shell环境
1 引言
一个进程运行在shell环境中，理解进程运行的环境是十分重要的。环境影响着进程的行为，利用环境提供的便利，可以极大地提高开发效率。本节深入讨论shell中与进程有关的环境问题，包括命令行参数、环境变量和错误号变量等。
2 命令行参数
2.1 简介
当一个新进程执行时，命令行参数和环境变量是两个非常重要的信息。这两个信息都是新进程从产生它的父进程那里获得的，其获得方式也有不同。命令行参数作为main函数的参数被传入到新进程中，而环境变量是作为一种全局变量被新进程所使用的。
对于C语言来说，程序的执行时从main函数开始的。main函数的原型如下：
int main(int argc, char * argv[])
其中，argc是命令行参数的个数,argv是指向参数的字符串指针数组，其中每一个元素都是一个字符串，以‘\0’结尾。在执行一个程序的时候，调用exec()函数的进程会把命令行参数传递给新程序。下面的示例程序就是打印命令行参数:
1 //print command line parameters to stdout 2 #include <stdio.h> 3 4 int main(int argc, char * argv[]) 5 { 6 int i; 7 8 printf("Counts of arguments: %d\n", argc); 9 for (i = 0; i < argc; i++) 10 printf("argv[%d]: %s\n", i, argv[i]); 11 12 return 0; 13 }
程序运行结果如下:
xiaomanon@xiaomanon-machine:~/Documents/c_code$ gcc main.c -o app xiaomanon@xiaomanon-machine:~/Documents/c_code$ ./app -o yes ok 23 Counts of arguments: 5 argv[0]: ./app argv[1]: -o argv[2]: yes argv[3]: ok argv[4]: 23
2.2 获取文件名
命令行参数数组的第一个元素(即argv[0])是程序的路径名，并不是该程序的文件名。如果希望在程序中使用该程序文件的文件名，则需要做特殊处理。下面实现了一个获取程序文件名的函数，这个函数以一个文件的路径为参数，并且寻找该路径中的最后一个“/”，那么这个“/”右边就是函数需要找的程序文件名。
1 //get program file name 2 #include <stdio.h> 3 #include <string.h> 4 5 char* getFileName(char* fullName) 6 { 7 char *p; 8 //find the last symbol '/' from fullName 9 p = rindex(fullName, '/'); 10 if (p == '\0') 11 p = fullName;//it is already a file name 12 else 13 p++;//move to next position 14 15 return p; 16 } 17 18 int main(int argc, char * argv[]) 19 { 20 char *p; 21 22 p = getFileName(argv[0]); 23 printf("directory: %s\n", argv[0]); 24 printf("file name : %s\n", p); 25 26 return 0; 27 }
程序运行结果如下：
xiaomanon@xiaomanon-machine:~/Documents/c_code$ ./app directory: ./app file name : app
注意：argv[argc]是一个NULL指针，这一点不会由机器自动完成，但是此定义遵守ISO C。所以，在编写传递命令行参数的代码时要注意使argv[argc]的值为NULL。
因此，在遍历命令行参数的时候，处理的循环可以写成如下的形式：
for (i = 0; argv[i] != NULL; i++)
3 环境变量
3.1 概述
环境变量和命令行参数的情况有所不同。每个程序都会有一个环境变量表，和命令行参数表一样，环境变量表也是一个指针数组。
extern char ** environ;
每个环境变量的表示形式为：
环境变量名=环境变量值(最后有一个‘\0’结束符)
环境变量表就是由若干个这样的字符串组成的，最后由一个NULL指针作为结束标志。下面的实例演示了打印进程的环境变量，该程序顺序遍历环境变量表，并输出每一个环境变量值。
1 //print environment argument table content 2 #include <stdio.h> 3 extern char ** environ; 4 5 int main(int argc, char * argv[]) 6 { 7 int i; 8 for (i = 0; environ[i] != NULL; i++) 9 printf("[%d] : %s\n", i, environ[i]); 10 return 0; 11 }
程序运行结果如下：
