<!--VARIABLES {"title": "Работа в командной строке", "SORT_ORDER": "10",
"code": "command_line_work"}-->
[TOC]

----------------------------------------------------------------------------------------------------
# Интерфейс 
 
**Интерфейс** --- средство взаимодействия пользователя с программой. Более подробно см. 
[здесь](<!--page program_design-->#interface).

В данном разделе будет рассмотрен только интерфейс командной строки.

----------------------------------------------------------------------------------------------------
<!--i ["консоль", "командная строка", "терминал"]-->
# Командная строка

<p><img src="<!--path pict-->run_shell.png" title="md2html"
class="floatRight" /></p>

**Командная строка**  или **консоль** или **терминал**, является средством, позволяющим использовать 
*интерфейс командной строки*. Здесь происходит ввод команд и данных, а также вывод данных 
программами. 
Для открытия консоли необходимо нажать `Win`+`R`, откроется окно, показанное на картинке, 
набрать имя команды `cmd` и нажать `Enter`. Откроется окно следующего вида:

<p style="clear: both;"></p>

````shell
C:\Users\user1>
````    

Перед каждой командой будет стоять знак `>`(в Linux и Mac OS --- `$`). То, что написано до 
знака `$` или `>`, плюс сам знак, всё вместе называется *приглашением* командной строки.
Как правило, оно включает адрес *текущего каталога* (будет рассмотрено далее). 

В консоли вводятся команды или вызываются программы, которые могут выводить сообщения и другую 
информацию в эту же консоль. Также программы могут запрашивать пользовательский ввод в консоли. 
Помимо этого программы могут выполнять другие действия, например, чтение файлов и запись в файлы, а
также открывать графические окна.
  
----------------------------------------------------------------------------------------------------
# Структура файловой системы

Большинство программ и команд, выполняемых в командной строке, предназначены для работы с 
*файлами* и *каталогами*, поэтому следует более подробно рассмотреть что это такое.

Устройства  хранения данных (флешки, жесткие диски и др.)сохраняют данные используя особенности
физического процесса воздействия (намагничивание и т.д.). Контроллеры этих устройств предоставляет 
низкоуровневый доступ к данным, например используя 
физическую адресацию. Конечному пользователю с таким представлением данных работать не удобно. 
Поэтому были разработаны специальные программы, которые трансформируют это представление в более 
удобный и унифицированный (единообразный) вид.

![](<!--path pict-->tree.png)

На схеме представлено пользовательское представление данных, хранящихся на устройстве  хранения. 
Элементы данного представления:

- **логический диск**, который обозначается буквами с двоеточиями: `С:`, `D:`. Одно физическое 
    устройство может быть логически разбито на части.
    
- **файлы** (*англ.* file) — именованная область на носителе данных, используемая как базовый 
    объект взаимодействия с данными в операционных системах.
    
- **папки** или **директории** или **каталоги**, это средство логической группировки файлов. Папки 
    могут "содержать" 
    файлы и другие папки, таким образом формируется "древовидная" (иерархическая) структура. 
    
<!--i ["корневой каталог"]--> 
Логический 
диск представляется корневым элементом древовидной структуры и называется **корневым каталогом**.

Для указания файла в этой структуре используется **путь** к файлу, который предоставляет перечисление
всех узлов (каталогов) дерева от корневого каталога до данного файла, включая данный файл. Узлы 
перечисляют через `\`(в ОC Linux и Mac --- через `/`), например:

````
С:\folder1\folder2\folder3\file2.txt
````

где `С:\` --- это корневой каталог диска. Данный путь является *абсолютным*, потому что начинается с
корневого каталога.

<!--i ["текущий каталог"]--> 
**Текущий каталог** --- это каталог, который выбран в качестве текущего в рамках текущего контекста 
выполнения программы (например, *окна терминала*). Пути относительно текущего каталога называются 
*относительным*. Например, при текущем каталоге `С:\folder1`, *относительный* путь к 
представленному выше файлу будет `folder2\folder3\file2.txt`.

Помимо текущего каталога в рамках текущего контекста также определен **текущий диск**. Смена 
текущего каталога и текущего диска будет рассмотрена ниже.
----------------------------------------------------------------------------------------------------
# Структура команды

Для выполнения команды в консоли вводят:

- имя команды или исполнимого файла (в ОС Windows расширения `.bat` и `.exe` можно не вводить);
- один или несколько аргументов, разделенных пробелами (только в том случае, если аргументы 
    предусмотрены программой и их действительно требуется задавать).

!!! note
    Передавать аргументы программе можно даже в том случае, если программа никаких аргументов не 
    принимает. Переданные аргументы скорее всего будут проигнорированы.
    
