《Linux C编程实战》笔记：实现自己的ls命令

关键函数的功能及说明

1.void display_attribute(struct stat buf,char *name)

函数功能：打印文件名为name的文件信息，如

含义分别为：文件的类型和访问权限，文件的链接数，文件的所有者，文件所有者所属的组，文件大小，文件创建的时间

2.void dispaly_single(char *name)

函数功能：输出文件的文件名，如果命令中没有-l选项，则输出文件名时要保证上下对齐，如：

3.void display(int flag,char *pathname)

函数功能：根据命令行参数（存放在flag中）和完整路径名（存放在pathname中）显示目标文件，参数flag可以取以下值或者它们的组合

4.void diaplay_dir(int flag_param,char *path)

函数功能：为显示某个目录下的文件做准备，参数flag_param用于在调用display函数时作为其参数flag的实参，path是要显示的目录

函数流程

准备工作代码：

#include<cstdlib>
#include<cstring>
#include <cstdio>
#include<ctime>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<unistd.h>
#include<cerrno>
#include<dirent.h>
#include<linux/limits.h>
#include<pwd.h>
#include<grp.h>
#include<algorithm>
using namespace std;

#define PARAM_NONE 0//无参数
#define PARAM_A 1//-a 显示所有文件
#define PARAM_L 2  //-l 一行只显示一个文件的详细信息
#define MAXROWLEN 80    //一行显示的最多字符数

int g_leave_len=MAXROWLEN;//一行剩余长度，用于输出对齐
int g_maxlen;             //存放某目录下最长文件名的长度
//自定义错误处理函数
void my_err(const char *err_string,int line){
    fprintf(stderr,"line:%d ",line);
    perror(err_string);
    exit(1);
}
int cmp(const void *a, const void *b)
{
    return ((char *)a)[0] - ((char *)b)[0];
}

顺便了解

pwd.h 和 grp.h 是两个C语言标准库头文件，用于处理用户和组的信息，通常用于UNIX和类UNIX系统。

pwd.h - Password Database:
该头文件定义了与用户账户信息相关的结构和函数。主要包括获取和处理用户账户信息的功能，例如用户名、用户ID（UID）、组ID（GID）、用户家目录等。一些常见的函数和结构体包括：
getpwnam：通过用户名获取用户信息。
getpwuid：通过用户ID获取用户信息。
struct passwd：用于存储用户账户信息的结构体。

grp.h - Group Database:
该头文件定义了与用户组信息相关的结构和函数。主要包括获取和处理用户组信息的功能，例如组名、组ID（GID）、组成员等。一些常见的函数和结构体包括：
struct group：用于存储用户组信息的结构体。
getgrgid：通过组ID获取组信息。
getgrnam：通过组名获取组信息。

如果你不清楚函数代码实在干嘛，可以看一下上面的运行结果，这样才知道到底要输出什么

display_attribute代码：

//获取文件属性并打印
void display_attribute(struct stat buf,char *name){
    char buf_time[32];
    struct passwd *psd;//从该结构体中获取文件所有者的用户名
    struct group *grp;//从该结构体中获取文件所有者所属组的组名
    //获取并打印文件类型
    if(S_ISLNK(buf.st_mode))
        printf("l");//符号链接
    else if(S_ISREG(buf.st_mode))
        printf("-");//普通文件
    else if(S_ISDIR(buf.st_mode))
        printf("d");//目录
    else if(S_ISCHR(buf.st_mode))
        printf("c");//字符设备文件
    else if(S_ISBLK(buf.st_mode))
        printf("b");//块设配文件
    else if(S_ISSOCK(buf.st_mode))
        printf("s");//套接字文件
    else if(S_ISFIFO(buf.st_mode))
        printf("f");//FIFO文件

    //获取并打印文件所有者的权限
    if(buf.st_mode&S_IRUSR)
        printf("r");
    else printf("-");
    if(buf.st_mode&S_IWUSR)
        printf("w");
    else printf("-");
    if(buf.st_mode&S_IXUSR)
        printf("x");
    else printf("-");

    //获取并打印与文件所有者同组的用户对该文件的操作权限
    if(buf.st_mode&S_IRGRP)
        printf("r");
    else printf("-");
    if(buf.st_mode&S_IWGRP)
        printf("w");
    else printf("-");
    if(buf.st_mode&S_IXGRP)
        printf("x");
    else printf("-");

