Mdr-C-Tutorial

14.3.2 环境访问 ​

程序运行时会与宿主环境交换信息，例如命令行参数、环境表项和外部命令执行能力。标准库在 <stdlib.h> 中提供了最小且可移植的访问接口。

1. 环境表项读取：getenv ​

getenv 通过键名读取环境表中的字符串值。返回指针可能为 NULL，也可能指向由实现管理的存储，因此调用方不应修改其内容。

c
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>

int main(void) {
    const char *home = getenv("HOME");
    if (home != NULL) {
        printf("HOME=%s\n", home);
    }
    return 0;
}

例如环境中存在 HOME=/home/alice 时，输出为：

bash

HOME=/home/alice

如果环境中没有名为 HOME 的表项，程序不会输出任何内容。

2. 命令行参数 ​

宿主实现中，main 常见原型为 int main(int argc, char *argv[])。argc 表示参数个数，argv 保存参数字符串数组，argv[0] 通常是程序名。读取参数时应先检查下标边界，再做解析。

c
#include <stdio.h>

int main(int argc, char *argv[]) {
    for (int i = 0; i < argc; ++i) {
        printf("argv[%d] = %s\n", i, argv[i]);
    }
    return 0;
}

例如以 ./args alpha beta 启动程序，且实现把调用时的程序名保存到 argv[0]，输出示例为：

bash

argv[0] = ./args argv[1] = alpha argv[2] = beta

3. 外部命令执行：system ​

system 会把命令字符串交给宿主命令处理器执行。它适合教学示例和简单脚本桥接，但在安全敏感场景应谨慎使用，尤其是命令字符串来自不可信输入时。

c
#include <stdlib.h>

int main(void) {
    return system("echo hello");
}

4. getenv 返回值生存期 ​

getenv 返回的指针指向由实现管理的存储，不应由调用方释放，也不应原地修改。若后续流程需要长期保存该字符串，建议复制到自有对象中再使用。

5. 写环境表的可移植性 ​

ISO C 只标准化了读取接口 getenv，修改环境表的接口（如 POSIX 的 setenv）属于平台扩展。依赖这些接口的代码不能直接移植到不提供它们的平台。

6. 参数解析应集中在入口层 ​

命令行参数最好在程序入口统一解析为内部配置对象，再把该配置传给后续模块。这样，文本到数值的转换和检查集中在一处，多个模块不会各自重复解析同一个参数。

c
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>

int parse_port(const char *s, int *out) {
    char *end = NULL;
    errno = 0;
    long v = strtol(s, &end, 10);
    if (errno != 0 || end == s || *end != '\0' || v < 1 || v > 65535) {
        return -1;
    }
    *out = (int)v;
    return 0;
}

7. 习题 ​

7.1 巩固 ​

#11426
⚡1⏳2

下面的程序打印 argc、从 1 开始的各个 argv 元素，以及环境变量 APP_MODE 的三种状态。

c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(int argc, char *argv[]) {
    printf("argc = %d\n", argc);
    for (int i = 1; i < argc; ++i) {
        printf("argv[%d] = [%s]\n", i, argv[i]);
    }
    const char *mode = getenv("APP_MODE");
    if (mode == NULL) {
        puts("APP_MODE: unset");
    } else if (mode[0] == '\0') {
        puts("APP_MODE: empty");
    } else {
        printf("APP_MODE: %s\n", mode);
    }
    return 0;
}

在命令行上分别构造下面三种运行方式，写出输出：

  1. 不带参数，环境中没有 APP_MODE。
  2. 带两个参数：alpha 和一个空串（""）。
  3. APP_MODE 分别被设为空串和 fast。

命令示例（bash）：APP_MODE= ./a.out、APP_MODE=fast ./a.out alpha ""。

7.2 编程 ​

#11427
⚡3⏳3

编写 envlook.c，把命令行上的每个名字当作环境变量名逐个查询，输出分为三类：

  • 表项存在且值非空：输出 名字: 值
  • 表项存在但值为空串：输出 名字: (empty)
  • 表项不存在：输出 名字: (unset)

(1) [2.2] 一个名字都不给时向标准错误打印 usage: envlook NAME [NAME...] 并返回 EXIT_FAILURE，否则返回 EXIT_SUCCESS。验收（bash）：

text
$ APP_MODE=fast ./envlook APP_MODE
APP_MODE: fast
$ APP_MODE= ./envlook APP_MODE NO_SUCH_KEY
APP_MODE: (empty)
NO_SUCH_KEY: (unset)

说明在调用 strlen 之前为什么必须先检查 getenv 的返回值是否为 NULL。

(2) [3.3**] 给程序加一个选项 --set NAME=VALUE：设置该表项后继续处理后面的名字，最后统一打印。写入函数按平台条件编译，POSIX 用 setenv(name, value, 1)，Windows 用 _putenv_s(name, value)；--set 的参数里没有 = 时打印 invalid assignment 并返回 EXIT_FAILURE。验收：

text
$ ./envlook --set DEMO_MODE=fast DEMO_MODE
DEMO_MODE: fast
$ ./envlook --set DEMO_MODE
invalid assignment

再试一次 --set DEMO_MODE=，记录你所在平台上的结果：这两个函数对空值的处理并不一致，setenv 把它设成空串，_putenv_s 则把这一项删掉。说明第 5 节所说的可移植性问题在这段代码里具体落在哪几行，以及为什么读取部分可以不加条件编译。

