由於作業系統、Shell 和檔案系統都是比較龐大和復雜的系統，需要實作很多功能和特性，因此我在這裏只提供一個簡單的範例，可以作為對這些系統的初步認識和理解。
首先，我們來定義一些基本的數據型別和類，用於表示檔和目錄：
data class File(val name: String, var content: String) class Directory(val name: String) { private val files = mutableListOf<File>() private val directories = mutableListOf<Directory>() fun addFile(file: File) { files.add(file) } fun addDirectory(directory: Directory) { directories.add(directory) } fun getFile(name: String): File? { return files.find { it.name == name } } fun getDirectory(name: String): Directory? { return directories.find { it.name == name } } fun listFiles(): List<File> { return files.toList() } fun listDirectories(): List<Directory> { return directories.toList() }}
這裏我們定義了一個 File 類用於表示檔，包括檔名和檔內容兩個內容；另外還定義了一個 Directory 類用於表示目錄，包括目錄名、檔列表和子目錄列表三個內容，以及一些操作檔和目錄的方法。
吃個燒烤暫緩腦機
接下來我們定義一個 FileSystem 類，用於模擬檔案系統的基本操作：
class FileSystem { private val rootDirectory = Directory("/") fun ls(path: String) { val directory = findDirectory(path) directory?.let { println(it.listFiles().joinToString(separator = " ") { file -> file.name }) } ?: println("Directory not found: $path") } fun mkdir(path: String) { val parentPath = getParentPath(path) val directoryName = getFileName(path) val parentDirectory = findDirectory(parentPath) ?: run { println("Parent directory not found: $parentPath") return } if (parentDirectory.getDirectory(directoryName) != null) { println("Directory already exists: $path") return } val directory = Directory(directoryName) parentDirectory.addDirectory(directory) } fun createFile(path: String) { val parentPath = getParentPath(path) val fileName = getFileName(path) val parentDirectory = findDirectory(parentPath) ?: run { println("Parent directory not found: $parentPath") return } if (parentDirectory.getFile(fileName) != null) { println("File already exists: $path") return } val file = File(fileName, "") parentDirectory.addFile(file) } fun cat(path: String) { val file = findFile(path) file?.let { println(it.content) } ?: println("File not found: $path") } fun write(path: String, content: String) { val file = findFile(path) file?.let { it.content = content } ?: run { println("File not found: $path") } } private fun findDirectory(path: String): Directory? { val components = path.split("/") var directory = rootDirectory for (component in components) { if (component.isEmpty()) { continue } directory = directory.getDirectory(component) ?: return null } return directory}private fun findFile(path: String): File? { val components = path.split("/") val fileName = components.lastOrNull() ?: return null val directoryPath = if (components.size > 1) components.dropLast(1).joinToString("/") else "/" val directory = findDirectory(directoryPath) ?: return null return directory.getFile(fileName)}private fun getParentPath(path: String): String { val components = path.split("/") return if (components.size > 1) components.dropLast(1).joinToString("/") else "/"}private fun getFileName(path: String): String { return path.split("/").lastOrNull() ?: ""}}
在 `FileSystem` 類中，我們定義了一些基本的操作，包括：
- `ls(path: String)`：列出指定目錄下的所有檔和子目錄；
- `mkdir(path: String)`：建立一個新的目錄；
- `createFile(path: String)`：建立一個新的空檔；
- `cat(path: String)`：顯示一個檔的內容；
- `write(path: String, content: String)`：向一個檔中寫入內容。
這裏我們采用了類 Unix 系統的檔路徑表示方法，即用 "/" 來分隔不同的目錄和檔名。在具體實作中，我們使用了一些輔助函式來解析路徑、尋找目錄和檔等。
最後，我們可以定義一個 `Shell` 類，用於接收使用者的命令列輸入，並將輸入解析為相應的操作和參數，然後呼叫 `FileSystem` 類中的對應方法來執行操作：
