很棒的需求！要在自制C++ Shell里实现Linux script命令的核心功能，本质上是要搭建一个伪终端（PTY）中间层，同时捕获用户输入和命令执行的输出，还要让被执行的命令以为自己在和真实终端交互。下面是具体的实现思路和关键代码片段，帮你一步步搞定：

script命令的工作逻辑其实很清晰：

它创建一个伪终端（PTY），让目标Shell/程序把PTY当作自己的标准输入输出；同时script自身作为中间代理，一边把用户的输入转发给PTY，一边把PTY返回的输出回显给用户，并且全程把双向数据流写入日志文件。

1. 创建并初始化伪终端（PTY） #

首先要调用POSIX标准的PTY相关函数，创建主从设备对：

#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <iostream>

int main() {
    // 打开PTY主设备
    int master_fd = posix_openpt(O_RDWR);
    if (master_fd == -1) {
        perror("Failed to open PTY master");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 设置PTY从设备的权限
    if (grantpt(master_fd) == -1) {
        perror("Failed to grant PTY access");
        close(master_fd);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 解锁PTY从设备，允许打开
    if (unlockpt(master_fd) == -1) {
        perror("Failed to unlock PTY");
        close(master_fd);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 获取PTY从设备的路径（比如 /dev/pts/2）
    const char* slave_path = ptsname(master_fd);
    if (slave_path == nullptr) {
        perror("Failed to get PTY slave path");
        close(master_fd);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    // ... 后续代码
}

2. Fork子进程并绑定到PTY从设备 #

接下来要创建子进程，让它把标准输入/输出/错误重定向到PTY从设备，然后启动目标Shell：

pid_t pid = fork();
    if (pid == -1) {
        perror("Fork failed");
        close(master_fd);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    if (pid == 0) { // 子进程逻辑
        // 创建新会话，让子进程成为会话组长，PTY成为控制终端
        setsid();

        // 打开PTY从设备
        int slave_fd = open(slave_path, O_RDWR);
        if (slave_fd == -1) {
            perror("Failed to open PTY slave");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }

        // 重定向标准IO到PTY从设备
        dup2(slave_fd, STDIN_FILENO);
        dup2(slave_fd, STDOUT_FILENO);
        dup2(slave_fd, STDERR_FILENO);

        // 关闭不需要的文件描述符
        close(slave_fd);
        close(master_fd);

        // 启动默认Shell（优先用环境变量SHELL，否则用bash）
        char* shell = getenv("SHELL");
        if (shell == nullptr) shell = "/bin/bash";
        execl(shell, shell, nullptr);

        // 如果execl失败，输出错误
        perror("Failed to execute shell");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 父进程保留master_fd用于和子进程通信
    // ...

3. 父进程监听双向数据流并记录日志 #

父进程需要同时处理两个数据源：用户的终端输入，以及PTY主设备返回的子进程输出。这里用select()实现多路复用，确保不会阻塞在单一输入上：

#include <sys/select.h>
#include <fstream>
#include <cstring>
#include <sys/wait.h>
#include <termios.h>

    // 保存原始终端属性，退出前恢复
    struct termios original_attr;
    tcgetattr(STDIN_FILENO, &original_attr);
    atexit([&]() {
        tcsetattr(STDIN_FILENO, TCSANOW, &original_attr);
    });

    // 设置终端为原始模式，捕获所有输入字符（包括特殊控制符）
    struct termios raw_attr = original_attr;
    cfmakeraw(&raw_attr);
    tcsetattr(STDIN_FILENO, TCSANOW, &raw_attr);

    // 打开日志文件（默认名为typescript，和标准script一致）
    std::ofstream log_file("typescript", std::ios::binary);
    if (!log_file.is_open()) {
        perror("Failed to open log file");
        close(master_fd);
        kill(pid, SIGTERM);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 写入日志开头信息（模仿标准script）
    time_t now = time(nullptr);
    log_file << "Script started on " << ctime(&now);

    fd_set read_fds;
    char buffer[1024];
    ssize_t bytes_read;

    while (true) {
        FD_ZERO(&read_fds);
        FD_SET(STDIN_FILENO, &read_fds);
        FD_SET(master_fd, &read_fds);
        int max_fd = std::max(STDIN_FILENO, master_fd) + 1;

        // 等待有数据可读
        int ret = select(max_fd, &read_fds, nullptr, nullptr, nullptr);
        if (ret == -1) {
            perror("Select failed");
            break;
        }

        // 处理用户输入：转发给PTY，同时写入日志
        if (FD_ISSET(STDIN_FILENO, &read_fds)) {
            bytes_read = read(STDIN_FILENO, buffer, sizeof(buffer));
            if (bytes_read <= 0) break; // 用户输入结束（比如Ctrl+D）

            write(master_fd, buffer, bytes_read);
            log_file.write(buffer, bytes_read);
            log_file.flush();
        }

        // 处理PTY输出：回显给用户，同时写入日志
        if (FD_ISSET(master_fd, &read_fds)) {
            bytes_read = read(master_fd, buffer, sizeof(buffer));
            if (bytes_read <= 0) break; // 子进程退出

            write(STDOUT_FILENO, buffer, bytes_read);
            log_file.write(buffer, bytes_read);
            log_file.flush();
        }
    }

    // 写入日志结尾信息
    now = time(nullptr);
    log_file << "\nScript done on " << ctime(&now);

    // 清理资源
    log_file.close();
    close(master_fd);
    waitpid(pid, nullptr, 0);

    return 0;
}

• 信号处理：比如SIGINT（Ctrl+C）这类信号会发给父进程，你可以设置信号处理函数，把信号转发给子进程，避免父进程意外退出。
• 终端属性恢复：一定要在退出前恢复原始终端属性，否则终端可能会出现输入不回显等异常。
• 错误处理：每个系统调用都要检查返回值，比如read()、write()可能因为各种原因失败，要及时清理资源并退出。
• 日志格式：标准script会包含时间戳和会话信息，你可以根据需求调整日志的开头和结尾内容。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Aayush Upadhyaya