    //获取并打印其他用户对该文件的操作权限
    if(buf.st_mode&S_IROTH)
        printf("r");
    else printf("-");
    if(buf.st_mode&S_IWOTH)
        printf("w");
    else printf("-");
    if(buf.st_mode&S_IXOTH)
        printf("x");
    else printf("-");

    printf("   ");
    
    //根据uid与gid获取文件所有者的用户名与组名
    psd=getpwuid(buf.st_uid);
    grp=getgrgid(buf.st_gid);
    printf("%4d",buf.st_nlink);//打印文件的链接数
    printf("%-8s",psd->pw_name);
    printf("%-8s",grp->gr_name);

    printf("%6d",buf.st_size);//打印文件的大小
    strcpy(buf_time,ctime(&buf.st_mtime));
    buf_time[strlen(buf_time)-1]='\0';//去掉换行符
    printf("  %s",buf_time);//打印文件的时间信息
}

struct stat这个结构体在《Linux C编程实战》笔记：文件属性操作函数-CSDN博客这里放过具体的信息，可以看到主要是从st_mode获取信息

S_ISLNK 是一个宏（macro），通常用于检查给定文件的模式是否表示一个符号链接（Symbolic Link）。这个宏在UNIX和类UNIX系统的系统编程中很常见，特别是在处理文件和目录时。

S_ISLNK 的定义通常在 <sys/stat.h> 头文件中，这个头文件包含了有关文件状态（file status）的相关宏和结构体定义。它的典型用法是与 st_mode 结构成员一起使用

其他的宏都是类似的作用，用来检查文件具体是那种类型的。

buf.st_mode & S_IRGRP 是一个位运算的操作，用于检查给定文件的权限位

S_IRGRP之类的文件权限的宏在《Linux C编程实战》笔记：文件读写-CSDN博客有具体解释过，通过这个操作可以得知文件的具体权限

用 getpwuid 和 getgrgid 函数来获取文件或目录的所有者（user）和所属组（group）的相关信息。这两个函数通常与文件状态结构 struct stat 中的 st_uid（用户ID）和 st_gid（组ID）成员一起使用。

#include <pwd.h>

struct passwd *getpwuid(uid_t uid);

#include <grp.h>

struct group *getgrgid(gid_t gid);

struct passwd {
    char   *pw_name;       // 用户名
    char   *pw_passwd;     // 加密后的密码
    uid_t   pw_uid;        // 用户ID
    gid_t   pw_gid;        // 主组ID
    char   *pw_gecos;      // 用户的真实姓名等描述信息
    char   *pw_dir;        // 用户的主目录
    char   *pw_shell;      // 用户的登录shell
};

struct group {
    char   *gr_name;       // 组名
    char   *gr_passwd;     // 加密后的密码（在 /etc/gshadow 中）
    gid_t   gr_gid;        // 组ID
    char  **gr_mem;        // 用户名的数组，表示属于这个组的成员
};

ctime的具体用法也在《Linux C编程实战》笔记：文件属性操作函数-CSDN博客有提到

%-8s的格式时，它包含两个部分：-8 是一个标志（flag），表示左对齐输出，而 %s 表示将一个字符串插入到该位置。

%s：插入一个字符串。
-8：左对齐，并占用最少8个字符的宽度。如果字符串长度不足8个字符，将用空格在右侧填充。

dispaly_single代码：

//在没有使用-l选项时，打印一个文件名，打印时上下对齐
void display_single(char *name){
    int i,len;
    //如果本行不足以打印一个文件名则换行
    if(g_leave_len<g_maxlen){
        printf("\n");
        g_leave_len=MAXROWLEN;
    }
    len=strlen(name);
    len=g_maxlen-len;
    printf("%-s",name);
    //为了保持对齐，需要填充空格来实现和最长文件名占位相同
    for(i=0;i<len;i++){
        printf(" ");
    }
    printf("  ");
    g_leave_len-=(g_maxlen+2);//改行剩下的长度减去最长文件名加两个空格的长度
}