xiaomanon@xiaomanon-machine:~/Documents/c_code$ ./app [0] : XDG_VTNR=7 [1] : LC_PAPER=zh_CN.UTF-8 [2] : LC_ADDRESS=zh_CN.UTF-8 [3] : XDG_SESSION_ID=c1 [4] : XDG_GREETER_DATA_DIR=/var/lib/lightdm-data/xiaomanon [5] : SELINUX_INIT=YES [6] : LC_MONETARY=zh_CN.UTF-8 [7] : CLUTTER_IM_MODULE=xim [8] : GPG_AGENT_INFO=/run/user/1000/keyring-Lk6lyR/gpg:0:1 [9] : TERM=xterm [10] : VTE_VERSION=3409 [11] : SHELL=/bin/bash [12] : WINDOWID=60817420 [13] : LC_NUMERIC=zh_CN.UTF-8 [14] : UPSTART_SESSION=unix:abstract=/com/ubuntu/upstart-session/1000/1272 [15] : GNOME_KEYRING_CONTROL=/run/user/1000/keyring-Lk6lyR [16] : GTK_MODULES=overlay-scrollbar:unity-gtk-module [17] : USER=xiaomanon [18] : LS_COLORS=rs=0:di=01;34:ln=01;36:mh=00:pi=40;33:so=01;35:do=01;35:bd=40;33;01:cd=40;33;01:or=40;31;01:su=37;41:sg=30;43:ca=30;41:tw=30;42:ow=34;42:st=37;44:ex=01;32:*.tar=01;31:*.tgz=01;31:*.arj=01;31:*.taz=01;31:*.lzh=01;31:*.lzma=01;31:*.tlz=01;31:*.txz=01;31:*.zip=01;31:*.z=01;31:*.Z=01;31:*.dz=01;31:*.gz=01;31:*.lz=01;31:*.xz=01;31:*.bz2=01;31:*.bz=01;31:*.tbz=01;31:*.tbz2=01;31:*.tz=01;31:*.deb=01;31:*.rpm=01;31:*.jar=01;31:*.war=01;31:*.ear=01;31:*.sar=01;31:*.rar=01;31:*.ace=01;31:*.zoo=01;31:*.cpio=01;31:*.7z=01;31:*.rz=01;31:*.jpg=01;35:*.jpeg=01;35:*.gif=01;35:*.bmp=01;35:*.pbm=01;35:*.pgm=01;35:*.ppm=01;35:*.tga=01;35:*.xbm=01;35:*.xpm=01;35:*.tif=01;35:*.tiff=01;35:*.png=01;35:*.svg=01;35:*.svgz=01;35:*.mng=01;35:*.pcx=01;35:*.mov=01;35:*.mpg=01;35:*.mpeg=01;35:*.m2v=01;35:*.mkv=01;35:*.webm=01;35:*.ogm=01;35:*.mp4=01;35:*.m4v=01;35:*.mp4v=01;35:*.vob=01;35:*.qt=01;35:*.nuv=01;35:*.wmv=01;35:*.asf=01;35:*.rm=01;35:*.rmvb=01;35:*.flc=01;35:*.avi=01;35:*.fli=01;35:*.flv=01;35:*.gl=01;35:*.dl=01;35:*.xcf=01;35:*.xwd=01;35:*.yuv=01;35:*.cgm=01;35:*.emf=01;35:*.axv=01;35:*.anx=01;35:*.ogv=01;35:*.ogx=01;35:*.aac=00;36:*.au=00;36:*.flac=00;36:*.mid=00;36:*.midi=00;36:*.mka=00;36:*.mp3=00;36:*.mpc=00;36:*.ogg=00;36:*.ra=00;36:*.wav=00;36:*.axa=00;36:*.oga=00;36:*.spx=00;36:*.xspf=00;36: [19] : LC_TELEPHONE=zh_CN.UTF-8 [20] : XDG_SESSION_PATH=/org/freedesktop/DisplayManager/Session0 [21] : XDG_SEAT_PATH=/org/freedesktop/DisplayManager/Seat0 [22] : SSH_AUTH_SOCK=/run/user/1000/keyring-Lk6lyR/ssh [23] : DEFAULTS_PATH=/usr/share/gconf/ubuntu.default.path [24] : XDG_CONFIG_DIRS=/etc/xdg/xdg-ubuntu:/usr/share/upstart/xdg:/etc/xdg [25] : DESKTOP_SESSION=ubuntu [26] : PATH=/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin:/usr/games:/usr/local/games [27] : QT_IM_MODULE=ibus [28] : QT_QPA_PLATFORMTHEME=appmenu-qt5 [29] : LC_IDENTIFICATION=zh_CN.UTF-8 [30] : PWD=/home/xiaomanon/Documents/c_code [31] : JOB=gnome-session [32] : XMODIFIERS=@im=ibus [33] : LANG=en_US.UTF-8 [34] : GDM_LANG=en_US [35] : MANDATORY_PATH=/usr/share/gconf/ubuntu.mandatory.path [36] : LC_MEASUREMENT=zh_CN.UTF-8 [37] : UBUNTU_MENUPROXY=1 [38] : COMPIZ_CONFIG_PROFILE=ubuntu [39] : IM_CONFIG_PHASE=1 [40] : GDMSESSION=ubuntu [41] : SESSIONTYPE=gnome-session [42] : SHLVL=1 [43] : HOME=/home/xiaomanon [44] : XDG_SEAT=seat0 [45] : LANGUAGE=en_US [46] : GNOME_DESKTOP_SESSION_ID=this-is-deprecated [47] : UPSTART_INSTANCE= [48] : UPSTART_EVENTS=started starting [49] : LOGNAME=xiaomanon [50] : DBUS_SESSION_BUS_ADDRESS=unix:abstract=/tmp/dbus-vaiuLPOEru [51] : XDG_DATA_DIRS=/usr/share/ubuntu:/usr/share/gnome:/usr/local/share/:/usr/share/ [52] : QT4_IM_MODULE=xim [53] : LESSOPEN=| /usr/bin/lesspipe %s [54] : INSTANCE=Unity [55] : TEXTDOMAIN=im-config [56] : UPSTART_JOB=unity-settings-daemon [57] : XDG_RUNTIME_DIR=/run/user/1000 [58] : DISPLAY=:0 [59] : XDG_CURRENT_DESKTOP=Unity [60] : GTK_IM_MODULE=ibus [61] : LESSCLOSE=/usr/bin/lesspipe %s %s [62] : LC_TIME=zh_CN.UTF-8 [63] : TEXTDOMAINDIR=/usr/share/locale/ [64] : LC_NAME=zh_CN.UTF-8 [65] : XAUTHORITY=/home/xiaomanon/.Xauthority [66] : COLORTERM=gnome-terminal [67] : _=./app [68] : OLDPWD=/home/xiaomanon/Documents
程序的运行结果是打印出很多的环境变量，这些环境变量是从调用exec()函数(即创建该进程的shell)中继承得来的。
命令行参数需要由程序员手动编写代码传递给新的进程，而环境变量则不需要这样做。环境变量的获取是由操作系统自动完成的，在引用的时候只需要声明外部变量(extern char **environ)就可以了。环境变量和命令行参数的另一个不同点是命令行参数可以人为输入，而环境变量只能从调用exec()函数的进程那里继承而来，而且在本进程中修改环境变量不会影响到其他进程。
修改命令行参数同样不会影响到其他进程，但是很少人去修改它，因为这样做是毫无意义可言的。
3.2 获取指定的环境变量
环境变量是一个字符指针数组，可以通过environ指针来访问其中的每一个元素，但是这种方式是不被推荐的。这里先介绍一种推荐的访问环境变量的方法，Linux环境下使用getenv()函数来得到一个环境变量，其函数原型如下：
#include <stdlib.h> char* getenv(const char* name);
getenv()函数的参数代表指定的环境变量的名称，该函数寻找一个形如“name=value”的字符串，然后将value字符串的内容作为环境变量的值返回。如果成功，getenv()函数返回该环境变量的字符串首地址；如果失败，则返回一个NULL指针。下面演示一个获取指定的环境变量的值，该程序调用getenv()函数得到指定的环境变量值，并将其输出。
1 //print the specified environment table content 2 #include <stdio.h> 3 #include <stdlib.h> 4 5 int main(int argc, char * argv[]) 6 { 7 char *p; 8 9 p = getenv("PATH"); 10 if (p == NULL)//get environ failed 11 { 12 perror("fail to get environ\n"); 13 exit(-1); 14 } 15 printf("$PATH = %s\n", p); 16 17 return 0; 18 }
程序运行结果如下：
xiaomanon@xiaomanon-machine:~/Documents/c_code$ ./app
$PATH = /usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin:/usr/games:/usr/local/games
3.3 设置环境变量
Linux系统允许用户设置一个环境变量的值，当该环境变量已经有值时，还可以将其替换。如果添加的环境变量尚未存在与环境变量表中，系统会为用户添加这个环境变量。Linux环境下使用putenv()函数对一个环境变量赋值，其函数原型如下：
#include <stdlib.h> int putenv(char *str);
putenv()函数将一个形如“name=value”的字符串放进环境变量表，如果原来有值则替换掉原来的环境变量值。该函数也可以用来添加一个以前不存在的环境变量，如果成功对环境变量赋值，则函数返回0；如果修改失败，则返回-1.
