Shell編程入門：Linux解釋器原理

 引言

使用Shell進(jìn)行工作的人們對Unix/Linux下的Shell編程都很熟悉，在所有的Shell編程的書中都會(huì)提到#!/bin/bash,而這里到底包含了些什么?對操作系統(tǒng)而言，這一行字符串意味著什么?你可能會(huì)說，不就是會(huì)讓/bin/bash程序來解釋這個(gè)腳本程序嗎?當(dāng)然你是對的，看看我們的標(biāo)題，這里我們談?wù)劷忉屍?，讓我們一起來看看腳本文件里的第一句到底對系統(tǒng)而言意味著什么。但有一點(diǎn)我們可先明確一下，所謂解釋器就是指#!行后面的可執(zhí)行的程序。

一、我們從exec族函數(shù)談起

如果你從不寫C程序，可能需要對本節(jié)的內(nèi)容看得更為仔細(xì)并且試驗(yàn)一下。

代碼:

#include <unistd.h>

extern char **environ;

int execl(const char *path, const char *arg, ...);

int execlp(const char *file, const char *arg, ...);

int execle(const char *path, const char *arg , ..., char * const envp[]);

int execv(const char *path, char *const argv[]);

int execvp(const char *file, char *const argv[]);exec族函數(shù)一共有上面所列的5個(gè)，作用都是一樣：執(zhí)行一段新的代碼。區(qū)別只是向函數(shù)傳遞的參數(shù)方式不同而已，我在這里講講execl函數(shù)：第一個(gè)參數(shù)path是指向設(shè)置了執(zhí)行位文件的路徑，后面的可變參數(shù)列表分別指向了傳遞給此執(zhí)行文件的參數(shù)列表(包括了參數(shù)0,即是執(zhí)行文件的名稱)。最后一個(gè)參數(shù)為(char *) 0，表示參數(shù)列表結(jié)束。

對于解釋器，exec族函數(shù)是這樣做的(以execl為例)，如果path是指向了一個(gè)腳本，腳本的第一行以#!開頭，則這樣調(diào)用：

以#!后面的字符串為命令，后面加上execl參數(shù)列表中指定的參數(shù)列表，這樣形成了新的程序執(zhí)行。

下面我們以例子來驗(yàn)證這個(gè)結(jié)果：

下面這個(gè)C程序的作用是回射所有命令行參數(shù)。

代碼:

/* Program source : showargs.c *

* Program name : showargs */

#include <unistd.h>

int

main(int argc, char *argv[])

{

int i;

for(i = 0; i < argc; i++)

{

printf("arg[%d]: %s\n", i, argv);

}

return 0;

}編譯：gcc -o showargs showargs.c

執(zhí)行：

代碼:

$ pwd

/home/kiron

$ ./showargs arg1 arg2

arg[0]: ./showargs

arg[1]: arg1

arg[2]: arg2

我們在同一個(gè)目錄下再寫一個(gè)腳本：

代碼:

#!/home/kiron/showargs addargs我沒有打錯(cuò)，是的，這個(gè)腳本就只有一行，這個(gè)腳本我們命名為testexec，加上執(zhí)行位后，執(zhí)行情況如下：

代碼:

$ ./testexec

arg[0]: /home/kiron/showargs

arg[1]: addargs

arg[2]: ./testexec怎么會(huì)這樣?我猜會(huì)有人對第2個(gè)參數(shù)./testexec不理解，暫且賣個(gè)關(guān)子，再引出一個(gè)C程序：

代碼:

/* Program source : mytest.c *

* Program name : mytest */

#include <stdio.h>

int

main(void)

{

execl("/home/kiron/testexec", "testexec", "arg1", "arg2", (char *) 0);

return 0;

}編譯：gcc -o mytest mytest.c

執(zhí)行：

代碼:

$ ./mytest

arg[0]: /home/kiron/showargs

arg[1]: addargs

arg[2]: /home/kiron/testexec

arg[3]: arg1

arg[4]: arg2仔細(xì)觀察上面的三個(gè)例子，答案開始浮出水面了。正如在開始時(shí)講到的，exec族函數(shù)的處理是把#!后面的字符串為命令，后面加上execl參數(shù)列表中指定的參數(shù)列表，這樣形成了新的程序執(zhí)行。分析一下mytest.c源程序，execl把命令的結(jié)果是這樣執(zhí)行的/home/kiron/testexec的內(nèi)容是#!/home/kiron/showargs addargs，則#!后面的字符串"/home/kiron/showargs addargs"加上命令參數(shù)列表："/home/kiron/testexec arg1 arg2"就形成了新的程序行：/home/kiron/showargs addargs /home/kiron/testexec arg1 arg2。對于testexec腳本，我們在shell中調(diào)用它時(shí)，shell調(diào)用了fork,exec,wait來執(zhí)行它，也就是和程序mytest.c一樣用了exec函數(shù)，首先，exec函數(shù)對#!行分析后得出此腳本的解釋器為/home/kiron/showargs，然后就形成了把命令行處理成了：“/home/kiron/showargs addargs ./testexec”。

注意：#!行中的解釋器的路徑必須是全路徑，exec函數(shù)并不對其特殊處理，比如用PATH變量來搜索它的真實(shí)路徑，所以路徑是由程序員來保證正確的。

二、我的腳本第一句必須得是#!/bin/bash嗎?

