概述

Shell 是一種腳本語言，那么，就必須有解釋器來執(zhí)行這些腳本，常見的腳本解釋器有：

• bash：是 Linux 標準默認的 shell。bash 由 Brian Fox 和 Chet Ramey 共同完成，是 BourneAgain Shell 的縮寫，內(nèi)部命令一共有 40 個。

• sh ：由 Steve Bourne 開發(fā)，是 Bourne Shell 的縮寫，sh 是 Unix 標準默認的 shell。

另外還有：ash、 csh、 ksh 等。我們可以在終端通過以下命令來查看當前系統(tǒng)支持哪些 shell 類型：

cat /etc/shells

比如我的系統(tǒng)是 Mac OS，那么結(jié)果顯示如下：

MoosdeMacBook-Pro:Desktop moos$ 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

Shell 經(jīng)過了 POSIX 的標準化，使其可以在不同的 Linux 系統(tǒng)上進行移植，它屬于解釋性語言。本文關(guān)注的是 bash，也就是 Bourne Again Shell，由于易用和免費，Bash 在日常工作中被廣泛使用。同時，Bash 也是大多數(shù)Linux 系統(tǒng)默認的 Shell。Shell 的運行模式大概分為兩種：

• 交互式：在終端直接輸入命令進行執(zhí)行，并等待執(zhí)行完畢后再去執(zhí)行下一條命令。

• 非交互式：以非交互式方式執(zhí)行的shell就是運行過程中不需要與用戶輸入輸出打交道的shell。其實就是命令的集合，將命令集合直接放在一個腳本文件中，然后由 Bash Shell 讀取并執(zhí)行。一般情況下運維人員會把需要處理的命令邏輯寫入腳本文件中，一次執(zhí)行即可。也就是實現(xiàn)了 Linux 的自動化運維，效率也更高。

本文中講解的 Shell 腳本都是基于非交互式，這樣更容易對某一具體腳本功能做集中化管理。

第一個 Shell 腳本

按照舊例，我們先從一個 Hello world 開始，首先創(chuàng)建一個 sh 格式的文件 hello_world.sh ：

touch hello_world.sh

接著打開該文件，并加入如下 code：

#!/bin/bash
# first shell 
echo "Hello, world!"

程序很簡單，一共就三行，第二行是注釋。#! 是一種約定的標記，表示該腳本應該通過什么類型的解釋器來執(zhí)行，可以看到，我們這里使用的是 bash 類型解釋器。那么我們的第一個腳本編寫好了，應該如何執(zhí)行呢？其實很簡單，只需要在終端執(zhí)行下面命令：

MoosdeMacBook-Pro:Desktop moos$ chmod +x hello_world.sh 
MoosdeMacBook-Pro:Desktop moos$ ./hello_world.sh 
Hello, world!
MoosdeMacBook-Pro:Desktop moos$ 

chmod +x 命令是為了讓 hello_world.sh 擁有可執(zhí)行權(quán)限，接著通過 ./hello_world.sh 就可以成功執(zhí)行我們的第一個腳本啦，可以看到終端的確打印出了預期的提示。echo 命令是 Shell 的一個內(nèi)部指令，用于在屏幕上打印出指定的字符串。除此以外還有 printf 命令，可以實現(xiàn)更加強大的格式化輸出操作，它們的用法將在后面介紹。

和大多數(shù)語言一樣，Shell 也擁有完整的語法結(jié)構(gòu)，例如變量、函數(shù)、表達式、運算符、語句塊等等，其中很多規(guī)則和主流語言類似，但作為腳本語言，它也擁有一些特殊的技能，我們下面一起來了解一下。

Shell 中的變量

為了方便，我們通過下面這個例子來看一下如何定義變量：

#!/bin/bash
player_name='Moosphon'
player_country="China"
player_score=96
echo $player_name
echo ${player_country}
player_name=Jack
echo "${player_name}'s score is ${player_score}"

在終端執(zhí)行上述腳本的結(jié)果如下所示：

MoosdeMacBook-Pro:Desktop moos$ ./hello_world.sh 
Moosphon
China
Jack's score is 96

我們在定義變量的時候不需要為其指定具體的數(shù)據(jù)類型，常見的數(shù)據(jù)類型有整型、字符串和數(shù)組。關(guān)于變量的定義，需要注意的是，變量名和等號之間不能有空格，這可能和你熟悉的所有編程語言都不一樣。同時，變量的命名須遵循如下規(guī)則：