这里主要是格式控制，在准备代码里有每个变量具体的含义，每次输出主要是更新g_leave_len

display代码：

/*
*    根据命令行参数和完整路径名显示目标文件
*    参数flag：命令行参数
*    参数pathname：包含了文件名的路径名
*/
void display(int flag,char *pathname){
    int i,j;
    struct stat buf;
    char name[NAME_MAX+1];
    //从路径中解析出文件名，其实就是最后一个/后面的字符串了
    //书中代码是这么来获得的，感觉应该有更好的方法（C语言好像没有split函数，多少会麻烦一些）
    for(i=0,j=0;i<strlen(pathname);i++){
        if(pathname[i]=='/'){
            j=0;
            continue;
        }
        name[j++]=pathname[i];
    }
    name[j]='\0';
    //用lstat而不是stat以方便解析链接文件
    if(lstat(pathname,&buf)==-1)
        my_err("stat",__LINE__);
    switch (flag)
    {
    case PARAM_NONE://没有选项
        if(name[0]!='.'){//隐藏的.目录文件就忽略
            display_single(name);
        }
        break;
    case PARAM_A:
        display_single(name);
        break;
    case PARAM_L:
        if(name[0]!='.'){
            display_attribute(buf,name);//详细信息
            printf(" %s-\n",name);//最后打印文件名
        }
        break;
    case PARAM_A+PARAM_L:
        display_attribute(buf,name);
        printf(" %-s\n",name);
        break;
    default:
        break;
    }
}

NAME_MAX在《Linux C编程实战》笔记：目录操作-CSDN博客

lstat在《Linux C编程实战》笔记：文件属性操作函数-CSDN博客

display_dir代码：

void display_dir(int flag_param,char *path){
    DIR *dir;
    struct dirent *ptr;
    int count=0;
    char filenames[256][PATH_MAX+1],temp[PATH_MAX+1];
    //获取该目录下文件总数和最长的文件名
    dir=opendir(path);
    if(dir==nullptr)
        my_err("opendir",__LINE__);
    while((ptr=readdir(dir))!=nullptr){
        if(g_maxlen<strlen(ptr->d_name))
            g_maxlen=strlen(ptr->d_name);//更新最长的文件名长度
        count++;
    }
    closedir(dir);

    if (count>256)
    {
        my_err("too maney files under this dir",__LINE__);
    }
    int i,j,len=strlen(path);
    //获取该目录下所有的文件名
    dir=opendir(path);
    for(i=0;i<count;i++){
        ptr=readdir(dir);
        if(ptr==nullptr)
            my_err("readdir",__LINE__);
        strncpy(filenames[i],path,len);
        filenames[i][len]='\0';
        strcat(filenames[i],ptr->d_name);//把目录名称和目录下的文件名拼一起
        filenames[i][len+strlen(ptr->d_name)]='\0';
    }
    //给文件名排序
    //源代码里用的是冒泡，排序不是重点，用一下stl算了，偷个懒
    qsort(filenames,count,sizeof(filenames[0]),cmp);
    for(i=0;i<count;i++)
        display(flag_param,filenames[i]);
    closedir(dir);
    //如果命令行中没有-l选项，打印一个换行符
    if((flag_param&PARAM_L)==0)
        printf("\n");
}

