24、Expect 编程中的杂项知识与实用技巧

Expect 编程中的杂项知识与实用技巧

在编程过程中，总会遇到一些零散但又十分实用的知识和技巧。本文将为大家详细介绍在 Expect 编程中，关于随机数生成、库的使用、版本管理、时间处理等方面的内容，同时还会给出相关的命令和变量列表，帮助大家更好地掌握 Expect 编程。

随机数生成

在 Expect 中，有时需要生成随机数，比如在编写游戏脚本时。但 Expect 并没有内置的随机数生成命令，这是因为已经有很多解决方案，而且不同的随机数生成器（RNG）在不同目标之间进行了权衡，用户对随机数的需求也各不相同。

如果 RNG 是一个独立的程序，可以使用 open 或 spawn 来运行它。如果是非交互式且生成随机数流的程序，使用 open 并通过 gets 读取新的随机数；如果是交互式的，根据需要发送命令并使用 expect 获取结果。

如果想要的 RNG 是一个 C 子例程，可以编写一个命令来调用它，然后将其链接到 Expect 中。

如果对随机数质量要求不高，只是希望程序每次运行方式不同，可以使用以下 Tcl 过程：

proc random_init {seed} {
    global _ran
    set _ran $seed
}
proc random {} {
    global _ran
    set period 259200
    set _ran [expr ($_ran*7141 + 54773) % $period]
    expr $_ran/double($period)
}

使用时，首先调用 random_init 用一个正整数种子初始化，例如 random_init [pid] 。初始化后，每次调用 random 都会返回一个新的随机值。

生成随机密码示例

mkpasswd 是一个随 Expect 附带的示例脚本，用于生成新密码并可将其分配给用户。它使用了上述随机数过程的变体 rand 来生成 0 到 n - 1 的随机整数：

proc rand {n} {
    global _ran
    set period 259200
    set _ran [expr ($_ran*7141 + 54773) % $period]
    expr int($n*($_ran/double($period)))
}

mkpasswd 接受参数来控制生成密码的长度、数字和字母的数量。以下是生成密码的代码示例：

# initialize password
set password ""
# add digits to the password
for {set i 0} {$i<$minnum} {incr i} {
    insertchar [rand 10]
}
# add lowercase letters
for {set i 0} {$i<$minlower} {incr i} {
    insertchar [format "%c" [expr 0x61 + [rand 26]]]
}
# add uppercase letters
for {set i 0} {$i<$minupper} {incr i} {
    insertchar [format "%c" [expr 0x41 + [rand 26]]]
}
proc insertchar {c} {
    global password
    set password [linsert $password [rand [expr 1+[llength $password]]] $c]
}
# convert password list to string
set password [join $password ""]

Expect 库

Tcl 支持 Tcl 过程库，Expect 遵循了 Tcl 的模型，提供了两个目录，用户可以在其中创建和使用公开可访问的 Expect 过程或其他数据，目录名分别存储在全局变量 exp_library 和 exp_exec_library 中。

exp_library 目录包含与平台无关的文件，如果通过 NFS 挂载到不同类型的多台计算机上，所有计算机都可以共享相同的通用过程。而 exp_exec_library 目录则特定于某台机器（必要时，还特定于不同的操作系统版本）。

这些库不仅可以存储脚本，还可以存储非可执行数据。例如，检测 cat 命令是否需要 -u 标志时，Expect 会在安装时执行测试，并在 exp_exec_library 目录下留下一个名为 cat_buffers 的文件作为标记。在脚本中可以这样测试：

if [file exists $exp_exec_library/cat_buffers] {
    set catflags "-u"
} else {
    set catflags ""
}
spawn -open [open "/bin/cat $catflags $fifo" r]

exp_library 和 exp_exec_library 目录名也出现在全局变量 auto-path 中，这使得它们可以被自动加载。如果为 Expect 库生成了索引文件，引用其中定义的过程时会自动加载。