1 //set the specified environment table content 2 #include <stdio.h> 3 #include <stdlib.h> 4 5 int main(int argc, char * argv[]) 6 { 7 char *p; 8 9 //Get environ value 10 p = getenv("HOME"); 11 if (p == NULL)//get environ failed 12 { 13 perror("fail to get environ\n"); 14 exit(-1); 15 } 16 printf("$HOME = %s\n", p); 17 //Set environ value 18 if (putenv("HOME=/home/test") != 0) 19 { 20 perror("fail to put environ\n"); 21 exit(-1); 22 } 23 p = getenv("HOME"); 24 if (p == NULL)//get environ failed 25 { 26 perror("fail to get environ\n"); 27 exit(-1); 28 } 29 printf("$HOME = %s\n", p); 30 31 //Set a non-exist environ value 32 if (putenv("NOEXIST=/tmp") != 0) 33 { 34 perror("fail to put environ\n"); 35 exit(-1); 36 } 37 p = getenv("NOEXIST"); 38 if (p == NULL)//get environ failed 39 { 40 perror("fail to get environ\n"); 41 exit(-1); 42 } 43 printf("$NOEXIST = %s\n", p); 44 45 return 0; 46 }
运行结果如下：
xiaomanon@xiaomanon-machine:~/Documents/c_code$ ./app $HOME = /home/xiaomanon $HOME = /home/test $NOEXIST = /tmp
补充：那么问题来了，要是想在原有环境变量值的基础上追加一条新的环境变量值，应该怎么做呢？
也可以使用setenv()函数对环境变量进行赋值，其函数原型如下：
#include <stdlib.h> int setenv(const char *name, const char *value, int rewrite);
setenv()函数的第1个参数代表要进行赋值的环境变量的名称，第2个参数代表该环境变量的新值，第3个参数用于决定是否覆盖已经存在的环境变量的值。如果rewrite的值为0，则不修改原来的值；如果rewrite的值为非0，则修改原来的值。如果成功对环境变量赋值，则setenv()函数返回0；否则，返回-1。看下面的示例程序：
1 //set the specified environment table content 2 #include <stdio.h> 3 #include <stdlib.h> 4 5 int main(int argc, char * argv[]) 6 { 7 char *p; 8 9 //Get environ value 10 p = getenv("HOME"); 11 if (p == NULL)//get environ failed 12 { 13 perror("fail to get environ\n"); 14 exit(-1); 15 } 16 printf("$HOME = %s\n", p); 17 18 //Set environ value, do not change orignal value 19 if (setenv("HOME", "/home/test", 0) != 0) 20 { 21 perror("fail to put environ\n"); 22 exit(-1); 23 } 24 p = getenv("HOME"); 25 if (p == NULL)//get environ failed 26 { 27 perror("fail to get environ\n"); 28 exit(-1); 29 } 30 printf("$HOME = %s\n", p); 31 32 //Set environ value, change orignal value 33 if (setenv("HOME", "/home/test", 1) != 0) 34 { 35 perror("fail to put environ\n"); 36 exit(-1); 37 } 38 p = getenv("HOME"); 39 if (p == NULL)//get environ failed 40 { 41 perror("fail to get environ\n"); 42 exit(-1); 43 } 44 printf("$HOME = %s\n", p); 45 46 return 0; 47 }
