如何编写一个完整的Linux命令

一个完整的Linux命令需要有以下几个重要的部分组成：
1.使用方法
2.命令行参数
3.移植性

1.使用方法

在每个命令当中，都需要提供一个usage函数，当然名称不一定要用这个。看了很多开源软件，几乎都是使用usage命名。usage一般是在用户输入不规则的命令行参数才调用的，也就是打印出详细的使用方法。比如我以下随便给一个Linux命令传入一个没有被提供的参数，执行结果是这样：

[plain] view plaincopy

1. gzshun@ubuntu:~/c/getopt$ e2fsck -x  
2. e2fsck: invalid option -- 'x'  
3. Usage: e2fsck [-panyrcdfvtDFV] [-b superblock] [-B blocksize]  
4.                 [-I inode_buffer_blocks] [-P process_inode_size]  
5.                 [-l|-L bad_blocks_file] [-C fd] [-j external_journal]  
6.                 [-E extended-options] device  
7.   
8. Emergency help:  
9.  -p                   Automatic repair (no questions)  
10.  -n                   Make no changes to the filesystem  
11.  -y                   Assume "yes" to all questions  
12.  -c                   Check for bad blocks and add them to the badblock list  
13.  -f                   Force checking even if filesystem is marked clean  
14.  -v                   Be verbose  
15.  -b superblock        Use alternative superblock  
16.  -B blocksize         Force blocksize when looking for superblock  
17.  -j external_journal  Set location of the external journal  
18.  -l bad_blocks_file   Add to badblocks list  
19.  -L bad_blocks_file   Set badblocks list  

这里每一个命令行选项都代表一个功能，有些选项后面可以跟着参数，比如e2fsck中[-b superblock] [-B blocksize]等等。

2.命令行参数
在第1点，已经贴出usage的打印信息，上面那些-p,-n等等的就是命令行参数，本文也是重点说明这个命令行参数的使用。在执行一个Linux命令的时候，可能只需要增加一个选项(比如: cp -a ...)，也可能需要在一个选项后面跟一个参数(比如: e2fsck -C0 或者 e2fsck -C 0)，其实"e2fsck -C0"与"e2fsck -C 0"是等价的。这里分析命令行参数的功臣归功于"getopt"函数，getopt()用来分析参数选项，具体可以参考:(UNIX环境高级编程 第21章 与网络打印机通信 p619)，当然在UNIX环境高级编程这本书里面，这个函数只是稍微带过，没有详细讲解。

3.移植性
通常一个开源软件的移植性都是考虑得相当周全，在Linux平台下的开源软件，经常被移植到不同的平台，这就必须考虑到不同平台的可移植性。当然我对软件的可移植性这方面的知识欠缺，有待改进，本文不对移植性解释。

一、为什么要写一个完整的Linux命令？
在Linux的平台下，很多重要的功能都是在命令行实现的，也许我们平时也需要自己动手实现一个自己的程序，当然要一个相对比较有质量的。这里就会涉及到一个Linux命令的设计，第一步肯定是要分析命令行参数选项。
自己动手写一个完整的Linux命令，这里的标题写得有点吹，本来我打算写一个相对比较完整的cp命令，但考虑下流程，处理的东西很多，包括文件，目录的属性，还有递归，去掉上班时间，我晚上时间有限，就不想写，那些也都是比较容易的问题。cp这一个命令对于Linux的用户再熟悉不过了，网上也提供很多程序员自己写的cp命令，但我觉得都不完整，因为网上有些cp程序都是直接读取源文件写到目标文件，仅仅写了一个while循环，这样根本就谈不上一个完整的Linux命令。我们平时使用的cp命令，源码有1063行，包括注释，一个简单的功能，其实涉及到很多Linux平台下的特性，需要考虑到文件属性，目录属性，权限，用户和组ID，修改时间，状态修改时间等等。