````shell
>mkdir test_dir

>cd test_dir

>mkdir "test dir"

>dir
.  .  .
01.03.2023  22:04    <DIR>          .
01.03.2023  22:04    <DIR>          ..
01.03.2023  22:04    <DIR>          test dir
.  .  . 
````

Первый пример показывает выполнение команды `mkdir` с аргументом `test_dir`. Второй пример 
аналогичен, только используется команда `cd`. В третьем примере строка аргумента содержит пробел, 
поэтому требуется заключить эту строку с пробелом в кавычки (кавычки частью строки аргумента не 
являются), иначе это будет воспринято как два 
аргумента. В четвертом примере выполняется команда `dir` без аргументов. Эта команда, в отличии от 
предыдущих команд, выводит какую-то информацию в консоль.

В приведенных примерах демонстрируется только процесс выполнения команд. Выполняемые при этом
действия нас сейчас не интересуют.

----------------------------------------------------------------------------------------------------
# Основные команды Windows

Все команды Windows можно разделить на две большие группы:

- Команды командного процессора, т.е. стандартного исполнителя команд работающего в терминале.
- Внешние исполнимые файлы (с расширением `bat`, `exe` и некоторыми другими), эти файлы могут быть 
    частью ОС Windows, либо установлены отдельно. 
    
## Получение справки

Многие стандартные команды и программы ОС Windows имеют аргумент `/?`, например:

````shell
>cd /?
Displays the name of or changes the current directory.

CHDIR [/D] [drive:][path]
CHDIR [..]
CD [/D] [drive:][path]
CD [..]

  ..   Specifies that you want to change to the parent directory.
.  .  .
````

Данная команда вывела справочную информацию о команде `cd`. В первой строке дается краткое описание 
выполняемых командой действий. Далее перечислены варианты использования (аргументы).

## Смена текущего диска

Для смены текущего диска следует ввести имя этого диска с двоеточием:

````shell
C:\Users1>E:

E:\>
````

Как показывает *подсказка* командной строки, до выполнения команды `E:` текущим диском был `C:`.

## `cd` --- смена текущего каталога

`cd` означает "change directory" (сменить каталог).

````shell
C:\Users1\test_dir>cd "test dir"

C:\Users1\test_dir\test dir>
````

В данном примере мы выполнили переход в подкаталог текущего каталога используя *относительный путь*.
Также были использованы кавычки, потому что имя указанный путь содержит пробел. Для перехода на 
уровень выше (в надкаталог) используется путь `..`.

````shell
C:\Users1\test_dir\test dir>cd ..

C:\Users1\test_dir>
````

Полезным параметром является ключ `/d`, который позволяет сменить не только каталог, но и диск.

````shell
C:\Users1\test_dir>cd /d E:\python

E:\python>
````

Команда `cd` без аргументов печатает путь к текущему каталогу.

````shell
E:\python>cd
E:\python

E:\python>
````

<!--i ["dir"]-->
## `dir` --- просмотр содержимого каталога

````shell
C:\Users1\test_dir>dir
 Volume in drive C has no label.
 Volume Serial Number is EDC2-A21E

 Directory of C:\Users1\test_dir

01.03.2023  23:30    <DIR>          .
01.03.2023  23:30    <DIR>          ..
01.03.2023  23:36                69 cd.bat
01.03.2023  22:04    <DIR>          test dir
               1 File(s)             69 bytes
               3 Dir(s)  79 989 538 816 bytes free
````

Данный пример показывает что в текущем каталоге находится подкаталог `test_dir` (помечен 
как `<DIR>`), 
а также файл `cd.bat` размером 69 байт. Важно отметить что команда `dir` показывает также 
*псевдокаталоги*:

- `.` --- это указатель на текущий каталог;
- `..` --- это указатель на родительский каталог.

Полезным аргументом является `/b`, который выводит список каталогов без дополнительной информации.

````shell
C:\Users1\test_dir>dir /b
cd.bat
test dir
````

----------------------------------------------------------------------------------------------------
<!--i ["переменные окружения", "environment variables"] -->
# Переменные окружения

**Переменные окружения** (*англ.* environment variables) --- это переменные, установленные в 
операционной системе (ОС) и доступные всем программам. Значениями этих переменных могут быть только 
строки. Пример:

````shell
>set CAT_NAME=Федор

>echo кот %CAT_NAME%
кот Федор
````

Команда командной строки `set` устанавливает переменную окружения с именем `CAT_NAME` и значением
`Федор`. Интерпретатор командной строки распознает указания переменных (в ОС Windows они 
заключаются в символы `%`) и заменяет их на соответствующие значения. 

!!! note 
    В ОС Windows имена переменных окружения являются регистронезависимыми , т.е. команда 
    `echo кот %cat_name%` будет иметь такой же результат.
    