class Shell { private val fileSystem = FileSystem() fun run() { while (true) { print("> ") val input = readLine() ?: break val tokens = input.trim().split("\\s+".toRegex()) val command = tokens[0] val args = tokens.drop(1) when (command) { "ls" -> fileSystem.ls(args.getOrElse(0) { "/" }) "mkdir" -> fileSystem.mkdir(args.getOrElse(0) { "" }) "create" -> fileSystem.createFile(args.getOrElse(0) { "" }) "cat" -> fileSystem.cat(args.getOrElse(0) { "" }) "write" -> fileSystem.write(args.getOrElse(0) { "" }, args.getOrElse(1) { "" }) "exit" -> return else -> println("Unknown command: $command") } } }}
在 Shell 類中，我們使用了一個簡單的迴圈來不斷接收使用者的輸入，並將輸入解析為命令和參數。根據命令的不同，我們呼叫相應的 FileSystem 方法來執行操作。如果使用者輸入了 exit 命令，則結束迴圈並結束程式。
這樣，我們就完成了一個簡單的作業系統、Shell 和檔案系統的實作。雖然這個實作非常簡單，還有很多功能和特性沒有實作，但是這個例子可以幫助你初步理解作業系統、Shell 和檔案系統的基本概念和實作方式。
除了上面的基本操作，我們還可以在 FileSystem 類中實作其他一些功能，比如：
刪除檔或目錄；
重新命名檔或目錄；
復制檔或目錄；
移動檔或目錄。
具體實作方式與前面介紹的類似，可以使用遞迴來處理目錄操作，使用檔 IO 操作來讀寫檔內容等。
另外，還可以實作一些高級特性，比如：
許可權控制：可以給每個檔或目錄設定不同的許可權，比如唯讀、只寫、讀寫等；
時間戳：可以為每個檔或目錄維護建立時間、修改時間等時間戳資訊；
大小限制：可以為每個目錄設定大小限制，如果超過了限制則無法繼續建立新檔。
這些功能可以進一步提升檔案系統的安全性、可用性和可靠性，是實際作業系統中常見的特性。
總之，作業系統、Shell 和檔案系統是電腦科學中非常重要的概念和組成部份，它們為我們提供了基礎的操作界面和數據儲存方式，同時也涉及到電腦系統的底層實作和資源管理等方面。對於想要深入學習電腦科學和作業系統的人來說，這些知識點都是必不可少的。
下面我們來實作一個簡單的 Shell，以便可以在命令列界面上操作我們的檔案系統。
首先，我們需要定義一個 Shell 類，並在其中實作基本的命令解析和執行功能。一個簡單的 Shell 類可以包含以下方法：
start()：啟動 Shell，並進入迴圈監聽使用者輸入命令；
stop()：停止 Shell 並結束；
parseCommand(command: String)：解析使用者輸入的命令，並返回一個 Command 物件；
executeCommand(command: Command)：執行使用者輸入的命令。
下面是一個簡單的 Shell 類的範例實作：
class Shell(private val fileSystem: FileSystem) { fun start() { println("Welcome to Simple Shell!") println("Enter 'help' for a list of available commands.") while (true) { print("> ") val input = readLine()?.trim() ?: continue if (input.isEmpty()) continue if (input.equals("exit", ignoreCase = true)) break try { val command = parseCommand(input) executeCommand(command) } catch (e: IllegalArgumentException) { println("Invalid command: ${e.message}") } catch (e: Exception) { println("An error occurred: ${e.message}") } } } fun stop() { println("Goodbye!") } private fun parseCommand(command: String): Command { val parts = command.split("\\s+".toRegex()) val name = parts.firstOrNull() ?: throw IllegalArgumentException("Command name missing") val args = parts.drop(1) return Command(name, args) } private fun executeCommand(command: Command) { when (command.name) { "help" -> showHelp() "ls" -> listFiles(command.args) "cd" -> changeDirectory(command.args) "mkdir" -> makeDirectory(command.args) "rmdir" -> removeDirectory(command.args) "touch" -> createFile(command.args) "rm" -> removeFile(command.args) "mv" -> moveFile(command.args) "cp" -> copyFile(command.args) else -> throw IllegalArgumentException("Unknown command: ${command.name}") } } private fun showHelp() { println("Available commands:") println("help - Show this help message") println("ls [dir] - List files and directories in [dir]") println("cd [dir] - Change current directory to [dir]") println("mkdir [dir] - Create a new directory [dir]") println("rmdir [dir] - Remove an empty directory [dir]") println("touch [file] - Create a new empty file [file]") println("rm [file] - Remove a file [file]") println("mv [from] [to] - Move a file or directory from [from] to [to]") println("cp [from] [to] - Copy a file or directory from [from] to [to]") } private fun listFiles(args: List<String>) { val path = if (args.isNotEmpty()) args[0] else fileSystem.currentDirectory.path val files = fileSystem.listFiles(path) files.forEach { println(it) } } private fun