程序运行效果如下：
xiaomanon@xiaomanon-machine:~/Documents/c_code$ ./app $HOME = /home/xiaomanon $HOME = /home/xiaomanon $HOME = /home/test
3.4 删除环境变量
Linux环境下使用unsetenv()函数删除一个环境变量的值，其函数原型如下：
#include <stdlib.h> int unsetenv(const char *name);
参数name表示要删除的环境变量名称，即使name所代表 的环境变量并不存在也不会出错。如果成功删除环境变量的值，函数的返回值为0；否则，返回-1。
下面的示例以删除一个环境变量的值。
1 //set the specified environment table content 2 #include <stdio.h> 3 #include <stdlib.h> 4 5 int main(int argc, char * argv[]) 6 { 7 char *p; 8 9 //Get environ value 10 p = getenv("HOME"); 11 if (p == NULL)//get environ failed 12 { 13 perror("fail to get environ\n"); 14 exit(-1); 15 } 16 printf("$HOME = %s\n", p); 17 18 //Delete environ value 19 if (unsetenv("HOME") != 0) 20 { 21 perror("fail to put environ\n"); 22 exit(-1); 23 } 24 p = getenv("HOME"); 25 if (p == NULL)//get environ failed 26 { 27 perror("fail to get environ\n"); 28 exit(EXIT_FAILURE); 29 } 30 printf("$HOME = %s\n", p); 31 32 return 0; 33 }
程序运行结果如下：
xiaomanon@xiaomanon-machine:~/Documents/c_code$ ./app $HOME = /home/xiaomanon fail to get environ : Success
Linux下使用clearenv()函数清除所有环境变量表中的变量，其函数原型如下：
#include <stdlib.h>
int clearenv();
clearenv()函数将环境变量连同值一起删除，而且连environ这个全局变量指针都会设置为NULL，撤销整个环境变量表。由此可见，对于此函数应该慎用。如果成功删除所有环境变量，函数返回0；否则，返回-1。
4 进程结束状态
4.1 得到进程结束状态
Linux程序员可以通过shell得到已结束进程的结束状态。
echo $?
$?是Linux shell中的一个内置变量，其中保存的是最近一次运行的进程的返回值。这个返回值有一下3种情况：
(1) 程序中的main函数运行结束,$?中保存main函数的返回值。
(2) 程序运行中调用exit函数结束运行，$?中保存exit函数的参数。
(3) 程序异常退出，$?中保存异常出错的错误号。
下面的程序用来测试程序的结束状态，该程序接收整型输入，如果输入数字0则正常退出。
1 #include <stdio.h> 2 3 int main() 4 { 5 int i; 6 while (1) 7 { 8 scanf("%d", &i); 9 if (i == 0) 10 break; 11 } 12 return 14; 13 }
程序运行效果如下：
xiaomanon@xiaomanon-machine:~/Documents/c_code$ ./hello 12 0 xiaomanon@xiaomanon-machine:~/Documents/c_code$ echo $? 14 xiaomanon@xiaomanon-machine:~/Documents/c_code$ ./hello ^C (Ctrl+C) xiaomanon@xiaomanon-machine:~/Documents/c_code$ echo $? 130
注意：首先，shell内置变量$?保存的是最近一次运行的进程的返回值，所以使用时窑确保在打印需要的进程返回值前不要有其他的操作，同时应该避免后台进程的干扰。其次，在运行程序是，如果程序运行出错，比如shell找不到指定的进程，那么$?内置变量中的值是1.