打开目录和遍历目录的操作我已经演示过了了《Linux C编程实战》笔记：目录操作-CSDN博客

main函数代码：

int main(int argc,char **argv){
    int i,j,k,num;
    char path[PATH_MAX+1];
    char param[32];//保存命令行参数，目标文件名和目录名不在这里
    int flag_param=PARAM_NONE;//参数种类
    struct stat buf;
    //命令行参数的解析，分析 -l、-a、-al、-la选项
    j=0;
    num=0;
    for(i=1;i<argc;i++){
        if(argv[i][0]=='-'){//是一个命令
            for(k=1;k<strlen(argv[i]);k++,j++){
                param[j]=argv[i][k];//把命令的参数（a或l）都放到param数组里
            }
        num++;//保存"-"的个数
        }
    }
    //j现在是param数组的长度
    for(int i=0;i<j;i++){//遍历param数组，看参数都是什么
        if(param[i]=='a'){
            flag_param|=PARAM_A;
            continue;
        }
        else if(param[i]=='l'){
            flag_param|=PARAM_L;
            continue;
        }else{//a，l以外的参数，不支持
            printf("my_ls:invalid option -%c\n",param[i]);
            exit(1);
        }
    }
    param[j]='\0';
    //如果没有输入文件名或目录则显示当前目录
    if((num+1)==argc){//这表示除了参数，没有输入文件或目录
        strcpy(path,"./");//path变成当前目录
        path[2]='\0';
        display_dir(flag_param,path);//用显示目录的函数
        return 0;
    }
    //开始遍历文件或目录
    i=1;
    do
    {
        //如果不是目标文件或目录，解析下一个命令行参数
        if(argv[i][0]=='-'){
            i++;
            continue;
        }else{
            strcpy(path,argv[i]);
            //如果目标文件或目录不存在，报错并退出
            if(stat(path,&buf)==-1)
                my_err("stat",__LINE__);
            if(S_ISDIR(buf.st_mode)){//argv[i]是一个目录
                //如果目录的最后一格字符不是'/',就把'/'加上
                if(path[strlen(argv[i])-1]!='/'){
                    path[strlen(argv[i])]='/';
                    path[strlen(argv[i])+1]='\0';
                }
                else path[strlen(argv[i])]='\0';
                //也是调用显示目录的函数
                display_dir(flag_param,path);
                i++;
            }
            else{//argv[i]是一个文件
                display(flag_param,path);
                i++;
            }
        }
    } while (i<argc);
    return 0;
}

这里说一下argc和argv，不然可能搞不懂。

运行程序时，如果啥都不跟，直接./a.out这种的话，argc默认为1，argv[0]是程序名字，如果后面带了参数，比如这样

./a.out arg1 arg2 arg3

那argc就是4，argv[1],argv[2],argv[3]存的是参数的字符串

所以argv代码里都是从1开始，因为argv[0]默认存的是程序名称。

编译运行一下

结果还是很完美的

一整个源码也在这，方便直接抄了，但是没有注释

#include<cstdlib>
#include<cstring>
#include <cstdio>
#include<ctime>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<unistd.h>
#include<cerrno>
#include<dirent.h>
#include<linux/limits.h>
#include<pwd.h>
#include<grp.h>
#include<algorithm>
using namespace std;
#define PARAM_NONE 0
#define PARAM_A 1
#define PARAM_L 2
#define MAXROWLEN 80

int g_leave_len=MAXROWLEN;
int g_maxlen;
//自定义错误处理函数
void my_err(const char *err_string,int line){
    fprintf(stderr,"line:%d ",line);
    perror(err_string);
    exit(1);
}
int cmp(const void *a, const void *b)
{
    return ((char *)a)[0] - ((char *)b)[0];
}
void display_attribute(struct stat buf,char *name){
    char buf_time[32];
    struct passwd *psd;
    struct group *grp;
    if(S_ISLNK(buf.st_mode))
        printf("l");
    else if(S_ISREG(buf.st_mode))
        printf("-");
    else if(S_ISDIR(buf.st_mode))
        printf("d");
    else if(S_ISCHR(buf.st_mode))
        printf("c");
    else if(S_ISBLK(buf.st_mode))
        printf("b");
    else if(S_ISSOCK(buf.st_mode))
        printf("s");
    else if(S_ISFIFO(buf.st_mode))
        printf("f");
    
    if(buf.st_mode&S_IRUSR)
        printf("r");
    else printf("-");
    if(buf.st_mode&S_IWUSR)
        printf("w");
    else printf("-");
    if(buf.st_mode&S_IXUSR)
        printf("x");
    else printf("-");

    if(buf.st_mode&S_IRGRP)
        printf("r");
    else printf("-");
    if(buf.st_mode&S_IWGRP)
        printf("w");
    else printf("-");
    if(buf.st_mode&S_IXGRP)
        printf("x");
    else printf("-");

    if(buf.st_mode&S_IROTH)
        printf("r");
    else printf("-");
    if(buf.st_mode&S_IWOTH)
        printf("w");
    else printf("-");
    if(buf.st_mode&S_IXOTH)
        printf("x");
    else printf("-");

    printf("   ");

    psd=getpwuid(buf.st_uid);
    grp=getgrgid(buf.st_gid);
    printf("%4d",buf.st_nlink);
    printf("%-8s",psd->pw_name);
    printf("%-8s",grp->gr_name);