#11428
⚡3⏳2

把下面的代码改为在入口处集中解析，并支持 --port 和 --verbose 两个选项：

c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

int main(int argc, char *argv[]) {
    int port = 8080;
    int verbose = 0;
    for (int i = 1; i < argc; ++i) {
        if (strcmp(argv[i], "--verbose") == 0) {
            verbose = 1;
        } else if (strcmp(argv[i], "--port") == 0) {
            port = atoi(argv[i + 1]);
            ++i;
        }
    }
    printf("port=%d verbose=%d\n", port, verbose);
    return 0;
}

要求：

  1. 用本页第 6 节的 parse_port 解析端口，拒绝 1～65535 之外的值和非数字。
  2. --port 后面没有值时不得读越界，打印用法并返回 EXIT_FAILURE。
  3. 不认识的选项同样打印用法并返回 EXIT_FAILURE。
  4. 用法行写到标准错误，格式 usage: 程序名 [--verbose] [--port N]。

验收（bash）：

text
$ ./server --port 9000 --verbose
port=9000 verbose=1
$ ./server --port
usage: ./server [--verbose] [--port N]
$ ./server --port 70000
usage: ./server [--verbose] [--port N]

对最后两条命令，用 echo $? 确认返回值为 1。

#11429
⚡4⏳3

下面的程序两次打印 APP_PATH 按冒号拆开的各个分量，但第二次只打印出一个分量，而且事后 getenv("APP_PATH") 的值也被改掉了。定位原因并修正。

c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

static void print_paths(void) {
    char *paths = getenv("APP_PATH");
    if (paths == NULL) {
        puts("(no APP_PATH)");
        return;
    }
    for (char *p = strtok(paths, ":"); p != NULL; p = strtok(NULL, ":")) {
        printf("%s\n", p);
    }
}

int main(void) {
    print_paths();
    puts("-- second call --");
    print_paths();
    const char *path = getenv("APP_PATH");
    printf("APP_PATH=%s\n", path != NULL ? path : "(unset)");
    return 0;
}

用 APP_PATH=alpha:beta:gamma 运行，观察并解释现象。修正后要求：两次调用都完整打印三个分量，最后的 APP_PATH 仍是原值，拆分过程不修改环境表。

提示：先按本页第 4 节把环境表项复制到自己的数组，再在自己的数组上拆分。

7.3 综合与挑战 ​

#11430
⚡5⏳4

写一个小程序 safe_run.c，只用标准 C 的 system 演示命令拼接的风险，并给出限定范围内的替代做法：

  1. 从命令行接收一段文本（作为一个参数传入，bash 里要加引号），拼成 echo 文本 后用 system 执行。分别用 hello 和 "hello & echo INJECTED" 运行，记录输出，说明 shell 把 & 解释成了什么。
  2. 把文本换成 "hello; echo INJECTED" 和 "hello | cat"，再记录一次。
  3. 改写程序：只允许命令行参数中出现字母、数字、下划线和空格，出现其他字符时打印 rejected 并返回 EXIT_FAILURE，否则才拼接执行。验证前两步的四个输入在改写后分别是什么结果。
  4. 说明为什么「过滤字符」只适用于这个玩具程序，真实的软件应该怎么做（提示：不经过 shell，直接执行程序并传 argv）。

编译：gcc -std=c17 -Wall -Wextra safe_run.c -o safe_run。Linux 和 macOS 上 system 走 /bin/sh，Windows 上走 cmd.exe，两边的元字符集合不同，答案里注明你实际使用的平台。

#11431
⚡6⏳5

写一个配置载入模块，体现「参数解析集中在入口层」：先取默认值，再用环境表覆盖，最后用命令行覆盖，三层都完成后才把配置交给后续模块。

c
struct config {
    char region[16];
    int retries;
    int verbose;
};

规则：

  1. 默认 region = "cn"、retries = 3、verbose = 0。
  2. 环境表：APP_REGION、APP_RETRIES（1～10 的十进制整数）、APP_VERBOSE（只能是 0 或 1）。值非法时向标准错误打印 invalid environment value 并返回 EXIT_FAILURE。
  3. 命令行：--region NAME、--retries N、--verbose、--help 四个选项；后出现的同名选项覆盖前面的；--help 打印用法并返回 EXIT_SUCCESS。
  4. 同一份校验逻辑只写一次，环境表与命令行共用。
  5. 配置解析完成后打印 region=%s retries=%d verbose=%d，再返回。

验收（bash），逐条给出输出与返回状态：

text
$ env -u APP_REGION -u APP_RETRIES -u APP_VERBOSE ./cfg
region=cn retries=3 verbose=0
$ APP_REGION=eu APP_RETRIES=5 APP_VERBOSE=1 ./cfg
region=eu retries=5 verbose=1
$ APP_REGION=eu APP_RETRIES=5 ./cfg --region jp --retries 2
region=jp retries=2 verbose=0
$ APP_RETRIES=99 ./cfg
invalid environment value
$ ./cfg --bogus
usage: ./cfg [--region NAME] [--retries N] [--verbose] [--help]

最后两条的返回状态都是 1；--help 的返回状态是 0。写出完整程序，并在答案里说明「三层覆盖」中哪一层最容易写错、为什么。