二、Linux命令的一些例子？
举个例子：
复制一个src目录到dst目录的命令，这里可能会有3种写法：
1.cp -a src dst
2.cp src -a dst
3.cp src dst -a
这3条命令都可以达到将src目录拷贝到dst目录的效果，这里就是命令行参数的功劳了，这也就是getopt函数的好处。如果写一个命令，没有使用getopt函数来处理命令行参数，那将处理不了这三种命令行参数的写法。

例子：
检测磁盘的一个工具e2fsck，该函数有一个选项是[-C fd]，后面跟一个参数，这个选项是选择一个不同的进度打印消息。这里同样有几种写法：
1.e2fsck /dev/sda1 -C0
2.e2fsck /dev/sda1 -C 0
在命令行参数，也支持这样的形式，选项可以跟选项后面跟的参数写在一起，也可以分离，但必须紧跟在选项后面。

当然本文也写不出完整的Linux命令，水平有限，只是写出命令行参数的解析部分。

例子：这里是一个简单的测试程序，将程序的参数打印出来；
./cp aa bb cc dd ee -l -d

//这里直接将main函数的argv二位数组打印出来
argv[0]=./cp
argv[1]=aa
argv[2]=bb
argv[3]=cc
argv[4]=dd
argv[5]=ee
argv[6]=-l
argv[7]=-d
//这里是调用完getopt后argv的变化结果
argv[0]=./cp
argv[1]=-l
argv[2]=-d
argv[3]=aa
argv[4]=bb
argv[5]=cc
argv[6]=dd
argv[7]=ee

从这个例子，可以得到以下结果：
1.getopt函数具有排序功能；
2.argv是一个可以修改的二维数组；

三、getopt的使用？
1.排序功能
getopt会先将命令行参数进行排序，选项在前，剩下的参数在后面，第0个参数始终是程序自己；
排序规则：
只将有"-"选项与该选项的参数提到程序的后面，剩下的一些都放在最后面，但原有的参数顺序没有更改，这里有点拗口，直接看例子：
cp -a -r src1/ src2/ src3/ dst/
这条命令的任务是将src1,src2,src3目录拷贝到dst目录下，src1,src2,src3参数必须在dst参数的前面，所以getopt不会破坏原来的参数顺序，例子：
cp src1/ src2/ -a src3/ -r dst/
经过getopt的处理，argv数组将会变成cp -a -r src1/ src2/ src3/ dst/,-a和-r原有的顺序也保持不变，-a在前，-r在后。

2.参数解析
有些命令的选项后面会跟着一个参数，可以是数字，也可以是字母，或字符串，均可。例子：
e2fsck /dev/sda1 -C0,这里-C选项的参数是0。也可以写成e2fsck /dev/sda1 -C 0,跟前面那句命令等价。
  
3.getopt的具体用法
讲这么废话，终于到了getopt了。
getopt函数声明在unistd.h头文件中，有以下一些相关函数和全局变量：

[cpp] view plaincopy

1. #include <unistd.h>  
2. extern char *optarg;  
3. extern int optind;  
4. extern int opterr;  
5. extern int optopt;  
6. extern int getopt(int argc, char * const argv[], const char *optstring);  

这里写个例子来说明(虚拟的): mycp -a -b hello -c123 src dst
char *optarg: -b的optarg是hello，-c的optarg是123，optarg就是选项后面跟着的参数；
int optind  : 下一个要处理的参数的下标(argv)；
int opterr  : 如果将opterr设为0，则getopt不输出错误信息，否则报错，形如（e2fsck: invalid option -- 'x'）
int optopt  : 当命令行选项字符不包括在optstring中或者选项缺少必要的参数时，该选项存储在optopt中
int getopt(int argc, char * const argv[], const char *optstring) : optstring看起来比较不清楚，待会儿看代码。该函数执行完或者失败返回-1.