• 命名只能使用英文字母，數(shù)字和下劃線，首個字符不能以數(shù)字開頭
• 變量名中間不能有空格，可以使用下劃線
• 不能使用標點符號
• 不能使用bash里的關(guān)鍵字（可用 help 命令查看保留關(guān)鍵字）

當然，除了這些基本操作以外，Shell 還支持通過 Linux 語句來給變量賦值：

for file in `ls /Users/xx/Desktop`
或
for file in $(ls /Users/xx/Desktop)

顧名思義，以上是遍歷桌面目錄下的所有文件。另外，我們可以在 shell 中定義只讀變量，即有點類似于 Java 中的 final 類型變量，一旦賦值以后就不能被修改其值：

#!/bin/bash
myName="Jack"
readonly myName
myName="Tom"
#會報錯：/bin/sh: NAME: This variable is read only.

字符串

字符串類型應該是最常用到的數(shù)據(jù)類型了，它可以通過單引號，雙引號，甚至不用引號來定義，上方的例子中已經(jīng)給出示例。單引號只能原樣輸出字符串，比較局限，而雙引號支持格式化操作，例如添加轉(zhuǎn)義符。也支持占位操作，即上面例子中在字符串中穿插具體變量，雖然是可以直接通過 $paramName 的方式來使用，但會引起歧義，推薦使用 ${paramName} 的方式。這里再來針對字符串幾個常見的功能需求來看一下 Shell 中該如何實：

• 獲取字符串長度

  我們可以通過以下語句來獲取字符串的長度：

  word="friend"
  echo ${#friend} 
  #輸出結(jié)果為：6
  

• 字符串提取

  字符串的提取也很簡單：

  welcome_words="Hello everyone, welcome to my kingdom!"
  echo ${welcome_words:6:8}
  #輸出結(jié)果為：everyone
  

  其中，第一個冒號后面的數(shù)字是初始位置，而第二個冒號后的數(shù)字則是要截取的長度。

• 獲取子字符串位置

  獲取字符串中某個字符的位置需要借助于 expr 命令來求表達式的值：

  welcome_words="Hello everyone, welcome to my kingdom!"
  echo ${welcome_words:6:8}
  echo `expr index "$welcome_words" e`
  #輸出結(jié)果為：1
  

數(shù)組

Shell 中同樣擁有數(shù)組類型，bash 支持一維數(shù)組（不支持多維數(shù)組），并且沒有限定數(shù)組的大小。與其他主流語言類似，數(shù)組元素的下標由 0 開始編號，獲取數(shù)組中的元素要利用下標，下標可以是整數(shù)或算術(shù)表達式，其值應大于或等于 0。我們可以通過如下方式來定義和使用數(shù)組：

#!/bin/bash
player_array=(Jack Tom Bob Lucy)
#or
player_array[0]=Jack
player_array[1]=Tom
player_array[2]=Bob
player_array[3]=Lucy

echo "the first player is ${player_array[0]}"
#結(jié)果：the first player is Jack
echo "All players: ${player_array[@]}"
#結(jié)果：All players：Jack Tom Bob Lucy
echo "We have ${#player_array[@]} players"
#or
echo "We have ${#player_array[*]} players"
#結(jié)果：We have 4 players

定義數(shù)組和其他語言類似，可以通過括號聲明一個元素集合，并在內(nèi)部定義元素，也可以通過指定數(shù)組下標值的形式來定義數(shù)組。值得注意的是，我們可以直接通過 array[@] 來獲取所有元素，并可以通過 ${#array[]@} 或者 ${#array[*]} 來獲取數(shù)組大小。

變量類型

運行 shell 時，會同時存在如下三種變量：

• 局部變量

  局部變量在腳本或命令中定義，僅在當前 shell 實例中有效，其他 shell 啟動的程序不能訪問局部變量。

• 環(huán)境變量

  所有的程序，包括 shell 啟動的程序，都能訪問環(huán)境變量，有些程序需要環(huán)境變量來保證其正常運行。必要的時候 shell 腳本也可以定義環(huán)境變量。