Expect 版本管理

和其他软件一样，Expect 会不时发布新版本以添加新功能、修复 bug。 exp_version 命令可用于处理版本不匹配问题，它可以验证脚本是否适用于当前的 Expect 可执行文件，如果不适用则阻止脚本继续执行。

不带参数调用 exp_version 时，会报告当前版本：

expect1.1> exp_version
5.9.0

可以在脚本中使用 exp_version 命令指定所需版本。版本号由三个用点分隔的数字组成，分别是主版本号、次版本号和一个在版本比较中不起作用的数字。

• 主版本号不同的脚本几乎肯定无法正常工作， exp_version 会生成错误并返回相应消息。
• 次版本号方面，如果脚本编写时使用的次版本号大于当前版本，可能依赖了新功能，脚本可能无法运行， exp_version 会返回错误。

exp_version 还有一个 -exit 标志，可用于强制脚本退出而不是返回错误。

以下是一个版本检查的示例：

if [catch {exp_version 5.3.0} msg] {
    puts "warning: $msg"
}

时间戳处理

timestamp 命令可用于生成各种形式的时间表示。不带参数时，它返回自 UNIX 纪元（1970 年 1 月 1 日 UTC）以来的秒数：

expect1.1> timestamp
759382559

使用 -format 标志和描述格式的字符串可以将时间转换为其他形式，通常，以百分号开头的字符会被替换。例如：

expect1.1> timestamp -format "The time of day is %X"
The time of day is 17:05:58
expect1.2> timestamp -format "It is a %A in %B"
It is a Monday in January

Expect 支持的替换字符列表如下：
| 替换字符 | 描述 |
| ---- | ---- |
| %a | 缩写的星期几名称 |
| %A | 完整的星期几名称 |
| %b | 缩写的月份名称 |
| %B | 完整的月份名称 |
| %c | 日期 - 时间格式（如 Wed Oct 6 11:45:56 1993） |
| %d | 月份中的日期（01 - 31） |
| %H | 小时（00 - 23） |
| %I | 小时（01 - 12） |
| %j | 一年中的第几天（001 - 366） |
| %m | 月份（01 - 12） |
| %M | 分钟（00 - 59） |
| %p | am 或 pm |
| %S | 秒（00 - 61） |
| %u | 星期几（1 - 7，星期一为第一天） |
| %U | 星期（00 - 53，第一个星期日为第一周的第一天） |
| %V | 星期（01 - 53，ISO 8601 风格） |
| %w | 星期几（0 - 6，星期日为 0） |
| %W | 星期（00 - 53，第一个星期一为第一周的第一天） |
| %x | 日期 - 时间格式（如 Wed Oct 6 1993） |
| %X | 时间格式（如 23:59:59） |
| %y | 年份（00 - 99） |
| %Y | 年份（如 1993） |
| %Z | 时区（如果无法确定则为空） |
| %% | 百分号 |

当所有日期都以相对于或绝对于纪元的秒数表示时，进行日期算术运算最为方便。可以使用 -seconds 标志对以秒表示的日期进行格式化：

expect1.1> set time [timestamp]
759443622
expect1.2> timestamp -format %X -seconds $time
15:33:42
expect1.3> timestamp -format %X -seconds [expr $time+1]
15:33:43

时间测量

如果想比较不同命令和算法的执行速度，可以使用 timestamp 命令，但 Tcl 提供的内置命令 time 更方便。

time 命令接受一个要执行的命令和一个可选的迭代次数，返回每次迭代的执行时间描述。例如：

expect1.1> time {sleep 7} 3
7000327 microseconds per iteration

使用较高的迭代次数可以平滑每次运行的差异，提供更有用的结果。在某些情况下，运行外部性能监视器也很有用，例如内存或网络使用情况对应用程序可能和 CPU 使用情况一样重要。

