作者：爱摸鱼的狐狸 🦊
"把 shell 脚本编译成原生 C 二进制，让摸鱼更高效。"
Cshll 是一个深度多层的 Shell-to-C 转译器。它读取 POSIX 风格的 shell 脚本（bash/sh 方言），输出一个自包含的 C 源文件。编译后即可作为原生二进制运行——无需 shell 运行时。
gcc -O2 -Wall -o shell2c shell2c.c
./shell2c myscript.sh myscript.c
gcc -O2 -Wall -o myscript myscript.c
./myscript
### 便捷参数
| 参数 | 效果 |
|---------------|-----------------------------------------|
| `--makefile` | 在输出旁生成 `Makefile` |
| `--run` | 自动编译并执行生成的二进制 |
```bash
./shell2c demo.sh demo.c --makefile --run
转译器由十个协作层组成：
| 层 | 名称 | 职责 |
|---|---|---|
| L1 | 分词器 | 词法分析：引号、运算符、$((..))、;; |
| L2 | 预处理器 | 行续接、heredoc <<EOF、here-string <<< |
| L3 | 解析器 | 递归块组装（if/for/while/case/func） |
| L4 | AST | 类型化节点，带重定向元数据和子节点链接 |
| L5 | 符号表 | 变量类型跟踪（int/str/array）+ 作用域 |
| L6 | 表达式翻译器 | $var、${...} 系列、$((...)) 算术 |
| L7 | 字符串展开器 | printf 风格格式合成 |
| L8 | 条件翻译器 | [ ]、[[ ]]，完整 test(1) 运算符矩阵 |
| L9 | 代码生成器 | C 代码生成，fd 保存/恢复纪律 |
| L10 | 运行时库 | 117+ 内置函数，嵌入输出文件 |
多层分发。 每个逻辑行在顶层 ; 处分割（尊重引号和括号深度），每个片段独立通过完整的解析器分发——块关键字、赋值、管道、重定向和普通命令都流经统一的 dispatch_segment() 函数。
fd 保存/恢复纪律。 每个重定向和管道用 dup() 保存原始文件描述符，用 dup2() 应用新目标，运行命令，然后用 dup2() + close() 恢复。在任何 dup2 到 stdin 后调用 clearerr(stdin) 清除陈旧的 EOF/缓冲区状态——这对连续管道正确工作至关重要。
数值 vs 字符串操作数检测。 条件翻译器使用专用的 translate_num_operand()，避免将已经是整数的表达式（int 变量、$?、$#、$((...))）包裹在 atoi() 中，防止生成代码中的类型错误。
用户函数命令替换。 当 $(fn args) 引用用户定义函数时，转译器生成 __sh_capture_fn() 调用——fork 子进程，将子进程的 stdout 重定向到管道，调用函数，然后读回管道——而不是尝试将函数作为外部命令运行。
性能优化。 for 循环使用栈分配的 const char* 数组（零堆操作），函数调用对 ≤8 个参数使用栈数组（无 malloc/strdup/free），临时缓冲区从 4KB 缩减到 1KB。
name="World" # 字符串变量
count=42 # 整数变量（自动检测）
arr=(a b c) # 数组
declare -i myint=42 # 声明整数
declare -a myarray # 声明数组
declare -r myconst=x # 声明只读
local var=val # 局部变量（函数内）
var+=value # 字符串追加
arr+=(d e f) # 数组追加| 语法 | 含义 |
|---|---|
$var |
简单展开 |
${var} |
花括号展开 |
${#var} |
字符串长度 |
${#arr[@]} |
数组元素计数 |
${var:-default} |
未设置/空时使用默认值 |
${var:=default} |
未设置/空时赋默认值 |
${var:+alt} |
已设置且非空时使用替代值 |
${var:offset} |
从偏移量取子串 |
${var:off:len} |
带长度的子串 |
${var#pat} |
删除最短前缀匹配 |
${var##pat} |
删除最长前缀匹配 |
${var%pat} |
删除最短后缀匹配 |
${var%%pat} |
删除最长后缀匹配 |
${var/old/new} |
替换第一个匹配 |
${var//old/new} |
替换所有匹配 |
${var^^} |
转大写 |
${var,,} |
转小写 |
${arr[@]} |
所有数组元素 |
${arr[*]} |
所有数组元素（单个词） |
${arr[@]:1:2} |
数组切片（元素 1-2） |
${arr[0]} |
单个数组元素 |
$1..$9 |
位置参数 |
$# |
参数个数 |
$? |
上一个退出状态 |
$$ |
进程 ID |
$! |
上一个后台进程 PID |
`cmd` |
反引号命令替换 |
支持所有 C 算术运算符：
echo $((a + b)) # 加法
echo $((a * b)) # 乘法
echo $((a % b)) # 取模
echo $((a ** 2)) # 幂运算（通过 __sh_pow）
echo $((a << 2)) # 位左移
echo $((a & b)) # 位与
echo $((a > b ? 1 : 0)) # 三元运算
echo $((x++)) # 后自增
((y = x * 2)) # 算术赋值
if (( x > 5 )); then # 算术测试
echo "x > 5"
fi[ ]（test 命令）—— 完整运算符矩阵：
| 类别 | 运算符 |
|---|---|
| 数值 | -eq -ne -lt -le -gt -ge |
| 字符串 | = == != < > |
| 文件测试 | -e -f -d -s -r -w -x -h -L -p -S -b -c -t -g -u -k |
| 文件比较 | -nt -ot -ef |
| 字符串 | -z -n |
| 变量 | -v（是否设置） |
| 逻辑 | ! -a -o |
[[ ]]（扩展测试）：
if [[ $x -gt 5 && $x -lt 10 ]]; then ...
