Shell 編程入門：Linux 解譯器原理

引言

使用Shell進行工作的人們對Unix/Linux下的Shell編程都很熟悉，在所有的Shell編程的書中都會提到#!/bin/bash,而這裡到底包含了些什嗎？對作業系統而言，這一行字串意味著什嗎？你可能會說，不就是會讓/bin/bash程式來解釋這個指令碼程式嗎？當然你是對的，看看我們的標題，這裡我們談談解譯器，讓我們一起來看看指令檔裡的第一句到底對系統而言意味著什麼。但有一點我們可先明確一下，所謂解譯器就是指#!行後面的可執行檔程式。

 

一、我們從exec族函數談起

如果你從不寫C程式，可能需要對本節的內容看得更為仔細並且實驗一下。

 

代碼:

#include

 

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族函數一共有上面所列的5個，作用都是一樣：執行一段新的代碼。區別只是向函數傳遞的參數方式不同而已，我在這裡講講execl函數：第一個參數path是指向設定了執行位檔案的路徑，後面的可變參數列表分別指向了傳遞給此執行檔案的參數列表(包括了參數0,即是執行檔案的名稱)。最後一個參數為(char *) 0，表示參數列表結束。

 

對於解譯器，exec族函數是這樣做的(以execl為例)，如果path是指向了一個指令碼，指令碼的第一行以#!開頭，則這樣調用：

以#!後面的字串為命令，後面加上execl參數列表中指定的參數列表，這樣形成了新的程式執行。

下面我們以例子來驗證這個結果：

 

下面這個C程式的作用是回射所有命令列參數。

 

代碼:

/* Program source : showargs.c *

* Program name : showargs */

 

#include

 

int

main(int argc, char *argv[])

{

int i;

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

{

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

}

return 0;

}

編譯：gcc -o showargs showargs.c

執行：

 

代碼:

$ pwd

/home/kiron

$ ./showargs arg1 arg2

arg[0]: ./showargs

arg[1]: arg1

arg[2]: arg2

 

我們在同一個目錄下再寫一個指令碼：

 

代碼:

#!/home/kiron/showargs addargs

我沒有打錯，是的，這個指令碼就只有一行，這個指令碼我們命名為testexec，加上執行位後，執行情況如下：

 

代碼:

$ ./testexec

arg[0]: /home/kiron/showargs

arg[1]: addargs

arg[2]: ./testexec

怎麼會這樣？我猜會有人對第2個參數./testexec不理解，暫且賣個關子，再引出一個C程式：

 

代碼:

/* Program source : mytest.c *

* Program name : mytest */

#include

 

int

main(void)

{

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

return 0;

}

編譯：gcc -o mytest mytest.c

執行：

 

代碼:

$ ./mytest

arg[0]: /home/kiron/showargs

arg[1]: addargs

arg[2]: /home/kiron/testexec

arg[3]: arg1

arg[4]: arg2

仔細觀察上面的三個例子，答案開始浮出水面了。正如在開始時講到的，exec族函數的處理是把#!後面的字串為命令，後面加上execl參數列表中指定的參數列表，這樣形成了新的程式執行。分析一下mytest.c來源程式，execl把命令的結果是這樣執行的/home/kiron/testexec的內容是#!/home/kiron/showargs addargs，則#!後面的字串"/home/kiron/showargs addargs"加上命令參數列表："/home/kiron/testexec arg1 arg2"就形成了新的程式行：/home/kiron/showargs addargs /home/kiron/testexec arg1 arg2。對於testexec指令碼，我們在shell中調用它時，shell調用了fork,exec,wait來執行它，也就是和程式mytest.c一樣用了exec函數，首先，exec函數對#!行分析後得出此指令碼的解譯器為/home/kiron/showargs，然後就形成了把命令列處理成了：“/home/kiron/showargs addargs ./testexec”。  

注意：#!行中的解譯器的路徑必須是全路徑，exec函數並不對其特殊處理，比如用PATH變數來搜尋它的真實路徑，所以路徑是由程式員來保證正確的。

 

二、我的指令碼第一句必須得是#!/bin/bash嗎？

當然不必了，通過上面的解釋，其實第一句的#!是對指令碼的解譯器程式路徑，指令碼的內容是由解譯器解釋的，我們可以用各種各樣的解譯器來寫對應的指令碼，比如說/bin/csh指令碼，/bin/perl指令碼，/bin/awk指令碼，/bin/sed指令碼，甚至/bin/echo等等。那我們真的能寫一個/bin/echo的指令檔嗎？我們來試試，下面是一個例子：

 

代碼:

#!/bin/echo -e

我把這隻有一行的程式(實際上它也只能是一行，echo程式並不是被設計成像awk那樣的程式設計語言，能寫成來源程式檔案)命名為myecho，加上許可權後執行它：

 

代碼:

$ ./myecho "hi/a"

./myecho hi

如果你的echo支援-e選項並且你工作的環境還算安靜，你在得到上面的結果的時候也應該聽到清脆的終端響鈴。但這種程式是毫無作用的。

 

三、我能利用解譯器來做什嗎？

但是上面的echo指令碼實際應用時並沒有什麼作用，我們可以得出一個小小的實驗結果，並不是所有的可執行二進位檔案都可以用來寫解譯器指令碼。那我編寫解譯器的指令碼有什麼用？如果你有一個可程式化的解譯器，那你或許能編寫該解譯器的程式來簡化你工作。比如說常用到的解譯器如awk,perl,bash等等。但是正如我們上面總結的實驗結果，很不幸地，並不是全部的可程式化程式都是有用的解譯器，exec指令碼時，能從第一行得到指令碼的解譯器，然後用exec去解釋指令碼(可能是選項去控制，如#!/bin/awk -f)，也包括了形如#!/PATH/的第一行，如果該解譯器對這行不能忽略的話，就會出錯，另外解譯器也必須要對餘下的程式語句能解釋(這句好像是廢話，但想象一下，上面myecho程式加一些"hello world"的行來，會有效嗎？下面的mysed程式中的s/UNIX/unix/p也是一樣的道理)。像awk,perl,bash等程式對#開頭的行當成注釋行處理，就能寫成有用的指令碼。

再看下面的mysed程式，

 

代碼:

#!/bin/sed -f

s/UNIX/unix/p

執行./mysed時出錯了。因為被解釋成了"/bin/sed -f ./mysed"，其中-f選項是表示以檔案裡的內容作為sed的命令輸入,但sed的命令輸入不能對"#!/bin/sed -f"解釋，那麼程式出錯了。

所以，有用的解譯器應該是類似bash,perl,awk的程式，並且能對一些規定的語句有解釋功能的。下面給出一個awk程式寫的統計檔案行數和單詞數的指令碼程式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);

}

設定執行位之後，執行如下：

 

代碼:

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

$ ./myawk test.txt

file "test.txt" have 2 line, 3 words

這裡執行./myawk被執行成“/usr/bin/awk -f ./myawk test.txt”，因為awk的命令中，以#開頭的行被認為是注釋行而忽略，awk忽略了第一行"#!/usr/bin/awk -f"，正確的以非#開頭行當成模式和命令的輸入並能對其解釋，所以這個程式是正確的，能被順利地執行。