    В ОС Linux переменные окружения регистрозависимы, т.е. `CAT_NAME` и `cat_name` это разные  
    переменные. Формат указания переменных такой: `$CAT_NAME` или `${CAT_NAME}`.
    
    В большинстве случаев принято задавать имена переменных окружения полностью в верхнем регистре.

----------------------------------------------------------------------------------------------------
<!--i ["PATH, переменная окружения"] -->
# Порядок поиска исполнимых файлов

Если в консоли ввести имя исполнимого файла (`*.exe`, `*.bat`  и некоторые другие) и нажать клавишу 
`Enter`, то данный файл будет запущен на исполнение. Однако возникает вопрос: какой именно файл с 
указанным именем будет запущен? Ведь файлы с одинаковыми именами могут существовать в различных
каталогах. Здесь действует следующие правила:

- сначала указанный файл ищется в текущем каталоге, если файл найден, то он исполняется
    (в OC Linux и MacOS это правило не действует); 
- если файл не найден, то поиск ведется последовательно в каталогах, перечисленных в переменной 
    `PATH`;
- если файл не найден, то выдается ошибка:
    
    ````shell
    >unknown.bat
    "unknown.bat" не является внутренней или внешней
    командой, исполняемой программой или пакетным файлом.
    ````

Значение переменной `PATH` является списком путей каталогов, разделенных символом `;` (в OC Linux и 
MacOS  разделителем является `:`).

!!! note
    В Windows 10 и 11 графический диалог редактирования переменной `PATH` представляет пути в виде 
    списка. Это сделано для удобства пользователя, на самом деле значение хранится как одна 
    строка разделенная символом `;`.
    
----------------------------------------------------------------------------------------------------
<!--i ["перенаправление ввода/вывода"] -->
# Перенаправление ввода/вывода

Различные языки программирования как правило имеют те или иные команды "печати". Например в языке 
Python это команда `print()`. Эти команды печати на самом деле выводят текст в так называемый 
*стандартный поток вывода*. По умолчанию этот поток направлен в консоль, однако он может быть 
перенаправлен: 

- в файл; 
- на вход другой программы.

Рассмотрим пример:

````shell
>cd
C:\Users1\test_dir

>cd > current_dir.txt

>type current_dir.txt
C:\Users1\test_dir
````

<!--i ["type, команда"] -->
Как мы видим команда `cd` по умолчанию выводит данные в консоль. Директива перенаправления вывода
`>` предписывает записать эти данные в фай (если такой файл уже существует, то он будет перезаписан).
Команда `type` просто выводит содержимое файла в консоль. 

Директива `>>` позволяет дописать существующий файл. 

````shell
>echo la-la-la >> current_dir.txt

>type current_dir.txt
C:\Users1\test_dir
la-la-la
````

Здесь команда `echo` печатает заданный текст в стандартный поток вывода, который перенаправляется 
в файл с дописыванием. Если `>>` заменить на `>`, то файл перезапишется:

````shell
>echo la-la-la > current_dir.txt

>type current_dir.txt
la-la-la
````

Команда `input()` в языке Python реализует *стандартный ввод* программы, который по умолчанию 
осуществляется из консоли (клавиатуры), но может быть выводом другой программы. Например:

````shell
>dir /b
cd.bat
current_dir.txt
test dir

>dir /b | find "_"
current_dir.txt
````

Команда  `dir` и данном случае выводит три элемента каталога. Команда `find` может принимать 
через стандартный вход набор строк и выводить только те из них, в которых имеется указанная 
подстрока, в данном случае "_". Перенаправление стандартного ввода из файла задается директивой
`<`:

````shell
>find "a" < current_dir.txt
la-la-la

>find "o" < current_dir.txt

>
````

С помощью перенаправления потока ввода/вывода можно собирать цепочки команд:

````shell
>dir /b | find "_" > list.txt

>type list.txt
current_dir.txt
````

Здесь команда `dir` передает свой вывод команде `find`, которая вместо вывода в консоль записывает 
результаты своей работы в файл.

<!--i ["ls, команда Linux"] --><a name="ls_linux_command"></a>
В ОС Linux и MacOS аналогичная команда называется `ls`.

----------------------------------------------------------------------------------------------------
<!--i ["echo"] -->
# Генерация входных данных

Программа может принимать многострочные входные данные из стандартного потока ввода (с клавиатуры 
или из файла). Например может быть такая программа на языке Python:

````code
while True:
    i = int(input())
    if i < 10:
        continue
    elif i > 100:
        break
    print(i)
````

При небольшом количестве данных запуск такой программы может выполняться следующим образом:

````shell
>(echo 9 & echo 30 & echo 20 & echo 101) | python process_input.py
30
20
````

Также протестируем данный метод с использованием встроенной команды `find`:

````shell
>(echo a & echo b) | find "b"
b
````