源程序：

[cpp] view plaincopy

1. /***************************************************** 
2. ** Name         : getopt.c  
3. ** Author       : gzshun 
4. ** Version      : 1.0 
5. ** Date         : 2012-01 
6. ** Description  : getopt test program 
7. ** 
8. ** This file may be redistributed under the terms 
9. ** of the GNU Public License. 
10. ******************************************************/  
11. #include <stdio.h>  
12. #include <stdlib.h>  
13. #include <unistd.h>  
14.   
15. extern char *optarg;  
16. extern int optind;  
17. extern int opterr;  
18. extern int optopt;  
19. extern int getopt(int argc, char * const argv[], const char *optstring);  
20.   
21. #define OPTION_A        (1<<0)  
22. #define OPTION_B        (1<<1)  
23. #define OPTION_C        (1<<2)  
24. #define OPTION_D        (1<<3)  
25. #define OPTION_E        (1<<4)  
26. #define OPTION_F        (1<<5)  
27. #define OPTION_G        (1<<6)  
28. #define OPTION_H        (1<<7)  
29.   
30. const char *programe_name = "getopt";  
31.   
32. static void usage(void);  
33. static int PRS(int argc, char **argv, int *opts);  
34.   
35. static void usage(void)  
36. {  
37.     fprintf(stderr,   
38.         "Usage:  %s [OPTION]\n"  
39.         "\t[-abcdeh]\n"  
40.         "\t[-f digit] [-g string]\n",  
41.         programe_name);  
42.     exit(1);  
43. }  
44.   
45. static int PRS(int argc, char **argv, int *opts)  
46. {  
47.     int retval, prog_num;  
48.     char ch;  
49.   
50.     *opts &= 0x00000000;  
51.   
52.     /******************************************************* 
53.     optstring: "abcdef:g:h" 
54.     这个字符串是给getopt指定需要的选项. 
55.     abcdeh : 这几个选项后面没有跟选项参数 
56.     f:g:   : 在一个选项的后面多一个:号,说明这个选项后面是有参数的. 
57.             这个选项参数可以通过optarg全局变量获取到. 
58.     *******************************************************/  
59.     while ((ch = getopt(argc, argv, "abcdef:g:h")) != -1) {  
60.         switch (ch) {  
61.             case 'a':  
62.                 *opts |= OPTION_A;  
63.                 break;  
64.             case 'b':  
65.                 *opts |= OPTION_B;  
66.                 break;  
67.             case 'c':  
68.                 *opts |= OPTION_C;  
69.                 break;  
70.             case 'd':  
71.                 *opts |= OPTION_D;  
72.                 break;  
73.             case 'e':  
74.                 *opts |= OPTION_E;  
75.                 break;  
76.             case 'f':  
77.                 *opts |= OPTION_F;  
78.                 printf("-f optarg=%s\n", optarg);  
79.                 break;  
80.             case 'g':  
81.                 *opts |= OPTION_G;  
82.                 printf("-g optarg=%s\n", optarg);  
83.                 break;  
84.             case 'h':  
85.                 *opts |= OPTION_H;  
86.                 usage();  
87.                 break;  
88.             default:  
89.                 fprintf(stderr,   
90.                         "our: %s: invalid option -- '%c'\n",  
91.                         programe_name, optopt);  
92.                 exit(1);  
93.                 break;  
94.         }  
95.     }  
96.   
97.     return 0;  
98. }  
99.   
100. int main(int argc ,char **argv)  
101. {  
102.     int i, retval;  
103.     int opts;  
104.   
105.     /*调用getopt之前打印argv数组*/  
106.     printf("Before calling getopt\n");  
107.     for (i = 0; i < argc; i++) {  
108.         printf("%s ", argv[i]);  
109.     }  
110.     printf("\n\n");  
111.   
112.     /********************************************************** 
113.     该函数是编写一个Linux命令最基本也最重要的一个操作,函数里面 
114.     调用getopt()函数,函数作用是用来解析命令的操作选项: 
115.     比如:cp -a -r src dst 
116.     getopt()用来分析参数选项,具体可以参考: 
117.     (UNIX环境高级编程 第21章 与网络打印机通信 p619) 
118.     ***********************************************************/  
119.     retval = PRS(argc, argv, &opts);  
120.     if (retval < 0) {  
121.         exit(1);  
122.     }  
123.     printf("\n");  
124.   
125.     /*调用getopt之后打印argv数组*/  
126.     printf("After calling getopt\n");  
127.     for (i = 0; i < argc; i++) {  
128.         printf("%s ", argv[i]);  
129.     }  
130.     printf("\n\n");  
131.   
132.     /*这里来打印一下选项的设置情况*/  
133.     printf("-a \t set %s\n", opts&OPTION_A ? "yes" : "no");  
134.     printf("-b \t set %s\n", opts&OPTION_B ? "yes" : "no");  
135.     printf("-c \t set %s\n", opts&OPTION_C ? "yes" : "no");  
136.     printf("-d \t set %s\n", opts&OPTION_D ? "yes" : "no");  
137.     printf("-e \t set %s\n", opts&OPTION_E ? "yes" : "no");  
138.     printf("-f \t set %s\n", opts&OPTION_F ? "yes" : "no");  
139.     printf("-g \t set %s\n", opts&OPTION_G ? "yes" : "no");  
140.     printf("-h \t set %s\n", opts&OPTION_H ? "yes" : "no");  
141.     printf("\n");  
142.       
143.     /********************************************************** 
144.     当执行完getopt后,argv二位数组里面的字符串已经被排序,选项部分 
145.     会被排在前面,非选项部分的会被排在最后面,但原来的顺序还是没有 
146.     发生变化; 
147.     为什么要加这个循环,因为在很多情况都要另外加一些参数,比如: 
148.     cp -a -r src1 src2 src3 src4 dst 
149.     这条复制命令, -a -r是选项, src[1-4] dst这几个就是其余的参数, 
150.     若需要这些,使用以下循环即可获得. 
151.     ***********************************************************/  
152.     for (i = optind; i < argc; i++) {  
153.         printf("optind=%d\t: argv[%d]=%s\n", i, i, argv[i]);  
154.     }  
155.   
156.     return 0;  
157. }  