Expect 编程中的杂项知识与实用技巧（下半部分）

相关练习

为了帮助大家更好地巩固所学知识，下面提供了一些相关的练习：
1. 使用随机数绘制图表 ：利用前面提到的 random 过程，编写一个 Tk 脚本，绘制大量随机值的图表。以时间（对图表宽度取模）作为图表的第二个维度，观察图表中是否存在模式。
2. 查找未文档化的实用工具 ：许多 Tcl 扩展都附带了供自身使用但未向用户文档化的库。可以浏览所有 Tcl 库，查找有用但未文档化的实用工具。
3. 检查 Expect 版本 ：检查当前运行的 Expect 版本，尝试找到更新的版本，并验证自己的脚本是否仍然可以正常工作。
4. 比较字符串匹配和正则表达式 ：使用 time 命令比较 string match 和 regexp 在执行类似任务时的性能。观察这种性能差异是否反映在 expect 命令的 -gl 和 -re 标志中。
5. 比较 sleep 命令 ：使用 time 命令测量 UNIX sleep 命令和内置 sleep 命令的执行时间。确定在什么情况下两者的差异可以忽略不计，并考虑在不同性能的机器上这种差异会如何变化。
6. 复制 date 命令输出 ：找出能完全复制 UNIX date 命令默认输出的 timestamp 格式。使用 time 命令比较 date 和 timestamp 的执行时间。
7. 编写日期转换函数 ：虽然 Expect 没有将字符串转换为整数表示日期的过程，但可以思考为什么没有这样的过程，并尝试自己编写一个。

命令和变量附录

以下是 Expect 内置的命令、标志和变量列表（不包括 Tcl 提供的），该列表仅作为提示，不展示每个命令或标志的完整语法。所有不以 “exp” 开头的命令也可以使用 “exp_” 前缀调用。

