Linux系统编程：详解环境变量

目录

一. 环境变量的基本概念

1.1 什么是环境变量

1.2 环境变量的功能测试

二. 与环境变量相关的操作 

三. 环境变量的组织方式

四. 通过代码获取环境变量的值

五. 总结

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一. 环境变量的基本概念

1.1 什么是环境变量

环境变量是用于指定操作系统相关参数的、全局的变量。通过env指令，可以查看系统中全部的环境变量。

下面是几个常见的环境变量：

• PATH：指令的搜索路径
• HOME：特定用户的家目录，即：用户登录时默认所在的路径。
• SHELL：当前的shell外壳，一般为/bin/bash

查看环境变量值的方法：echo $环境变量名

环境变量有如下几点特性：

• 某个进程环境变量是从它的父进程中继承下来的。
• 默认所有的环境变量都会被子进程继承。
• 环境变量具有全局属性。

1.2 环境变量的功能测试

• 测试PATH

PATH表示指令的默认搜索路径，我们首先通过echo $PATH，获取当前的PATH值，如图1.1所示，我们看到所有的路径被:分割，OS会依次从PATH的路径中搜索用户输入的指令，直到找到指令为止，如果到了最后一个路径还没有找到，那么OS就认为指令不存在，无法执行。

图1.1 环境变量PATH的值

我们创建编译下面的代码，生成可执行程序mytest.exe，分别在命令行中输入./mytest.exe和mytest.exe，前者成功运行，后者运行失败，详见图1.2。这是因为mytest.exe并不是一条指令，mytest.exe文件所在的路径不包含在PATH值内。

结论：Linux系统内置的指令不需要路径，输入指令名称就可以运行。用户自主编译生成的可执行程序，需要加上路径./XXX才可以运行。

图1.2 加路径和直接输入可执行程序名称时的运行结果

接下来，通过指令 export PATH=$PATH:(pwd)  修改修改环境变量PATH的值，然后再次在命令行中直接输入mytest.exe，可见这次程序运行成功了(详见图1.3)！此时通过echo $PATH查看PATH的值，可见当前路径被加入到了PATH中，因此直接输入mytest.exe可以成功运行程序。

图1.3 改变环境变量PATH的值

• 测试HOME 

在两个终端下，分别使用普通用户zhangHHH和root用户登录，分别使用echo $HOME指令在不同用户登录的情况下查看环境变量HOME的值，可以看到HOME就是用户的家目录。

图1.4 在普通用户和root用户下测试HOME的值

二. 与环境变量相关的操作 

• echo $ -- 获取环境变量值 

语法：echo $val_name，可以输出环境变量的值。这里的$不能省略，如果省略，那么输出的就是环境变量本身了，如echo PATH输出PATH。

• export -- 定义环境变量 

语法：export 环境变量名称=值，如：export VAL=1234，就定义了一个名称为Val，值为1234的环境变量，这个变量具有全局属性。 

• env -- 获取系统中的所有环境变量

如果我们通过export设定了环境变量，那么使用env同样能够查到。

• unset -- 清除环境变量

语法：unset [环境变量名称]

图2.1 环境变量相关操作

• putenv -- 在程序中导入环境变量 

语法：putenv("[valName]=VAL") 

putenv是C语言提供的函数，被包含在头文件中

如：putenv("MYVAL=1234")，就导入了名为MYVAL，值为1234的环境变量。导入父进程环境变量的子进程，也会接收到这个环境变量。

三. 环境变量的组织方式

一个main函数，最多可以有三个形参。即：main(int argc, char* argv[], char* env[])，其中argc为运行可执行程序时命令行参数的个数，argv为指向命令行参数列表的指针数组，env为指向环境变量列表的指针数组。

env指向一个存有若干char*类型变量的指针数组，数组以NULL结尾，数组中的每个数据指向一个环境变量的值，见图3.1。argv的组织方式与env基本完全相同，只不过不会以NULL结尾，但会有argc来获取记录选项的个数。