• shell 變量

  shell 變量是由 shell 程序設置的特殊變量。shell 變量中有一部分是環(huán)境變量，有一部分是局部變量，這些變量保證了 shell 的正常運行

本文之前的示例中一直都在使用局部變量，環(huán)境變量部分涉及到內(nèi)容還比較多，本文篇幅有限，后續(xù)會專門針對環(huán)境變量來發(fā)文一篇，詳細介紹環(huán)境變量的分類以及如何查看和配置。

Shell 的參數(shù)傳遞

如果參數(shù)只能控制在腳本代碼內(nèi)部，那么它就失去了靈活性，因此，Shell 提供了參數(shù)傳遞功能，可以讓我們在執(zhí)行腳本時傳入?yún)?shù)，就像給一個函數(shù)傳參一樣。我們先來看下面這個簡單示例：

#!/bin/bash
echo "輸入的玩家昵稱: $1"
echo "輸入的玩家分數(shù): $2"
echo "玩家信息的種類: $#"
echo "玩家信息: $*"

通過以下命令格式來執(zhí)行：

?  Desktop ./hello_world.sh Jack 100
輸入的玩家昵稱: Jack
輸入的玩家分數(shù): 100
玩家信息的種類: 2
玩家信息: Jack 100

我們通過 $1...$n 來表示用戶輸入的第幾個參數(shù)變量，可以看到我們在終端輸入了兩個參數(shù)，$1 代表我們輸入的第一個參數(shù) Jack，而 $2 則代表輸入的第二個參數(shù)值 100。除此以外，Shell 還提供了其他特殊字符來處理參數(shù)：

參數(shù)格式	說明
$#	傳遞到腳本的參數(shù)個數(shù)
$*	以一個單字符串顯示所有向腳本傳遞的參數(shù)。 如 $*用引號括起來的情況、以"2 … $n"的形式輸出所有參數(shù)。
$$	腳本運行的當前進程ID號
$!	后臺運行的最后一個進程的ID號
$@	與 $* 相同，但是使用時加引號，并在引號中返回每個參數(shù)。 如 $@ 用 " 括起來的情況、以"2" … "$n" 的形式輸出所有參數(shù)。
$-	顯示 Shell 當前使用的選項，與 set 命令功能相同。
$?	顯示最后命令的退出狀態(tài)。0 表示沒有錯誤，其他任何值表明有錯誤。

Shell 中的運算符

與其他編程語言類似，Shell 中也提供了很多豐富的運算符，下面我們來一起認識一下。

算數(shù)運算符

原生 bash 雖然沒有提供算數(shù)運算功能，但可以通過其他命令來實現(xiàn)，常見的有 awk 和 expr，一般我們都使用 expr 就可以。舉個例子，我們可以通過下面語句實現(xiàn)加法運算：

#!/bin/bash
math_score=94
english_score=90
sum_score=`expr $math_score + $english_score`
echo "學生數(shù)學成績: ${math_score}"
echo "學生英語成績: ${english_score}"
echo "學生總分為: ${sum_score}"

我們需要注意兩點：

1. 運算符和表達式之間要留有空格，否則會出錯
2. 運算表達式需要被反引號 ``` `` 包裹

下面列舉一下常見的算數(shù)運算符，并給出用法示例：

關(guān)系運算符

關(guān)系運算符只支持數(shù)字，不支持字符串，除非字符串的值是數(shù)字。下表列出了常用的關(guān)系運算符，假設變量 a 為 6，變量 b 為 8：

布爾運算符

下表列出了常用的布爾運算符，假定變量 a 為 1，變量 b 為 2：

邏輯運算符

下面看一下 Shell 的邏輯運算符，我們假設變量 a 為 1，變量 b 為 2:

字符串運算符

下表列出了常用的字符串運算符，我們假設變量 a 為 "Jack"，變量 b 為 "Tom"：

文件測試運算符

文件測試運算符用于檢測 Unix 文件的各種屬性。常見的屬性檢測能力如下：

值得一提的是，Shell 里面的中括號 ( 即 [] ) 可用于一些條件的測試，上述的運算符一節(jié)已經(jīng)看到它出現(xiàn)了很多次，可以用來做算術(shù)比較、字符串比較、文件屬性的邏輯判斷等等，后續(xù)我們編寫腳本過程中會經(jīng)常和它打交道。判斷條件如果太多可能容易出錯，這時候我們可以通過 test 命令來代替執(zhí)行條件檢測，如：

if [ $var -eq 0 ]; then echo "True"; fi
# 上下等價
if test $var -eq 0; then echo "True"; fi