命令和标志

命令/标志	描述	页码
close	关闭生成的进程	101
-i	识别进程	249
-slave	关闭进程的从设备	295
debug	控制调试器	410
-now	立即启动调试器	411
0 or 1	停止或启动调试器	410
disconnect	从 tty 断开进程	375
exit	退出	35
onexit	声明退出处理程序	321
-noexit	调用退出处理程序但不退出	321
#	以该值退出	35
exp_continue	继续 expect 命令	145
-continue_timer	不重启内部计时器	146
exp_internal	控制内部诊断	166
-info	返回状态	182
-f	将诊断信息定向到文件	173
0 or 1	停止或启动诊断	171
exp_open	以文件标识符打开生成的进程	304
-i	识别进程	304
-leaveopen	使生成的进程可访问	305
exp - pid	返回进程 ID	304
-i	识别进程	304
exp_version	返回 Expect 的版本	528
-exit	如果版本不匹配则退出	528
version	脚本所需的版本	528
expect	等待模式匹配	72
timeout	匹配超时	94
eof	匹配文件结束符	98
full_buffer	匹配完整缓冲区	151
default	匹配超时或文件结束符	101
null	匹配空	155
-brace	参数用花括号括起来	160
-gl	通配符模式	109
-re	正则表达式	109
-ex	精确字符串	134
-notransfer	不更新内部缓冲区	154
-nocase	将输入视为全小写	139
-i	识别进程	247
-indices	保存匹配的索引	124
pattern action	模式 - 动作对	75
expect_after	在其他模式之前等待模式匹配	259
-all	与 expect 相同的标志，另外返回所有生成 ID 的模式	266
-info	返回模式	266
-no indirect	不返回间接模式	269
expect_background	在后台等待模式匹配	446
expect_before	在其他模式之后等待模式匹配	259
expect_user	等待用户输入的模式匹配	192
fork	创建子进程	374
inter_return	从调用者返回	230
interact	将进程的控制权交给用户	82
eof	匹配文件结束符	342
timeout	匹配超时	343
null	匹配空	343
-brace	参数用花括号括起来	324
-re	正则表达式	328
-ex	精确字符串	327
-input	输入进程	353
-output	输出进程	353
-u	替代用户进程	350
-o	处理模式	328
-i	识别进程	349
-echo	回显	333
-nobuffer	不缓冲部分匹配	337
-indices	保存匹配的索引	328
-reset	重置终端模式	344
-iwrite	保存进程生成 ID	359
pattern action	模式 - 动作对	324
interpreter	将 Expect 的控制权交给用户	225
log_file	控制输出保存到文件	180
-a	保存所有输出	181
-noappend	保存到文件开头	180
-info	返回状态	182
-leaveopen	将文件视为日志	180
-open	将文件视为日志	180
file	保存输出到文件	180
log_user	控制输出到屏幕	175
-info	返回状态	182
0 or 1	停止或启动输出	175
match_max	控制匹配缓冲区大小	150
-d	默认（未来进程）	150
-i	识别进程	249
#	新的缓冲区大小	150
parity	控制奇偶校验	157
-d	默认（未来进程）	157
-i	识别进程	249
0 or 1	去除或保留奇偶校验	157
prompt1	完整命令后的提示	228
prompt2	不完整命令后的提示	228
remove_nulls	控制空字符	155
-d	默认（未来进程）	155
-i	识别进程	249
0 or 1	保留或去除空字符	155
send	发送字符串	71
-	将下一个字符串视为字面量	282
-i	识别进程	247
-h	以人性化方式发送	278
-s	缓慢发送	275
-null	发送空字符	281
-raw	不插入回车符	198
-break	发送中断信号	281
string	要发送的字符串	71
send_error	发送到标准错误输出	187
（与 send 相同的标志）
send_log	发送到日志	182
-	将下一个字符串视为字面量	282
string	要发送的字符串	182
send_tty	发送到 /dev/tty	210
（与 send 相同的标志）
send_user	发送到标准输出	185
（与 send 相同的标志）
sleep #	休眠指定的秒数	196
spawn	启动一个进程	78
-console	将进程视为控制台	300
-ignore	忽略信号	310
-leaveopen	将文件视为生成的进程	289
-open	将文件视为生成的进程	289
-noecho	不回显生成命令	298
-nottycopy	不将伪终端初始化为 /dev/tty 一样	300
-nottyinit	不进行合理的初始化	300
-pty	分配伪终端但不启动进程	293
strace	跟踪语句	405
-info	返回状态	405
#	跟踪的深度	405
stty	修改终端参数	197
<ttyname	要修改的终端	204
raw	原始模式	198
-raw	原始模式	199
cooked	煮熟模式	205
-cooked	煮熟模式	205
echo	回显	199
-echo	无回显	199
rows [#]	设置或返回行数	205
columns [#]	设置或返回列数	205
local - stty - args	执行原生 stty 命令	205
system local - cmd	执行 Bourne shell 命令	207
timestamp	返回时间戳	528
-format	时间戳格式	528
-seconds	时间源	528
trap	定义信号处理程序	307
-code	要返回的代码	320
-interp	要使用的解释器	321
-name	返回当前信号的名称	309
-number	返回当前信号的编号	309
-max	返回信号的数量	318
action signal - list	信号列表触发的动作	309
wait	等待进程结束	105
-i	识别进程	249
-nowait	未来等待进程	106

变量

变量	描述
any_spawn_id	任何列出的生成进程
argc	初始参数的数量
argv	初始参数
argv0	脚本的名称
dbg	调试器断点正则表达式结果
error_spawn_id	标准错误的生成 ID
exp_library	与平台无关的实用脚本
exp_exec_library	与平台相关的实用脚本
expect_out	expect 的结果
interact_out	interact 的结果
send_human	send - h 的控制参数
send_slow	send - s 的控制参数
spawn_out	spawn 的结果
spawn_id	当前生成的进程
stty_init	spawn 的终端参数
timeout	expect 等待的最大时间
tty_spawn_id	/dev/tty 的生成 ID
user_spawn_id	标准输入和输出的生成 ID

通过掌握这些随机数生成、库的使用、版本管理、时间处理等方面的知识，以及熟悉相关的命令和变量，大家可以更高效地进行 Expect 编程，解决实际问题。希望本文能对大家有所帮助，让大家在 Expect 编程的道路上更加得心应手。