Shell是什么？

shell本身是一個命令解釋器，介于操作系統的內核（kernel）態和用戶態之間，可以執行系統調用及系統命令等，讓用戶以此來與操作系統實現互動。同時，它也用來指一種計算機程序語言（類似于C、Python等）。一個shell程序一般被稱為一個腳本。

Shell語言的流派

目前，shell主要有兩大流派：

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

目前，大部分Linux系統預設的shell都是bash。

Ubuntu16.04提供的shell環境（登錄成功后默認使用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環境：

$ 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系本文作者自己安裝 

一個極簡的bash demo: hello_world.sh

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

執行
方法1: 直接使用bash解釋器來解釋執行：

    bash hello_world.sh

或者：

    sh hello_world.sh

方法2: 先將文件屬性改為可執行狀態：

    chmod +x hello_world.sh

或者：

    chmod 777 hello_world.sh  

再直接執行：

    ./hello_world.sh

輸出

    Hello World!

解釋

    #!用來指定執行該腳本的解釋器，后面的/bin/bash表明指定/bin目錄下的bash程序來解釋執行該腳本文件。

    #開頭的是注釋行(#!除外)，shell中只有單行注釋。  

    echo "Hello World!" 即用echo命令輸出字符串"Hello World!"到終端顯示器。

補充知識: 文件的屬性
通過ls -l命令可以查看文件的屬性，例如查看新建文件test.sh的屬性：

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，一般新建文件的默認屬性是-rw-rw-r--，即644，不具有可執行屬性x，可使用chmod命令來改變文件屬性（修改默認屬性則使用umask命令），例如將文件test.sh的屬性改為可讀可寫可執行(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中的變量

變量的定義與賦值

不像C、Java等靜態語言需要先聲明然后才能使用，而是和Python等動態語言類似，Bash變量在使用時直接定義，例如：

my_bash_var="this is my bash var"

注意:

• ＝兩邊不能有空格！否則就是語法錯誤了。
• Bash變量命名只能使用字母，下劃線和數字，并且不能以數字開頭。

變量的引用

使用已定義的變量時，只要在變量名前面加$符號即可:

echo $my_bash_var

或者使用${var_name}的形式，{}是可選的，主要是幫助解釋器更好地識別變量的邊界(推薦)：

echo ${my_bash_var}

注意''和""的區別：

• '' ：單引號里的任何字符都會原樣輸出，單引號中對變量引用是無效的，且單引號中不能出現單引號（對單引號使用轉義符也不行）；
• ""：雙引號里可以引用變量，可以出現轉義字符。

實例：

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

Output:

a is : $a
a is : hello

只讀變量

使用 readonly 命令可以將變量限定為只讀變量，這與 C 語言中的 const 常量類型的情況相同.

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

刪除變量

使用 unset 命令可以刪除變量，但是不能刪除只讀變量。
變量被刪除后不能再次使用。

my_var="haha"
unset my_var
echo ${my_var} # 變量my_var已被刪除，沒有任何輸出

變量的類型

諸如C、Java、Python等這些高級語言中的變量是有類型的，例如數字類型（整型、浮點型等）、字符串類型、布爾類型，面向對象語言中還有引用類型等。但是，在Bash中，并不對變量區分類型。

本質上來說，Bash變量都是字符串。但是依賴于上下文，Bash也允許比較操作和算術操作。決定這些的關鍵因素是變量中的值是否只有數字，只有當變量是純數字時，該變量才是“數字類型的”，否則就是字符串類型的。

另外，注意Bash中的數字默認的是十進制，八進制需要以0開頭，十六進制以0x開頭。

純數字變量是“數字變量”：

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

數字＋字符串：字符串變量，字符串變量不能進行數學運算

b=${a/12/BB} # 將12替換為BB
echo $    # Output: BB35

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

將變量中的非數字字符替換為數字，得到數字變量

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

d=${c/BB/12}  # 將BB替換為12
echo $bq9g2ly     # Output: 1234

let "d+=1"
echo $a0ymroo     # Output: 1235

空變量+數字：數字變量

# 變量e定義為空值
e=""
echo ${e}  # Output: 沒有任何輸出

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

未定義的變量+數字：數字變量

# 變量f未定義
echo "f = $f"   # Output: f =

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

變量的作用域

• 局部變量(local variables)：這種變量只有在變量所在的代碼塊或者函數中才可見，需要使用local聲明；
• 全局變量：Bash中用戶自定義的普通變量默認是全局變量，可以在本文件中的其它位置引用；
• 環境變量(environmental variables)：所有的程序（包括shell啟動的程序）都能訪問環境變量。
  如果一個shell腳本設置了環境變量,需要用 export 命令來通知腳本的環境。

