Bash Shell编程入门

作者: echoworlding | 来源:发表于2016-11-24 21:58 被阅读5260次

Shell是什么？

shell本身是一个命令解释器，介于操作系统的内核（kernel）态和用户态之间，可以执行系统调用及系统命令等，让用户以此来与操作系统实现互动。同时，它也用来指一种计算机程序语言（类似于C、Python等）。一个shell程序一般被称为一个脚本。

Shell语言的流派

目前，shell主要有两大流派：

sh:
- burne shell (sh)
- burne again shell (bash)
csh:
- c shell (csh)
- tc shell (tcsh)
- korn shell (ksh)

目前，大部分Linux系统预设的shell都是bash。

Ubuntu16.04提供的shell环境（登录成功后默认使用bash）：

slot@slot-ubt:~$ cat /etc/shells 
# /etc/shells: valid login shells
/bin/sh
/bin/dash
/bin/bash
/bin/rbash
slot@slot-ubt:~$

Mac OS提供的shell环境：

$ cat /etc/shells
# List of acceptable shells for chpass(1).
# Ftpd will not allow users to connect who are not using
# one of these shells.
>
/bin/bash
/bin/csh
/bin/ksh
/bin/sh
/bin/tcsh
/bin/zsh  # zsh系本文作者自己安装

一个极简的bash demo: hello_world.sh

    #!/bin/bash
    
    # Here is comment 
    echo "Hello World!"

执行
方法1: 直接使用bash解释器来解释执行：

    bash hello_world.sh

或者：

    sh hello_world.sh

方法2: 先将文件属性改为可执行状态：

    chmod +x hello_world.sh

或者：

    chmod 777 hello_world.sh

再直接执行：

    ./hello_world.sh

输出

    Hello World!

解释

    #!用来指定执行该脚本的解释器，后面的/bin/bash表明指定/bin目录下的bash程序来解释执行该脚本文件。

    #开头的是注释行(#!除外)，shell中只有单行注释。

    echo "Hello World!" 即用echo命令输出字符串"Hello World!"到终端显示器。

补充知识: 文件的属性
通过ls -l命令可以查看文件的属性，例如查看新建文件test.sh的属性：

slot@slot-ubt:~$ touch test.sh
slot@slot-ubt:~$ ls -l test.sh 
-rw-rw-r-- 1 slot slot 0 12月 21 15:40 test.sh

可以看到，一般新建文件的默认属性是-rw-rw-r--，即644，不具有可执行属性x，可使用chmod命令来改变文件属性（修改默认属性则使用umask命令），例如将文件test.sh的属性改为可读可写可执行(rwx: 4 + 2 + 1 = 7)：

slot@slot-ubt:~$ chmod 777 test.sh 
slot@slot-ubt:~$ ls -l test.sh 
-rwxrwxrwx 1 slot slot 0 12月 21 15:40 test.sh

Bash中的变量

变量的定义与赋值

不像C、Java等静态语言需要先声明然后才能使用，而是和Python等动态语言类似，Bash变量在使用时直接定义，例如：

my_bash_var="this is my bash var"

注意:

＝两边不能有空格！否则就是语法错误了。
Bash变量命名只能使用字母，下划线和数字，并且不能以数字开头。

变量的引用

使用已定义的变量时，只要在变量名前面加$符号即可:

echo $my_bash_var

或者使用${var_name}的形式，{}是可选的，主要是帮助解释器更好地识别变量的边界(推荐)：

echo ${my_bash_var}

注意''和""的区别：

'' ：单引号里的任何字符都会原样输出，单引号中对变量引用是无效的，且单引号中不能出现单引号（对单引号使用转义符也不行）；
""：双引号里可以引用变量，可以出现转义字符。

实例：

a="hello"
echo 'a is : $a'
echo "a is : $a"

Output:

a is : $a
a is : hello

只读变量

使用 readonly 命令可以将变量限定为只读变量，这与 C 语言中的 const 常量类型的情况相同.

a_var="hello"
readonly a_var
a_var="world"  # Output: bash: read-only variable: a_var