流程控制語句作為編程語言中至關(guān)重要的組成部分，Shell 自然也具備豐富的流程控制語句。思想都是殊途同歸，只不過寫法上有所差異，需要我們多練習和熟悉。下面我們著重介紹一下其中的條件語句和循環(huán)語句。

Shell 中的條件語句

if - else 語句

bash 中的 if-else 語句寫法比較特別，我們先從下面這個簡單的例子看起：

#!/bin/bash
math_score=94
english_score=90
sum_score=`expr $math_score + $english_score`
# if else
if [ $math_score == 100 ]; then
    echo "perfect score!"
elif [ $math_score -gt 90] && [ $math_score -lt 100 ]; then
    echo "good job!"
else
    echo "normal score"
fi

可以看到，我們需要在 if 語句中額外添加 then 關(guān)鍵字，接著另起一行執(zhí)行當前條件下的邏輯；另外，elif 關(guān)鍵字就比較好理解了，即常見的 else-if，需要注意的是，我們需要在 if-else 語句最后添加限定符 fi 來表示當前條件語句的結(jié)束。此外，上述的腳本程序也可以寫成如下格式：

#!/bin/bash
math_score=94
english_score=90
sum_score=`expr $math_score + $english_score`
# if else
if [ $math_score == 100 ] 
then
    echo "perfect score!"
elif [ $math_score -gt 90] && [ $math_score -lt 100 ]
then
    echo "good job!"
else
    echo "normal score"
fi

case 語句

Shell 中的 case 語句可以簡單理解為其他語言中的 switch-case 語句，即多選擇語句，適用于選擇場景較多的情況。下面，我們先看一個簡單示例：

#!/bin/bash
echo '請輸入你的數(shù)學考試成績:'
read score
case $score in
    99|100) echo '太棒了！'
    ;;
    9[0-8])  echo '很優(yōu)秀！'
    ;;
    [6-8][0-9])  echo '表現(xiàn)的還可以！'
    ;;
    *)  echo '下次要努力！'
    ;;
esac

從上述示例可以看到，我們 case 語句與其他語言中的寫法也不太一樣，這里可以做出以下簡單總結(jié)：

• case $參數(shù) in 是標準寫法格式，每一個條件后需要以 ) 右括號來跟隨，固定格式，可以聯(lián)想記憶為 Java 當中的冒號。
• 我們可以使用固定值來作為匹配項，也可以使用 | 來分隔多個需要執(zhí)行相同邏輯的條件，或者用正則表達式來匹配。
• 每一個條件邏輯處理完要換行緊跟 ;;，可以理解為 Java 當中的 break。
• 至于最后的 *) 格式類似于 Java 中的 default 關(guān)鍵字功能。
• 最終也需要添加 esac 關(guān)鍵字來表示語句的結(jié)束。
• 順帶一提，這里開頭的 read 命令用來獲取終端用戶的輸入內(nèi)容，并傳遞給 score 變量。

Shell 中的循環(huán)語句

Shell 中同樣支持各種循環(huán)操作，常見的有for、while、until 等，下面我們來具體看一下它們的用法。

for 循環(huán)

Shell 中 for 循環(huán)比較簡單，示例如下：

#!/bin/bash
score_array=(89 78 99 72 100)
for score in ${score_array[@]}
do
    echo "學生的成績依次是: ${score}"
done
#or
for score in 89 78 99 72 100
do
    echo "學生的成績依次是: ${score}"
done

可以看到上面是兩種方式的 for 循環(huán)，比較簡單，就不細說了。

while 循環(huán)

關(guān)于 while 循環(huán)的示例如下：

#!/bin/bash
number=1
while [ $number -le 8 ]
do
    echo "當前數(shù)字: ${number}"
    let "number++"
done