changeDirectory(args: List<String>) { val path = if (args.isNotEmpty()) args[0] else throw IllegalArgumentException("Missing argument: directory") fileSystem.changeDirectory(path) } private fun makeDirectory(args: List<String>) {val path = if (args.isNotEmpty()) args[0] else throw IllegalArgumentException("Missing argument: directory") fileSystem.makeDirectory(path) } private fun removeDirectory(args: List<String>) { val path = if (args.isNotEmpty()) args[0] else throw IllegalArgumentException("Missing argument: directory") fileSystem.removeDirectory(path) } private fun createFile(args: List<String>) { val path = if (args.isNotEmpty()) args[0] else throw IllegalArgumentException("Missing argument: file") fileSystem.createFile(path) } /** removeFile 方法首先獲取當前目錄 currentDir，然後透過檔名 fileName 尋找要刪除的檔。如果找不到該檔，則輸出錯誤訊息； 否則，將該檔從當前目錄的檔列表中刪除，並輸出檔已被刪除的訊息。 **/fun removeFile(fileName: String) { val currentDir = fileSystem.currentDir val file = currentDir.files.find { it.name == fileName } if (file == null) { println("File not found: $fileName") } else { currentDir.files.remove(file) println("File removed: $fileName") }}fun createDir(dirName: String) { val currentDir = fileSystem.currentDir if (currentDir.subDirs.any { it.name == dirName }) { println("Directory already exists: $dirName") } else { currentDir.subDirs.add(Directory(dirName, mutableListOf(), mutableListOf())) println("Directory created: $dirName") }}fun removeDir(dirName: String) { val currentDir = fileSystem.currentDir val dir = currentDir.subDirs.find { it.name == dirName } if (dir == null) { println("Directory not found: $dirName") } else { currentDir.subDirs.remove(dir) println("Directory removed: $dirName") }}/**changeDir 方法首先獲取當前目錄 currentDir，然後根據參數 dirName 來判斷要切換到哪個目錄。如果 dirName 為 ..，則返回當前目錄的父目錄；如果 dirName 為 .，則返回當前目錄；否則，返回當前目錄的子目錄中名稱為 dirName 的目錄。如果找不到對應的目錄，則輸出錯誤訊息；否則，將當前工作目錄切換為目標目錄，並輸出新的當前目錄路徑。**/fun changeDir(dirName: String) { val currentDir = fileSystem.currentDir val dir = when { dirName == ".." -> currentDir.parentDir dirName == "." -> currentDir else -> currentDir.subDirs.find { it.name == dirName } } if (dir == null) { println("Directory not found: $dirName") } else { fileSystem.currentDir = dir println("Current directory: ${fileSystem.currentPath}") }}fun listDir() { val currentDir = fileSystem.currentDir println("Directory: ${fileSystem.currentPath}") println("Files:") currentDir.files.forEach { println(" ${it.name}") } println("Directories:") currentDir.subDirs.forEach { println(" ${it.name}") }}
最後，我們可以編寫 main 方法，用於讀取使用者輸入並呼叫相應的檔案系統操作函式。
fun main() { val fileSystem = FileSystem() while (true) { print("${fileSystem.currentDir.absolutePath}> ") val input = readLine() ?: break // 如果讀取到的使用者輸入為 null，則跳出迴圈 val tokens = input.trim().split("\\s+".toRegex()) // 將輸入按空格分割成多個 token when (tokens[0]) { "ls" -> fileSystem.listDir() "cd" -> { if (tokens.size < 2) { println("cd: missing argument") } else { fileSystem.changeDir(tokens[1]) } } "mkdir" -> { if (tokens.size < 2) { println("mkdir: missing argument") } else { fileSystem.createDir(tokens[1]) } } "touch" -> { if (tokens.size < 2) { println("touch: missing argument") } else { fileSystem.createFile(tokens[1]) } } "rm" -> { if (tokens.size < 2) { println("rm: missing argument") } else { fileSystem.removeFile(tokens[1]) } } "exit" -> return else -> println("command not found: ${tokens[0]}") } }}
現在我們已經實作了一個簡單的作業系統，包含了基本的檔案系統和 Shell。使用者可以透過 Shell 執行不同的檔案系統指令，例如 ls、cd、mkdir、touch 和 rm 等，來建立、刪除和操作檔和目錄。當使用者輸入 exit 時，程式將結束。