删除变量

使用 unset 命令可以删除变量，但是不能删除只读变量。
变量被删除后不能再次使用。

my_var="haha"
unset my_var
echo ${my_var} # 变量my_var已被删除，没有任何输出

变量的类型

诸如C、Java、Python等这些高级语言中的变量是有类型的，例如数字类型（整型、浮点型等）、字符串类型、布尔类型，面向对象语言中还有引用类型等。但是，在Bash中，并不对变量区分类型。

本质上来说，Bash变量都是字符串。但是依赖于上下文，Bash也允许比较操作和算术操作。决定这些的关键因素是变量中的值是否只有数字，只有当变量是纯数字时，该变量才是“数字类型的”，否则就是字符串类型的。

另外，注意Bash中的数字默认的是十进制，八进制需要以0开头，十六进制以0x开头。

纯数字变量是“数字变量”：

a=1234
let "a+=1"
echo ${a}  # Output: 1235

数字＋字符串：字符串变量，字符串变量不能进行数学运算

b=${a/12/BB} # 将12替换为BB
echo ${b}    # Output: BB35

let "b+=1"
echo ${b}    # Output:1

将变量中的非数字字符替换为数字，得到数字变量

c=BB34
echo ${c}     # Output: BB34

d=${c/BB/12}  # 将BB替换为12
echo ${d}     # Output: 1234

let "d+=1"
echo ${d}     # Output: 1235

空变量+数字：数字变量

# 变量e定义为空值
e=""
echo ${e}  # Output: 没有任何输出

let "e+=1" # 空值 + 1
echo ${e}  # Output: 1

未定义的变量+数字：数字变量

# 变量f未定义
echo "f = $f"   # Output: f =

let "f+=1" 
echo "f = ${f}" # Output: f = 1

变量的作用域

局部变量(local variables)：这种变量只有在变量所在的代码块或者函数中才可见，需要使用local声明；
全局变量：Bash中用户自定义的普通变量默认是全局变量，可以在本文件中的其它位置引用；
环境变量(environmental variables)：所有的程序（包括shell启动的程序）都能访问环境变量。
如果一个shell脚本设置了环境变量,需要用 export 命令来通知脚本的环境。

更多关于环境变量的知识可以参考以下文章：

Linux环境变量总结

linux入门之环境变量与文件查找

Bash中的运算符

Bash支持的运算符有：

数学运算符
关系运算符
布尔运算符
逻辑运算符
字符串运算符
文件测试运算符

数学运算符

数学运算符	说明
+	加法
-	减法
*	乘法
/	除法
%	取余
=	赋值
==	相等测试，相等则返回true
!=	不相等测试，不相等则返回true

注意： 乘号*前边必须加反斜杠 \ 才能实现乘法运算

关系运算符

关系运算符只支持数字，不支持字符串，除非字符串的值是数字

关系运算符	说明
-eq	(equal) 检测两个数是否相等，相等则返回 true
-ne	(not equal）检测两个数是否相等，不相等则返回 true
-gt	(greater than）检测左边的数是否大于右边的，如果是，则返回 true
-lt	(lower than) 检测左边的数是否小于右边的，如果是，则返回 true
-ge	(greater equal）检测左边的数是否大于等于右边的，如果是，则返回 true
-le	(lower equal) 检测左边的数是否小于等于右边的，如果是，则返回 true

布尔运算符

布尔运算符	说明
-a	与运算，两个表达式都为 true 才返回 true
-o	或运算，有一个表达式为 true 则返回 true
!	非运算，表达式为 true 则返回 false，否则返回 true

逻辑运算符

逻辑运算符	说明
&&	逻辑与
II	逻辑或

字符串运算符

字符串运算符	说明	举例 (a="abc" b="def")
=	检测两个字符串是否相等，相等返回 true	[ $a = $b ] 返回 false
!=	检测两个字符串是否相等，不相等返回 true	[ $a != $b ] 返回 true
-z	检测字符串长度是否为0，为0返回 true	[ -z $a ] 返回 false
-n	检测字符串长度是否为0，不为0返回 true	[ -n $a ] 返回 true
str_name	检测字符串是否为空，不为空返回 true	[ $a ] 返回 true

