處理一些會使 shell 崩潰的極端狀況。還有很多我沒有覆蓋的內建指令。為了提高效能，一些非內建指令也可以實現為內建指令（避免新進程建立時間）。同時，大量的功能還沒有實現。

我已經在 https://github.com/supasate/yosh 中提供了原始碼。請隨意 fork 和嘗試。

現在該是創造你真正自己擁有的 Shell 的時候了。

Happy Coding!

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