使用 Python 建立你自己的 Shell（下）

在中，我們已經建立了一個 shell 主迴圈、切分了命令輸入，以及透過 fork 和 exec 執行命令。在這部分，我們將會解決剩下的問題。首先，cd test_dir2 命令無法修改我們的當前目錄。其次，我們仍無法優雅地從 shell 中退出。

步驟 4：內建命令

“cd test_dir2 無法修改我們的當前目錄” 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，我們仍然處在同一目錄，從這個意義上講，它是對的。然而，目錄實際上已經被修改，只不過它是在子程式中被修改。

還記得我們分叉（fork）了一個子程式，然後執行命令，執行命令的過程沒有發生在父程式上。結果是我們只是改變了子程式的當前目錄，而不是父程式的目錄。

然後子程式退出，而父程式在原封不動的目錄下繼續執行。

因此，這類與 shell 自己相關的命令必須是內建命令。它必須在 shell 程式中執行而不是在分叉中（forking）。

cd

讓我們從 cd 命令開始。

我們首先建立一個 builtins 目錄。每一個內建命令都會被放進這個目錄中。

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 實現自己的 cd 命令。

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

注意，我們會從內建函式返回 shell 的執行狀態。所以，為了能夠在專案中繼續使用常量，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，我們將狀態常量都放在這裡。

SHELL_STATUS_STOP = 0SHELL_STATUS_RUN = 1

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

...### 匯入常量from yosh.constants import *### 使用雜湊對映來儲存內建的函式名及其引用built_in_cmds = {}def tokenize(string):
    return shlex.split(string)def execute(cmd_tokens):
    ### 從元組中分拆命令名稱與引數
    cmd_name = cmd_tokens[0]
    cmd_args = cmd_tokens[1:]    ### 如果該命令是一個內建命令，使用引數呼叫該函式
    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 作為雜湊對映hash map，以儲存我們的內建函式。我們在 execute 函式中提取命令的名字和引數。如果該命令在我們的雜湊對映中，則呼叫對應的內建函式。

（提示：built_in_cmds[cmd_name] 返回能直接使用引數呼叫的函式引用。)

我們差不多準備好使用內建的 cd 函式了。最後一步是將 cd 函式新增到 built_in_cmds 對映中。

...### 匯入所有內建函式引用from yosh.builtins import *
...### 註冊內建函式到內建命令的雜湊對映中def register_command(name, func):
    built_in_cmds[name] = func### 在此註冊所有的內建命令def init():
    register_command("cd", cd)def main():
    ###在開始主迴圈之前初始化 shell
    init()
    shell_loop()

我們定義了 register_command 函式，以新增一個內建函式到我們內建的命令雜湊對映。接著，我們定義 init 函式並且在這裡註冊內建的 cd 函式。

注意這行 register_command("cd", cd) 。第一個引數為命令的名字。第二個引數為一個函式引用。為了能夠讓第二個引數cd 引用到 yosh/builtins/cd.py 中的 cd 函式引用，我們必須將以下這行程式碼放在 yosh/builtins/__init__.py 檔案中。

from yosh.builtins.cd import *

因此，在 yosh/shell.py 中，當我們從 yosh.builtins 匯入 * 時，我們可以得到已經透過 yosh.builtins 匯入的 cd函式引用。

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執行我們的 shell，python -m yosh.shell。

現在，cd 命令可以正確修改我們的 shell 目錄了，同時非內建命令仍然可以工作。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 的函式。這樣，shell 迴圈可以自然地結束，shell 將到達終點而退出。

和 cd 一樣，如果我們在子程式中分叉並執行 exit 函式，其對父程式是不起作用的。因此，exit 函式需要成為一個 shell 內建函式。

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 函式，該函式僅僅返回一個可以退出主迴圈的狀態。

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 函式引用。

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

最後，我們在 shell.py 中的 init() 函式註冊 exit 命令。

...### 在此註冊所有的內建命令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建立 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命令。為了提高效能，一些非內建命令也可以實現為內建命令（避免新程式建立時間）。同時，大量的功能還沒有實現。

我已經在  中提供了原始碼。請隨意 fork 和嘗試。

現在該是建立你真正自己擁有的 Shell 的時候了。

Happy Coding!