文件测试运算符

文件测试运算符用于检测 Unix 文件的各种属性

文件测试运算符	说明
-b file	检测文件是否是块设备文件，如果是，则返回 true
-c file	检测文件是否是字符设备文件，如果是，则返回 true
-d file	检测文件是否是目录，如果是，则返回 true
-f file	检测文件是否是普通文件（既不是目录，也不是设备文件），如果是，则返回 true
-g file	检测文件是否设置了 SGID 位，如果是，则返回 true
-k file	检测文件是否设置了粘着位(Sticky Bit)，如果是，则返回 true
-p fill	检测文件是否是命名管道，如果是，则返回 true
-u file	检测文件是否设置了 SUID 位，如果是，则返回 true
-r file	检测文件是否可读，如果是，则返回 true
-w file	检测文件是否可写，如果是，则返回 true
-x file	检测文件是否可执行，如果是，则返回 true
-s file	检测文件是否为空（文件大小是否大于0），不为空返回 true
-e file	检测文件（包括目录）是否存在，如果是，则返回 true

Bash的控制流

条件语句

if语句

if [ condition ]
then
    command
fi

if-else

if [ condition ]
then
    command
else
    command
fi

if-elif-else

if [ condition1 ]
then
    command1
elif [ condition2 ]
    command2
else
    commandN
fi

注意：
勿忘最后的fi（if的反向拼写）!

case语句

case "${var}" in
    "$condition1" )
        command1
    ;;

    "$condition2" )
        command2
    ;;

    * )  # 这里相当于C中case语句的default 
esac

注意：

对变量使用""并不是强制的，因为不会发生单词分离;
每句测试行,都以右小括号)结尾;
每个条件块都以两个分号;;结尾（作用类似C中的break）;
case 块的结束以 esac(case 的反向拼写)结尾.

循环语句

for语句

for var in item1 item2 ... itemN
do
    command1
    command2
    ...
    commandN
done

注意：
在循环的每次执行中，var将顺序的存取 list （i.e. item1 ... itemN）中列出的变量。

C风格的for循环:

for (( EXP1; EXP2; EXP3 ))
do
    command1
    command2
    command3
done

注意: (())中对变量的引用可以不加$

while语句

while [ condition ]
do
    command
done

C风格的while循环:

while (( condition ))
do
    command
done

注意: (())中对变量的引用同样可以不加$

until语句

until [ condition-is-true ]
do
    command
done

注意：
util结构在循环的顶部判断条件,并且如果条件一直为 false 那就一直循环下去，直到条件为真才结束循环(与 while 相反)。

Bash支持的编程模型

Bash只支持过程式的编程模型，不支持面向对象和函数式等高级编程模型，更不支持对高级设计模式的实现。所以，如果要实现比较复杂的功能，还是使用Perl、Python或者Ruby等高级语言吧。

Bash的传参机制

shell通过位置参数（positional parameters）来给脚本文件传递参数，就是从命令行中传进来的参数,$0, $1, $2, $3... 其中：

$0 是该脚本文件的名字
$1 是第一个参数, $2 是第 2 个参数...

注意：

$9 以后就需要大括号了,如 ${10}, ${11}, ${12}...

另外，还有几个特殊字符用来处理参数：

参数处理	说明
$#	传递到脚本的参数个数
$*	以一个单字符串显示所有向脚本传递的参数。
$@	与$*相同，但是使用时加引号，并在引号中返回每个参数。
$$	脚本运行的当前进程ID号
$!	后台运行的最后一个进程的ID号
$-	显示Shell使用的当前选项，与set命令功能相同
$?	显示最后命令的退出状态。0表示没有错误，其他任何值表明有错误。

$* 与 $@ 区别:

相同点：都表示引用所有的位置参数;
不同点：只有在双引号中体现出来。假设在脚本运行时写了三个参数 1、2、3，，则 " * " 等价于 "1 2 3"（传递了一个参数），而 "@" 等价于 "1" "2" "3"（传递了三个参数）。

Bash函数

函数的定义

function func_name()
{
    # 函数体
}

注意：

关键字function是可选的;
函数定义必须在第一次调用前完成，shell没有像 C 中的函数“声明”;
在一个函数内嵌套另一个函数也是可以的，但是不常用.