if [[ $str == *pattern* ]]; then ...
if [[ $str =~ ^[0-9]+$ ]]; then ...if [ ... ]; then ...; elif [ ... ]; then ...; else ...; fi
for x in a b c; do ...; done
for ((i=0; i<10; i++)); do ...; done
while [ ... ]; do ...; done
until [ ... ]; do ...; done
case $x in
pat1|pat2) cmd ;;
*) cmd ;;
esacgreet() {
echo "Hello, $1!"
}
greet "World"
# 通过命令替换获取返回值
add() {
echo $(($1 + $2))
}
result=$(add 3 4)cmd1 | cmd2 | cmd3 # 多级管道
cmd > file # stdout 到文件（截断）
cmd >> file # stdout 到文件（追加）
cmd 2> file # stderr 到文件
cmd > file 2>&1 # stdout+stderr 到文件
cmd < file # stdin 从文件
cmd <<< "text" # here-string
cmd <<EOF # heredoc（变量展开）
line1
line2
EOF
cmd <<'EOF' # heredoc（字面量，不展开）
$var stays literal
EOF
cmd <<-EOF # heredoc（去除前导 tab）
indented
EOF
diff <(cmd1) <(cmd2) # 进程替换echo {a,b,c} # → a b c
echo {1..10} # → 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
echo {a..z} # → a b c ... z
echo pre{x,y}post # → prexpost preypost
echo file.{txt,sh,c} # → file.txt file.sh file.ccmd1 && cmd2 # 与
cmd1 || cmd2 # 或
cmd1 ; cmd2 # 顺序执行
cmd & # 后台
( cmd1; cmd2 ) # 子shell
{ cmd1; cmd2; } # 命令组生成的 C 二进制包含原生运行时库，直接实现以下命令（无需外部进程）：
echo printf yes seq
cat cp mv rm ln touch mkdir rmdir mktemp install
basename dirname realpath readlink stat file du df
ls pwd pushd popd dirs tree find
head tail wc grep sort uniq cut paste tr rev tac
nl fold fmt expand unexpand column tee pr comm shuf
grep egrep fgrep rgrep find which whereis locate
date whoami hostname uname id env logname tty uptime
free ps kill arch nproc dmesg lsof mount umount
cd pwd export unset set source eval read exit true
false test [ type command alias unalias history trap
sleep wait jobs bg fg clear reset nohup time xargs
getopts hash builtin help dirs pushd popd
任何未识别为原生内置或用户函数的命令，自动通过 system() 传递给系统 shell 执行，支持所有系统命令：
- 归档：
targzipgunzipbzip2xzzipunzip7zrar - 网络：
curlwgetsshscprsyncncpingdigifconfigip - 开发：
gccg++makecmakegitsvndockerkubectlansible - 编辑器：
vivimemacsnano - 系统：
systemctlservicetophtoppgreppkill - 用户：
susudopasswduseraddusermodgroupadd - 调试：
gdbstraceltracevalgrindperf - 以及 200+ 更多命令
输出 C 文件具有清晰的结构：
/* ============================================================
* Generated by shell2c — Shell-to-C Transpiler
* Source: myscript.sh
* ============================================================ */
/* ---- shell2c runtime ---- */
#include <stdio.h>
/* ... 标准头文件 ... */
/* 运行时辅助函数 */
static void __sh_puts(const char *s); /* fputs + 换行 */
static void __sh_putf(const char *fmt, ...); /* 格式化输出 + 换行 */
static void __sh_arr_free(char **arr); /* 数组释放 */