更多關于環境變量的知識可以參考以下文章：

• Linux環境變量總結
• linux入門之環境變量與文件查找

Bash中的運算符

Bash支持的運算符有：

• 數學運算符
• 關系運算符
• 布爾運算符
• 邏輯運算符
• 字符串運算符
• 文件測試運算符

數學運算符

注意： 乘號*前邊必須加反斜杠 \ 才能實現乘法運算

關系運算符

關系運算符只支持數字，不支持字符串，除非字符串的值是數字

布爾運算符

邏輯運算符

字符串運算符

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

Bash的控制流

條件語句

if語句

• 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的反向拼寫）!

case語句

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

    "$condition2" )
        command2
    ;;

    * )  # 這里相當于C中case語句的default 
esac

注意：

• 對變量使用""并不是強制的，因為不會發生單詞分離;
• 每句測試行,都以右小括號)結尾;
• 每個條件塊都以兩個分號;;結尾（作用類似C中的break）;
• case 塊的結束以 esac(case 的反向拼寫)結尾.

循環語句

for語句

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

注意：
在循環的每次執行中，var將順序的存取 list （i.e. item1 ... itemN）中列出的變量。

C風格的for循環:

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

注意: (())中對變量的引用可以不加$

while語句

while [ condition ]
do
    command
done

C風格的while循環:

while (( condition ))
do
    command
done

注意: (())中對變量的引用同樣可以不加$

until語句

until [ condition-is-true ]
do
    command
done

注意：
util結構在循環的頂部判斷條件,并且如果條件一直為 false 那就一直循環下去，直到條件為真才結束循環(與 while 相反)。

Bash支持的編程模型

Bash只支持過程式的編程模型，不支持面向對象和函數式等高級編程模型，更不支持對高級設計模式的實現。所以，如果要實現比較復雜的功能，還是使用Perl、Python或者Ruby等高級語言吧。

Bash的傳參機制

shell通過位置參數（positional parameters）來給腳本文件傳遞參數，就是從命令行中傳進來的參數,$0, $1, $2, $3... 其中：

• $0 是該腳本文件的名字
• $1 是第一個參數, $2 是第 2 個參數...

注意：

• $9 以后就需要大括號了,如 ${10}, ${11}, ${12}...

另外，還有幾個特殊字符用來處理參數：

$* 與 $@ 區別:

• 相同點：都表示引用所有的位置參數;
• 不同點：只有在雙引號中體現出來。假設在腳本運行時寫了三個參數 1、2、3，，則 " * " 等價于 "1 2 3"（傳遞了一個參數），而 "@" 等價于 "1" "2" "3"（傳遞了三個參數）。

Bash函數

函數的定義

function func_name()
{
    # 函數體
}

注意：

• 關鍵字function是可選的;
• 函數定義必須在第一次調用前完成，shell沒有像 C 中的函數“聲明”;
• 在一個函數內嵌套另一個函數也是可以的，但是不常用.

函數的參數傳遞

函數以位置來引用傳遞過來的參數(就好像他們是位置參數一樣), 例如$1, $2, ...

函數的調用

函數被調用或被觸發, 只需要簡單地用函數名來調用，有參數的話將參數依次置于函數名之后。

無參函數的調用

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

# Calling func1
func1

輸出：

Hello World!
This is func1

有參函數的調用

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"

輸出：

This is func2
a is : aaa
b is : bbb

函數中參數的作用域

在函數調用之前，所有在函數內聲明且沒有明確聲明為 local 的變量都可在函數體外可見（默認為全局變量）。

如果變量用local 來聲明,那么它只能在該變量聲明的代碼塊中可見。這個代碼塊就是局部"范圍"。在一個函數內,局部變量意味著只能在函數代碼塊內它才有意義。

  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

輸出：

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數組

Bash 只支持一維數組，用圓括號()來表示，數組元素之間用"空格"符號來分割（不同于C、C++、Java等語言中用逗號分割）。

數組的定義與初始化

初始化時不需要指定數組的大小。和其它大部分語言一樣，bash數組元素的下標從0開始。

初始化方式1：直接初始化

arr_name=(value1 value2 ... valueN) 