函数的参数传递

函数以位置来引用传递过来的参数(就好像他们是位置参数一样), 例如$1, $2, ...

函数的调用

函数被调用或被触发, 只需要简单地用函数名来调用，有参数的话将参数依次置于函数名之后。

无参函数的调用

function func1()
{
    echo "Hello World!"
    echo "This is func1"
}

# Calling func1
func1

输出：

Hello World!
This is func1

有参函数的调用

function func2()
{
    echo "This is func2"
    
    a=$1
    b=$2
    echo "a is : $a"
    echo "b is : $b"
}

# Calling func2,and pass two parameters
func2 "aaa" "bbb"

输出：

This is func2
a is : aaa
b is : bbb

函数中参数的作用域

在函数调用之前，所有在函数内声明且没有明确声明为 local 的变量都可在函数体外可见（默认为全局变量）。

如果变量用local 来声明,那么它只能在该变量声明的代码块中可见。这个代码块就是局部"范围"。在一个函数内,局部变量意味着只能在函数代码块内它才有意义。

  1 #!/bin/bash
  2
  3 func()
  4 {
  5     global_var="I am global_var difined in function func."
  6     echo $global_var
  7
  8     local loc_var="I am local_var defined in function func"
  9     echo $loc_var
 10 }
 11
 12 func
 13 echo
 14 echo $global_var
 15 echo $loc_var
 16
 17 exit

输出：

I am global_var difined in function func.
I am local_var defined in function func

I am global_var difined in function func.

Bash数组

Bash 只支持一维数组，用圆括号()来表示，数组元素之间用"空格"符号来分割（不同于C、C++、Java等语言中用逗号分割）。

数组的定义与初始化

初始化时不需要指定数组的大小。和其它大部分语言一样，bash数组元素的下标从0开始。

初始化方式1：直接初始化

arr_name=(value1 value2 ... valueN)

初始化方式2: 用下标初始化

arr_name[0]=value1
arr_name[1]=value2
arr_name[223]=value3 # 不连续初始化

注意：

数组成员不必一定要连续，空缺元素是允许的;
数组的一部分成员允许不被初始化, 没有被初始化的元素将打印空(NULL)值;

访问数组元素

访问数组元素的一般格式：

${arr_name[index]}

遍历数组

使用* 或@ 可以获取数组中的所有元素
实例：

my_arr=(A B C "ddd")

# 遍历数组格式1
echo "my_arr: ${my_arr[*]}

# 遍历数组格式2
echo "my_arr: ${my_arr[@]}

输出：

my_arr: A B C ddd
my_arr: A B C ddd

获取数组长度

获取数组长度（即数组中的元素个数），和遍历数组语法很相似，只是在数组名前加了#符号，格式：

${#arr_name[*]}

或者

${#my_arr[@]}

实例：

# 获取数组my_arr的长度（元素个数）
echo "my_arr length: ${#my_arr[*]}

# 获取数组my_arr的长度,
echo "my_arr length: ${#my_arr[@]}

输出：

my_arr length: 4
my_arr length: 4

Bash字符串操作

在Bash中，字符串可以用单引号，也可以用双引号，也可以不用引号。单双引号的区别如前文所述。
定义字符串实例：

str1=hello
str2='hello'
str3="hello"

echo $str1
echo $str2
echo $str3

输出：

hello
hello
hello

获取字符串长度

格式：

${#string_name}

实例：

my_str="hello world"
echo "my_str length: ${#my_str}

输出：

my_str length: 11

字符串拼接

和Java Python等语言类似，bash允许直接将字符串拼接在一起以获得新的字符串。
实例：

str1="hello"
str2="world"

str3=${str1}" "${str2}
echo ${str3}

输出：

hello world

提取子串

表达式	含义
${string:position}	在string中, 从位置position开始提取子串
${string:position:length}	在string中, 从位置position开始提取长度为length的子串