图3.1 环境变量的组织

四. 通过代码获取环境变量的值

• 方法1：通过main函数的第三个参数获取

main(int argc, char* argv[], char* env[]))函数的第三个参数为指向环境变量列表的指针数组，通过evn[i]，可以依次获取每个环境变量。代码4.1通过for循环，以env[i] != NULL为循环条件，依次打印每个环境变量的值。程序运行结果见图4.1。

代码4.1：通过main函数第三个参数获取环境变量

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

图4.1 通过代码4.1的运行结果

•  方法2：通过第三方变量char **environ获取

变量char **environ被包含在头文件中，在使用时，需要显示的包含头文件或者在程序中声明外部变量extern char **environ。代码4.2展示了environ的用法。

代码4.2：通过第三方变量environ获取环境变量  

#include    
#include    
    
int main()                                                                                                                           
{                                                         
    for(int i = 0; environ[i]; ++i)                       
    {                                                     
        printf("environ[%d] = %s\n", i, environ[i]);      
    }                                                     
    return 0;                                             
} 

• 方法三：通过函数getenv获取

语法：char* env_name = getenv("环境变量名称")

如果企图获取不存在的环境变量，那么程序会在运行期间报错Segmentation fault。

代码4.3：通过getenv函数获取环境变量值

#include    
int main()                                                                                                                           
{             
    char* path = getenv("PATH");    
    char* home = getenv("HOME");    
    printf("PATH:%s\n", path);      
    printf("home:%s\n", home);    
    return 0;                     
} 

图4.2 代码4.3的运行结果

补充知识：

我们可以直接在命令行中使用  val_name=val 类似的指令来定义局部变量的值，但是，这并不属于全局变量，如果我们企图使用getenv获取它们的值，会在运行期间报错Segmentation fault。

这里由于提到了main函数的三个参数，因此也顺便对int argc和char* argv[]进行解读。argv表示可执行程序运行时命令行参数的个数，如果仅输入./XXX运行，那么命令行参数的个数就为1。

命令行参数的主要功能是让同一个函数，根据输入的选项，执行不同的代码。如代码4.4所示，我们要求至少有两个命令行参数，如果只输入一个(argc < 2)，那么程序报错退出，如果输入选项-a，那么就执行function1，如果输入选择-b，那么就执行function2。

结论：选项 + 命令行参数可以实现同一份代码执行不同工作。

代码4.4：通过命令行参数让同一份代码执行不同工作

  #include    
  #include    
      
  int main(int argc, char *argv[], char *env[])    
  {    
      //至少有两个命令行参数(一个选项)    
      if(argc < 2)    
      {    
          std::cout << "至少两个命令行参数" << std::endl;    
      }    
      
      if(strcmp(argv[1], "-a") == 0)    
      {    
          std::cout << "function1" << std::endl;    
      }    
      else if(strcmp(argv[1], "-b") == 0)                                                                                                                                                                                                                                     
      {    
          std::cout << "function2" << std::endl;    
      }    
      
      return 0;    
  }  

图4.3 代码4.4的运行结果

五. 总结

• 环境变量是用于定义操作系统相关参数的全局变量，主要有PATH、HOME、SHELL等，每个进程的环境变量从它的父进程中继承。
• 通过echo $、export、unset、env等指令，可以实现对环境变量的增删查改。
• 环境变量是通过指针数组来组织的，char* env[]可作为main函数的第三个参数。
• 有三种方法可以实现在代码中获取环境变量的值：通过main函数的第三个参数char* env[]、通过第三方变量extern char **environ、通过getenv函数。
• main函数的第一个参数argc表示命令行参数的个数，第二个参数为指向命令行参数存储地址的指针数组，通过 命令行参数+选项 的组合使用，可让一份代码根据用户需要实现不同的功能。