    printf("%6d",buf.st_size);
    strcpy(buf_time,ctime(&buf.st_mtime));
    buf_time[strlen(buf_time)-1]='\0';
    printf("  %s",buf_time);
}

void display_single(char *name){
    int i,len;
    if(g_leave_len<g_maxlen){
        printf("\n");
        g_leave_len=MAXROWLEN;
    }
    len=strlen(name);
    len=g_maxlen-len;
    printf("%-s",name);
    for(i=0;i<len;i++){
        printf(" ");
    }
    printf("  ");
    g_leave_len-=(g_maxlen+2);
}
void display(int flag,char *pathname){
    int i,j;
    struct stat buf;
    char name[NAME_MAX+1];
    for(i=0,j=0;i<strlen(pathname);i++){
        if(pathname[i]=='/'){
            j=0;
            continue;
        }
        name[j++]=pathname[i];
    }
    name[j]='\0';

    if(lstat(pathname,&buf)==-1)
        my_err("stat",__LINE__);
    switch (flag)
    {
    case PARAM_NONE:
        if(name[0]!='.'){
            display_single(name);
        }
        break;
    case PARAM_A:
        display_single(name);
        break;
    case PARAM_L:
        if(name[0]!='.'){
            display_attribute(buf,name);
            printf(" %s-\n",name);
        }
        break;
    case PARAM_A+PARAM_L:
        display_attribute(buf,name);
        printf(" %-s\n",name);
        break;
    default:
        break;
    }
}

void display_dir(int flag_param,char *path){
    DIR *dir;
    struct dirent *ptr;
    int count=0;
    char filenames[256][PATH_MAX+1],temp[PATH_MAX+1];

    dir=opendir(path);
    if(dir==nullptr)
        my_err("opendir",__LINE__);
    while((ptr=readdir(dir))!=nullptr){
        if(g_maxlen<strlen(ptr->d_name))
            g_maxlen=strlen(ptr->d_name);
        count++;
    }
    closedir(dir);

    if (count>256)
    {
        my_err("too maney files under this dir",__LINE__);
    }
    int i,j,len=strlen(path);
    dir=opendir(path);
    for(i=0;i<count;i++){
        ptr=readdir(dir);
        if(ptr==nullptr)
            my_err("readdir",__LINE__);
        strncpy(filenames[i],path,len);
        filenames[i][len]='\0';
        strcat(filenames[i],ptr->d_name);
        filenames[i][len+strlen(ptr->d_name)]='\0';
    }
    
    qsort(filenames,count,sizeof(filenames[0]),cmp);
    for(i=0;i<count;i++)
        display(flag_param,filenames[i]);
    closedir(dir);

    if((flag_param&PARAM_L)==0)
        printf("\n");
}
int main(int argc,char **argv){
    int i,j,k,num;
    char path[PATH_MAX+1];
    char param[32];
    int flag_param=PARAM_NONE;
    struct stat buf;
    j=0;
    num=0;
    for(i=1;i<argc;i++){
        if(argv[i][0]=='-'){
            for(k=1;k<strlen(argv[i]);k++,j++){
                param[j]=argv[i][k];
            }
        num++;
        }
    }
    for(int i=0;i<j;i++){
        if(param[i]=='a'){
            flag_param|=PARAM_A;
            continue;
        }
        else if(param[i]=='l'){
            flag_param|=PARAM_L;
            continue;
        }else{
            printf("my_ls:invalid option -%c\n",param[i]);
            exit(1);
        }
    }
    param[j]='\0';
    if((num+1)==argc){
        strcpy(path,"./");
        path[2]='\0';
        display_dir(flag_param,path);
        return 0;
    }
    i=1;
    do
    {
        if(argv[i][0]=='-'){
            i++;
            continue;
        }else{
            strcpy(path,argv[i]);
            if(stat(path,&buf)==-1)
                my_err("stat",__LINE__);
            if(S_ISDIR(buf.st_mode)){
                if(path[strlen(argv[i])-1]!='/'){
                    path[strlen(argv[i])]='/';
                    path[strlen(argv[i])+1]='\0';
                }
                else path[strlen(argv[i])]='\0';

                display_dir(flag_param,path);
                i++;
            }
            else{
                display(flag_param,path);
                i++;
            }
        }
    } while (i<argc);
    return 0;
}