实例1：从位置1开始提取子串

str="hello world"

sub_str=${str:1}
echo "sub_str: ${sub_str}"

输出：

sub_str: ello world

实例2：从位置1开始提取长度为3的子串

str="hello world"

sub_str=${str:1:3}
echo "sub_str: ${sub_str}"

输出：

sub_str: ell

删除子串

表达式	含义
${string#substring}	从string的开头, 删除最短匹配substring的子串
${string##substring}	从string的开头, 删除最长匹配substring的子串
${string%substring}	从string的结尾, 删除最短匹配substring的子串
${string%%substring}	从string的结尾, 删除最长匹配substring的子串

记忆：

#表示从头匹配，%表示从尾匹配
一个符号（#或者%）表示最短匹配，两个符号（##或者%%）表示最长匹配

注意：substring可以是正则表达式。

实例：

str="abcabcdefabcabc"

# 从str的开头,删除最短匹配的以a开头c结尾的子串
# 将删除最左端的abc
# 输出：abcdefabcabc
echo "${str#a*c}"  

# 从str的开头,删除最长匹配以a开头b结尾的子串
# 将删除abcabcdefabcab
# 输出：c
echo "${str##a*b}" 

# 从str的结尾,删除最短匹配以a开头c结尾的子串
# 将删除最右端的abc
# 输出：abcabcdefabc
echo "${str%a*c}"  

# 从str的结尾,删除最长匹配以a开头c结尾的子串
# 将删除整个字符串
# 输出：空
echo "${str%%a*b}"

替换子串

表达式	含义
${string/substring/replacement}	使用$replacement 来代替第一个匹配的$substring
${string//substring/replacement}	使用$replacement 代替所有匹配的$substring
${string/#substring/replacement}	如果$string的前缀匹配$substring, 那么就用$replacement来代替匹配到的$substring
${string/%substring/replacement}	如果$string的后缀匹配$substring, 那么就用$replacement来代替匹配到的$substring

实例：

str="abcdefabc"

# 用hello替换第一个abc
echo ${str/"abc"/"hello"}    # 输出：hellodefabc

# 用hello替换第一个abc
echo ${str//"abc"/"hello"}   # 输出：hellodefhello

# 前缀匹配替换
echo ${str/#"abc"/"world"}   # 输出：worlddefabc

# 后缀匹配替换
echo ${str/％"abc"/"world"}   # 输出：abcdefworld

References

Advanced Bash-Scripting Guide
这本书内容翔实，实例丰富，既可做精钻细研的教材，又可作为手册时时查阅，真是居家旅行必备良品;-)

另外，感兴趣的同学也可翻阅《Linux Shell Scripting Cookbook》(中文译名《Linux Shell脚本攻略》)，里面介绍了很多Shell编程的奇技淫巧，甚是有用有趣。

推荐一个可以在线使用Linux环境的地方，如果需要Linux实验环境又不想搭虚拟机的话可以试试这里：实验楼

实验楼

Bash Shell编程入门

Shell是什么？

Shell语言的流派

一个极简的bash demo: hello_world.sh

Bash中的变量

变量的定义与赋值

变量的引用

只读变量

删除变量

变量的类型

变量的作用域

Bash中的运算符

数学运算符

关系运算符

布尔运算符

逻辑运算符

字符串运算符

文件测试运算符

Bash的控制流

条件语句

if语句

case语句

循环语句

for语句

while语句

until语句

Bash支持的编程模型

Bash的传参机制

Bash函数

函数的定义

函数的参数传递

函数的调用

无参函数的调用

有参函数的调用

函数中参数的作用域

Bash数组

数组的定义与初始化

初始化方式1：直接初始化

初始化方式2: 用下标初始化

访问数组元素

遍历数组

获取数组长度

Bash字符串操作

获取字符串长度

字符串拼接

提取子串

删除子串

替换子串

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