初始化方式2: 用下標初始化

arr_name[0]=value1
arr_name[1]=value2
arr_name[223]=value3 # 不連續初始化

注意：

• 數組成員不必一定要連續，空缺元素是允許的;
• 數組的一部分成員允許不被初始化, 沒有被初始化的元素將打印空(NULL)值;

訪問數組元素

訪問數組元素的一般格式：

${arr_name[index]}

遍歷數組

使用* 或@ 可以獲取數組中的所有元素
實例：

my_arr=(A B C "ddd")

# 遍歷數組格式1
echo "my_arr: ${my_arr[*]}

# 遍歷數組格式2
echo "my_arr: ${my_arr[@]}

輸出：

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

獲取數組長度

獲取數組長度（即數組中的元素個數），和遍歷數組語法很相似，只是在數組名前加了#符號，格式：

${#arr_name[*]}

或者

${#my_arr[@]}

實例：

# 獲取數組my_arr的長度（元素個數）
echo "my_arr length: ${#my_arr[*]}

# 獲取數組my_arr的長度,
echo "my_arr length: ${#my_arr[@]}

輸出：

my_arr length: 4
my_arr length: 4

Bash字符串操作

在Bash中，字符串可以用單引號，也可以用雙引號，也可以不用引號。單雙引號的區別如前文所述。
定義字符串實例：

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

echo $str1
echo $str2
echo $str3

輸出：

hello
hello
hello

獲取字符串長度

格式：

${#string_name}

實例：

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

輸出：

my_str length: 11

字符串拼接

和Java Python等語言類似，bash允許直接將字符串拼接在一起以獲得新的字符串。
實例：

str1="hello"
str2="world"

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

輸出：

hello world

提取子串

實例1：從位置1開始提取子串

str="hello world"

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

輸出：

sub_str: ello world

實例2：從位置1開始提取長度為3的子串

str="hello world"

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

輸出：

sub_str: ell

刪除子串

記憶：

• #表示從頭匹配，%表示從尾匹配
• 一個符號（#或者%）表示最短匹配，兩個符號（##或者%%）表示最長匹配

注意：substring可以是正則表達式。

實例：

str="abcabcdefabcabc"

# 從str的開頭,刪除最短匹配的以a開頭c結尾的子串
# 將刪除最左端的abc
# 輸出：abcdefabcabc
echo "${str#a*c}"  

# 從str的開頭,刪除最長匹配以a開頭b結尾的子串
# 將刪除abcabcdefabcab
# 輸出：c
echo "${str##a*b}" 

# 從str的結尾,刪除最短匹配以a開頭c結尾的子串
# 將刪除最右端的abc
# 輸出：abcabcdefabc
echo "${str%a*c}"  

# 從str的結尾,刪除最長匹配以a開頭c結尾的子串
# 將刪除整個字符串
# 輸出：空
echo "${str%%a*b}" 

替換子串

實例：

str="abcdefabc"

# 用hello替換第一個abc
echo ${str/"abc"/"hello"}    # 輸出：hellodefabc

# 用hello替換第一個abc
echo ${str//"abc"/"hello"}   # 輸出：hellodefhello

# 前綴匹配替換
echo ${str/#"abc"/"world"}   # 輸出：worlddefabc

# 后綴匹配替換
echo ${str/％"abc"/"world"}   # 輸出：abcdefworld

References

Advanced Bash-Scripting Guide
這本書內容翔實，實例豐富，既可做精鉆細研的教材，又可作為手冊時時查閱，真是居家旅行必備良品;-)

另外，感興趣的同學也可翻閱《Linux Shell Scripting Cookbook》(中文譯名《Linux Shell腳本攻略》)，里面介紹了很多Shell編程的奇技淫巧，甚是有用有趣。

推薦一個可以在線使用Linux環境的地方，如果需要Linux實驗環境又不想搭虛擬機的話可以試試這里：實驗樓

實驗樓