當(dāng)然不必了，通過上面的解釋，其實(shí)第一句的#!是對腳本的解釋器程序路徑，腳本的內(nèi)容是由解釋器解釋的，我們可以用各種各樣的解釋器來寫對應(yīng)的腳本，比如說/bin/csh腳本，/bin/perl腳本，/bin/awk腳本，/bin/sed腳本，甚至/bin/echo等等。那我們真的能寫一個(gè)/bin/echo的腳本文件嗎?我們來試試，下面是一個(gè)例子：

代碼:

#!/bin/echo -e我把這只有一行的程序(實(shí)際上它也只能是一行，echo程序并不是被設(shè)計(jì)成像awk那樣的編程語言，能寫成源程序文件)命名為myecho，加上權(quán)限后執(zhí)行它：

代碼:

$ ./myecho "hi\a"

./myecho hi如果你的echo支持-e選項(xiàng)并且你工作的環(huán)境還算安靜，你在得到上面的結(jié)果的時(shí)候也應(yīng)該聽到清脆的終端響鈴。但這種程序是毫無作用的。

三、我能利用解釋器來做什么?

但是上面的echo腳本實(shí)際應(yīng)用時(shí)并沒有什么作用，我們可以得出一個(gè)小小的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并不是所有的可執(zhí)行二進(jìn)制文件都可以用來寫解釋器腳本。那我編寫解釋器的腳本有什么用?如果你有一個(gè)可編程的解釋器，那你或許能編寫該解釋器的程序來簡化你工作。比如說常用到的解釋器如awk,perl,bash等等。但是正如我們上面總結(jié)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，很不幸地，并不是全部的可編程程序都是有用的解釋器，exec腳本時(shí)，能從第一行得到腳本的解釋器，然后用exec去解釋腳本(可能是選項(xiàng)去控制，如#!/bin/awk -f)，也包括了形如#!/PATH/的第一行，如果該解釋器對這行不能忽略的話，就會(huì)出錯(cuò)，另外解釋器也必須要對余下的程序語句能解釋(這句好像是廢話，但想象一下，上面myecho程序加一些"hello world"的行來，會(huì)有效嗎?下面的mysed程序中的s/UNIX/unix/p也是一樣的道理)。像awk,perl,bash等程序?qū)?開頭的行當(dāng)成注釋行處理，就能寫成有用的腳本。[!--empirenews.page--]

再看下面的mysed程序，

代碼:

#!/bin/sed -f

s/UNIX/unix/p執(zhí)行./mysed時(shí)出錯(cuò)了。因?yàn)楸唤忉尦闪?quot;/bin/sed -f ./mysed"，其中-f選項(xiàng)是表示以文件里的內(nèi)容作為sed的命令輸入,但sed的命令輸入不能對"#!/bin/sed -f"解釋，那么程序出錯(cuò)了。

所以，有用的解釋器應(yīng)該是類似bash,perl,awk的程序，并且能對一些規(guī)定的語句有解釋功能的。下面給出一個(gè)awk程序?qū)懙慕y(tǒng)計(jì)文件行數(shù)和單詞數(shù)的腳本程序myawk。

代碼:

#!/usr/bin/awk -f

BEGIN {

sum = 0;

}

{sum += NF;}

END {

printf("file \"%s\" have %d line, %d words.\n", FILENAME, NR, sum);

}設(shè)置執(zhí)行位之后，執(zhí)行如下：

代碼:

$ echo -e "hi\nhello world">test.txt

$ ./myawk test.txt

file "test.txt" have 2 line, 3 words這里執(zhí)行./myawk被執(zhí)行成“/usr/bin/awk -f ./myawk test.txt”，因?yàn)閍wk的命令中，以#開頭的行被認(rèn)為是注釋行而忽略，awk忽略了第一行"#!/usr/bin/awk -f"，正確的以非#開頭行當(dāng)成模式和命令的輸入并能對其解釋，所以這個(gè)程序是正確的，能被順利地執(zhí)行。

OK，關(guān)于Linux系統(tǒng)的解釋器的介紹就說到這了，希望大家能對解釋器的原理有更多的認(rèn)識，而不是給我越說越糊涂^_^。