Shell与脚本

shell是Linux操作系统的用户接口，我们经常需要编写脚本让操作系统自动执行一系列指令的需求，本文将简单介绍开发shell脚本的所需的语言特性。

shell脚本是指令序列，其指令可以直接在终端中执行。同样地，终端中的指令也可以写到脚本中。

脚本文件通常以.sh作为后缀名，第一行以#!开头指定执行脚本的程序：

#!/usr/bin/bash

以#!开头的第一行被称为Hashbang或Shebang。 而#是shell脚本中的行注释符。

通常有三种执行脚本的方式：

• sh start.sh: 在终端中创建一个sh子进程执行脚本， 执行者需要拥有脚本的读权限。
  
  该方式实际上是将脚本路径作为参数传递给了sh命令。
• source start.sh: 在终端中执行脚本，相当于将脚本中的指令逐条复制到终端执行。
  
  脚本中局部变量将保留在终端环境变量中， 脚本的pid和工作目录等环境也与终端一致。
• ./start.sh： 根据HashBang指定的程序，在子进程中执行脚本。

sh命令有一些有用的选项帮助我们开发和调试脚本：

• sh -n start.sh：对脚本进行语法检查， 不实际执行脚本
• sh -x start.sh: 把将要执行的命令输出到stderr便于进行调试

变量

shell中变量是弱类型的， 变量名只能包含字母、数字或下划线"_"，首字符只能为字母。

shell主要面向文本处理而非数据计算，因此变量默认类型为字符串型。

A=abc
echo $A

变量在使用前无需声明，在为变量赋值时=左右不能添加空格。

A = abc会被shell解释为执行指令A，参数为=和abc。

$为变量标志符， echo $A指令将显示变量A的内容abc, 为了明确指定变量名也可以写作${A}。

A=a
AB=ab
echo ${A}B

$(cmd)可以把命令的输出作为返回值， 如：

PWD=$(pwd)

变量$PWD存储了当前的工作目录路径。

在shell中可以直接书写字符串，但仍建议用单引号或双引号标识字符串。

在单引号标识的字符串中$不被作为变量标识符， 而双引号则会将$替换为变量内容。

A="abc"
echo '$A' # $A
echo "$A" # abc

字符串拼接不需要任何运算符，只需要将它们写在一起即可：

A="abc"
B="123"
echo "$A+$B"  # abc+123
echo "$A$B"  # abc123
echo "$Adef"  # abcdef

全局变量

变量按照作用域可以分为局部变量和全局变量，上文示例中定义的变量都是局部变量， 作用域仅限执行脚本的进程。

子进程可以继承父进程的全局变量，export指令用于定义全局变量：

export A=abc

整型变量

shell仅支持整型计算， declare命令可以声明整型变量，let指令用于算术运算：

declare -i a=1
let a=a+1
echo $a  # 2
let a+=1
echo $a  # 3

let指令支持算术运算符包括：

• +：加法
• -： 减法
• *： 乘法
• /： 除法
• **： 乘方
• %： 取余

let指令也支持算术运算符对应的算术赋值运算符，如+=。

数组

bash中可以使用圆括号定义数组，元素之间用空格分割，数组下标从1开始：

arr=(1 'a' "abc")
echo ${arr[1]}

也可以直接使用下标定义数组：

arr2[1]=1
arr2[2]=2

该方法同样可以用于修改已存在的数组。

特殊变量

shell中预定义了一些特殊变量，通过这些变量可以获得环境信息：

• $$: 执行脚本的进程ID(pid)
• $?: 上一条命令的返回值
• $!: 上一条后台指令的执行进程的ID

上述变量在交互式终端中同样有效。

还有一些变量可以获得执行脚本时传入的参数：

• $0: 脚本的文件名
• $1~$n: 传给脚本的第n个参数
• $#: 传入参数的个数
• $@: 参数列表
• $*: 单个字符串形式的参数列表

流程控制

if

declare -i a=90
if [ $a -gt 80 ]; then
    echo "A"
elif [ $a -lt 60 ]; then
    echo "C"
else
    echo "D"
fi

结束标志fi即是if反写， 我们还将在其它地方遇到bash的这种命名风格。

注意，[]旁边的空格不可省略。

-lt, -gt用于进行整型的大小比较:

• -eq: 等于(equal)
• -ne: 不等于(not equal)
• -gt: 大于(greater)
• -ge: 大于等于(greater-equal)
• -lt: 小于(less)
• -le: 小于等于(less-equal)

进行复合逻辑判断也很简单：

if [ $a -gt 60 -a ( ! $a -gt 90 -o $a eq 91 ) ]; then
    echo "make no sense"
fi

• !: 非
• -a: 且and
• -o: 或-o

逻辑运算遵循短路计算原则。

<, >等运算符在[]中只能用于字符串的比较, 而在[[]]中<, >可以用于整型和字符串的大小比较， 也可以使用&&和||来书写逻辑表达式。

if的条件判断不一定使用[]或[[]]表达式，它可以是任何一个命令。命令的返回值为0则if判断为真， 非0判断为假。

[]和[[]]转义表达式也可以像普通指令一样执行，判断为真则返回0，假则返回非0值。

[ 2 -gt 1 -a 3 -lt 4 ] && echo 'ok'

除此之外，if还可以进行更多种类的条件判断：

判断字符串相等

if [ ${NAME} = 'tmp' ]; then
    echo "name is tmp"
fi

判断文件是否存在

if [ -e tmp ]; then
    echo "tmp exists"
fi

判断tmp是否存在，tmp可以是目录或文件。

判断是否为普通文件

if [ -f tmp ]; then
    echo "file tmp exists"
fi

判断tmp是否为文件，tmp不能是目录。

判断是否为目录

if [ -d tmp ]; then
    echo "directory tmp exists"
fi

判断是否具有执行权限

if [ -x tmp ]; then
    echo "tmp is executable"
fi

不判断文件是否可执行，只判断是否拥有x权限。 因此，tmp为有x权限的目录时也会判断为真。

类似的还有，-w判断是否拥有写入权限， -r判断是否拥有读取权限。

判断是否为空文件

if [ -s tmp ]; then
    echo "file is not empty"
fi

case

case类似于其它语言中的switch语句：

case ${NAME} in
    'a')
        echo "name is a"
        ;;
    'b')
        echo "name is b"
        ;;
    *)
        echo "other names"
        ;;
esac

从第一个匹配的标签开始执行, 两个标签之间必须有;;，*)是其它标签都不匹配时的默认标签。

for

for循环可以遍历一个序列:

for i in $(seq 1 10); do
    echo $i
done
# echo: 1 2 3 ... 10

一些命令的输出也可以作为序列：

for i in $(ls); do
  echo $i
done

遍历所有参数：

for arg in "$@"; do
    echo $arg
done

另一种形式的for循环：

for (( i=0; i<100; i++)); do
    echo $i
done

while

declare -i i=0
while [ $i -lt 10 ]; do
    echo $i
    i=$i+1
done

while(true)这样的死循环也很容易：

declare -i i=0
while ; do
    echo $i
    [ ! $i -lt 10 ] && break
    i=$i+1
done

函数

shell提供了定义函数的功能， 函数就像是脚本中的子脚本：

range() {
    for (( i=0; i<${1}; i++)); do
        echo $i
    done
    return ${1}
}

range 100

函数同样使用位置参数$1~$n来访问参数，$0为函数的名称， $@, $#等变量的含义不变。

进程间通信

管道

管道用于将上一条指令的输出作为下一条指令的输入:

ls | grep ".zip"

xargs

有一些指令不支持使用管道传递参数，因此需要xargs命令

find ~ | xargs ls

xargs会以空格为分隔符将输入分隔为参数，然后将参数传给ls。

重定向

重定向用于将命令的输入输出从标准流重定向到文件。标准流包括：

• stdin: 标准输入流，文件描述符为0
• stdout: 标准输出流，文件描述符1
• stderr: 标准错误流，文件描述符2

输出到文件，覆盖原有内容：

echo "hello" > 1.txt

输出到文件， 追加到文件尾：

echo "hello" >> 1.txt

从文件输入：

wc -l < 1.txt

重定向标准错误输出流：

cmd 2> 2.txt

将标准错误输出追加到文件：

cmd 2>> 2.txt

将标准错误和标准输出一同重定向到文件：

cmd > 1.log 2>&1

2>&1是将stderr重定向到stdout。

后台执行

shell可以执行一行指令后立即返回, 返回后可以通过$?变量获得执行进程的ID:

$ sleep 10 &
[1] 79403
$ echo $!
79403