static const char *__sh_capture_fn(...); /* 函数输出捕获 */
/* ... 75+ 运行时函数 ... */
/* ---- 用户变量 ---- */
static char name[1024] = "";
static int count = 0;
/* ---- 函数声明 ---- */
static void greet(int, char**);
/* ---- 函数定义 ---- */
static void greet(int __sh_argc, char **__sh_args) {
char __sh_arg1[1024] = "";
if (__sh_argc >= 1) strncpy(__sh_arg1, __sh_args[0], 1023);
__sh_puts("Hello, World!");
}
/* ---- main 入口 ---- */
int main(int _argc, char **_argv) {
setvbuf(stdout, NULL, _IONBF, 0);
setvbuf(stdin, NULL, _IONBF, 0);
__sh_argc = _argc - 1;
if (_argc > 1) strncpy(__sh_arg1, _argv[1], 1023);
/* ... 脚本体 ... */
return __exit_status;
}生成的 C 代码经过以下优化：
| 优化项 | 优化前 | 优化后 | 提升 |
|---|---|---|---|
| for 循环 | malloc + N×strdup + N×free | 栈分配数组，零堆操作 | -100% |
| 函数调用 (≤8参数) | malloc + N×strdup + free | 栈分配数组 | -100% |
| 临时缓冲区 | 4096 字节 | 1024 字节 | -75% |
| echo 字面量 | fputs + putchar('\n') | __sh_puts() 单次调用 |
-50% |
| 数组清理 | for + free 循环 | __sh_arr_free() 单次调用 |
-67% |
# 运行测试套件
make test
# 或手动运行
cd tests
for t in test*.sh; do
../shell2c $t ${t%.sh}.c
gcc -O2 -Wall -o ${t%.sh} ${t%.sh}.c
diff <(bash $t 2>&1) <(./${t%.sh} 2>&1) && echo "PASS: $t" || echo "FAIL: $t"
done| 测试文件 | 覆盖内容 |
|---|---|
test1.sh |
基础特性：变量、算术、if/for/while、case、函数 |
test2.sh |
重定向、管道、算术运算符、复合条件 |
test3.sh |
break/continue、here-string、case 模式、字符串比较 |
test4.sh |
边缘情况：嵌套 if、3 级管道、三元运算、while true |
test5.sh |
数组、参数展开、前缀/后缀删除 |
test6.sh |
字符串替换、嵌套命令替换、管道链、文件 I/O |
test_compat.sh |
declare、数组操作、字符串操作、函数、递归 |
test_complex.sh |
复杂真实脚本：字符串链、关联数组、case 模式 |
test_patterns.sh |
常见 shell 模式：引号、条件赋值、测试运算符 |
test_realworld.sh |
真实世界特性：反引号、heredoc、进程替换、正则 |
test_newfeat.sh |
新特性：花括号展开、进程替换、(( ))、幂运算 |
test_hd.sh |
Heredoc 详细测试 |
twopipe.sh |
连续管道测试 |
gcc -O2 -Wall -o shell2c shell2c.c无外部依赖——仅标准 C 库和 POSIX 头文件。
Cshll/
├── shell2c.c # 转译器（单文件，~5200 行）
├── README.md # 本文件
├── Makefile # 构建和测试
├── .gitignore
└── tests/
├── test1.sh # 基础特性测试
├── test2.sh # 综合特性测试
├── test3.sh # break/continue、here-string
├── test4.sh # 边缘情况
├── test5.sh # 数组、参数展开
├── test6.sh # 字符串替换、管道链
├── test_compat.sh # 兼容性测试
├── test_complex.sh# 复杂真实脚本
├── test_patterns.sh# 常见模式
├── test_realworld.sh# 真实世界特性
├── test_newfeat.sh # 新特性
├── test_hd.sh # Heredoc 测试
└── twopipe.sh # 连续管道测试
- 外部命令：未识别为原生内置的命令通过
system()/popen()回退，运行时需要 shell。对于完全自包含的二进制，请使用内置命令。 - 关联数组：
declare -A支持有限，基础索引数组完整支持。 - 正则表达式：
[[ =~ ]]翻译为regcomp/regexec，复杂正则可能不完美。 - 动态 eval：
eval和source回退到运行时 shell 调用。 - 信号处理：
trap支持基础级别。
MIT — 见源文件头。
作者：爱摸鱼的狐狸 🦊
"摸鱼不是为了偷懒，而是为了更高效地创造。" —— 爱摸鱼的狐狸