上述程序用來輸出小于等于 8 的數(shù)字，輸出結(jié)果如下：

當前數(shù)字: 1
當前數(shù)字: 2
當前數(shù)字: 3
當前數(shù)字: 4
當前數(shù)字: 5
當前數(shù)字: 6
當前數(shù)字: 7
當前數(shù)字: 8

let 命令用于執(zhí)行表達式，表達式中不需要 $ 符號來修飾變量。當然，提到 while 就不得不說一下比較常用的無限循環(huán)了，其實很簡單：

#!/bin/bash
while :
do
    echo '德瑪西亞，永世長存'
done
#or
while true; do
    echo '德瑪西亞，永世長存'
done

until 循環(huán)

until 與 while 正好相反，它是在條件為 false 時繼續(xù)執(zhí)行，直到 true 時停止循環(huán)，我們將上面的用 while 循環(huán)實現(xiàn)的輸出 1-8 數(shù)字的例子用 until 實現(xiàn)一下：

#!/bin/bash
number=1
until [[ $number -gt 8 ]]; do
    echo "當前數(shù)字: ${number}"
    let "number++"
done

Shell 中的函數(shù)

函數(shù)與命令的執(zhí)行結(jié)果可以作為條件語句使用。要注意的是，和 C 語言不同，shell 語言中 0 代表 true，0 以外的值代表 false。針對函數(shù)，我們舉個簡單的示例：

#!/bin/bash
function calculateTotalScore() {
    total_score=0
    score_chinese=$1
    score_math=$2
    score_english=$3
    total_score=`expr ${score_chinese} + ${score_math} + ${score_english}`
    echo "這位學生的總分為: $total_score"
}

calculateTotalScore 92 100 89
#執(zhí)行結(jié)果：這位學生的總分為: 281

函數(shù)的傳參我們通過 $n 來獲取，最終執(zhí)行的時候只需要在函數(shù)后追加參數(shù)即可。

其他常見命令

echo 命令先前使用的時候已經(jīng)講過了，下面我們來看看與它類似的命令 printf。

printf 命令

printf 命令使用引用文本或空格分隔的參數(shù)，外面可以在 printf 中使用格式化字符串，還可以定制字符串的寬度、左右對齊方式等。我們舉個簡單的示例：

#!/bin/bash
echo "學生數(shù)學成績表："
printf "%-6s %-6d\n" '小明' 98
printf "%-6s %-6d\n" '小紅' 89

執(zhí)行結(jié)果如下：

?  Desktop ./hello_world.sh 
學生數(shù)學成績表：
小明 98    
小紅 89 

這里的 %s、%d 作為格式替換符，可以作為占位符，根據(jù)后續(xù)傳入的具體值來替換對應位置的符號。上述示例 %-6s 中的 -6 表示表示左對齊，沒有 - 符合則表示右對齊，任何字符都會被顯示在 6 個字符寬的字符內(nèi)，如果不足則自動以空格填充，超過也會將內(nèi)容全部顯示出來。下面來看下常見的格式替換符以及其含義：

具體的效果可以自己嘗試在腳本中編寫看下效果。此外，printf 命令中還支持轉(zhuǎn)義字符，如示例中的 /n 表示換行符，成功在終端生效了。如果沒有指定具體參數(shù)的值，那么格式替換符會被數(shù)據(jù)類型下的默認值代替，如 %s 用 NULL 代替，%d 用 0 代替。

test 命令

Shell 中的 test 命令用于檢查某個條件是否成立，它可以進行數(shù)值、字符和文件三個方面的測試。我們直接看下面示例：

#!/bin/bash
score_math=99
score_english=68
if test $[score_math] -gt $[score_english]
then
    echo 'Good at math'
else
    echo 'Good at english'
fi

read input_name
target_name="Tom"
if test $input_name = $target_name
then
    echo 'Yes, is Tom!'
else
    echo 'No, not him!'
fi


cd /Destop
if test -e ./hello_world.sh -o -e ./Frame.png
then
    echo '至少有一個文件存在!'
else
    echo '兩個文件都不存在'
fi

值得一提的是，除了使用 expr 來 執(zhí)行算數(shù)運算，我們也可以在 [] 來實現(xiàn)算數(shù)運算，如：

#!/bin/bash
a=10
b=8
c=3
result=$[a+b*c]
echo "計算結(jié)果為: $result"
#計算結(jié)果為:34

本文關(guān)于 Shell 腳本的基礎介紹就到這里，篇幅比較長，只涉及到 Shell 中的基礎語法和用法，后續(xù)會涉及到具體應用實戰(zhàn)和高級用法補充。