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

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

布尔运算符

逻辑运算符

字符串运算符

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

Bash的控制流

条件语句

if语句

• if

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：

$* 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

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

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

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。

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