所以，在编写代码时如果没有出错，则不要使main函数的返回值为1；或者使用exit(1)这样的写法，以免引起不必要的混乱。
4.2 使用errno调试程序
调试一个程序往往有以下几种方法：
(1) 使用调试器
(2) 在程序中直接使用输出函数输出调试信息。
(3) 查看标准出错文件。
(4) 查看程序异常时所写的日志。
在Linux环境下执行系统调用时会出现一些错误，仅仅通过检查这些系统调用的返回值是不够的，开发者往往需要更多更详细的信息。C语言提供了一个全局变量errno，很好地弥补了Linux系统调用返回值信息不足的缺点。大多数Linux系统调用在出错时都会操作此变量，将其设置为一个特定的值，输出这个变量的值开发者就可以知道系统调用失败的原因，从而正确的排除错误。
说明：errno是一个整型变量，其定义在errno.c中，声明在errno.h中。
因此，如果希望在程序中使用此变量，应该在代码之前加上“#include <errno.h>”。下面的示例演示了使用errno变量输出出错信息。该程序试图打开一个不存在的文件，打开文件失败后使用errno变量输出其出错的原因。
1 #include <stdio.h> 2 #include <stdlib.h> 3 #include <fcntl.h> 4 #include <unistd.h> 5 #include <errno.h> 6 7 int main(void) 8 { 9 int fd; 10 errno = 0;//clear errno 11 12 fd = open("./nothing.txt", O_RDWR); 13 if (errno == 0) 14 printf("Open Sucess.\n"); 15 else{ 16 printf("Fail to open, errno is : %d\n", errno); 17 exit(-1); 18 } 19 20 close(fd); 21 return 0; 22 }
程序运行效果如下：
xiaomanon@xiaomanon-machine:~/Documents/c_code$ ./err Fail to open, errno is : 2 xiaomanon@xiaomanon-machine:~/Documents/c_code$ touch nothing.txt xiaomanon@xiaomanon-machine:~/Documents/c_code$ ./err Open Sucess.
注意：因为errno是一个全局变量，所以该程序中所有的系统调用都会修改它的值，为了不让上一次的错误值影响这一次的判断，在使用errno变量之前需要将它清零。
4.3 输出出错的原因
由于errno只是一个整型值，必须通过查表才能知道其真正代表的错误原因，这样的理解不够直观。针对该问题，Linux提供了两个函数可以方便地完成由错误号到错误文字描述的转换。第一个函数是strerror()，根据错误号返回错误的字符描述，函数原型如下：
#include <string.h> char* strerror(int err);
我们对上一个程序做如下修改：
1 #include <stdio.h> 2 #include <stdlib.h> 3 #include <fcntl.h> 4 #include <unistd.h> 5 #include <errno.h> 6 #include <string.h> 7 8 int main(void) 9 { 10 int fd; 11 errno = 0;//clear errno 12 13 fd = open("./nothing.txt", O_RDWR); 14 if (errno == 0) 15 printf("Open Sucess.\n"); 16 else{ 17 printf("Fail to open, reason : %s\n", strerror(errno)); 18 exit(-1); 19 } 20 21 close(fd); 22 return 0; 23 }
程序运行结果如下：
xiaomanon@xiaomanon-machine:~/Documents/c_code$ ./err
Fail to open, reason : No such file or directory
另一个函数是perror()，会根据全局变量errno和传入的字符串，打印一条出错信息，其函数原型如下：
#include <stdio.h> #include <errno.h> void perror(const char * pszInfo);
perror()函数表示要输出的字符串，系统自动将使用errno变量映射得到的错误文件描述的字符串链接在参数字符串的后面。该字符串不需要添加‘\n’，perror()函数会自动添加。因此，我们在上一个程序的基础上再做简单修改：
1 #include <stdio.h> 2 #include <stdlib.h> 3 #include <fcntl.h> 4 #include <unistd.h> 5 #include <errno.h> 6 7 int main(void) 8 { 9 int fd; 10 errno = 0;//clear errno 11 12 fd = open("./nothing.txt", O_RDWR); 13 if (errno == 0) 14 printf("Open Sucess.\n"); 15 else{ 16 perror("fail to open"); 17 exit(-1); 18 } 19 close(fd); 20 return 0; 21 }
程序运行结果如下：
xiaomanon@xiaomanon-machine:~/Documents/c_code$ ./err
fail to open: No such file or directory
参考资料
[1] 吴岳，Linux C程序设计大全，清华大学出版社