程序的执行结果1： 
这里故意打乱顺序，为了更清楚的查看getopt的使用方法

[plain] view plaincopy

1. gzshun@ubuntu:~/c/getopt$ ./getopt china -a beijing -b shanghai -c shenzhen -d -f 1234 -g hello  
2. Before calling getopt  
3. ./getopt china -a beijing -b shanghai -c shenzhen -d -f 1234 -g hello  
4.   
5. -f optarg=1234  
6. -g optarg=hello  
7.   
8. After calling getopt  
9. ./getopt -a -b -c -d -f 1234 -g hello china beijing shanghai shenzhen  
10.   
11. -a       set yes  
12. -b       set yes  
13. -c       set yes  
14. -d       set yes  
15. -e       set no  
16. -f       set yes  
17. -g       set yes  
18. -h       set no  
19.   
20. optind=9        : argv[9]=china  
21. optind=10       : argv[10]=beijing  
22. optind=11       : argv[11]=shanghai  
23. optind=12       : argv[12]=shenzhen  

程序的执行结果2： 
使用-h选项来打印命令的使用方法

[plain] view plaincopy

1. gzshun@ubuntu:~/c/getopt$ ./getopt -h  
2. Before calling getopt  
3. ./getopt -h  
4.   
5. Usage:  getopt [OPTION]  
6.         [-abcdeh]  
7.         [-f digit] [-g string]  

个人喜欢vi的颜色配置，贴一张出来看看，挺鲜艳：

本人不才，以上可能存在错误的认识。
由于最近写了3个Linux命令，在CSDN博客总结一下收获，虽然这种程序是菜鸟级的，但我把它记录下来，等我下次要查看，一目了然，这就是效率。希望大牛不要鄙视，我写这种无聊的程序，只是一个学习态度罢了。