bash shell编程快速入门教程

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bash shellShell 俗称壳(用来区别于核),是指“提供使用者使用界面”的命令解析器(软件)。它类似于DOS下的command和后来的cmd.exe。它接收用户命令,然后调用相应的应用程序。

同时,Shell又是一种程序设计语言。作为命令语言,它交互式解释和执行用户输入的命令,或者自动地解释和执行预先设定好的一连串的命令。Shell不像C/C++等语言,它不需要编译就能执行。作为程序设计语言,Shell 定义了各种变量和参数,并提供了许多在高级语言中才具有的控制结构,包括循环和分支。

UNIX系统上有很多版本的Shell,bash是各种Linux发行版标准配置的Shell,在Linux系统上/bin/sh往往是指向/bin/bash的符号链接。

1 简单的Hello World!程序

几乎所有的讲解编程的书给读者的第一个例子都是 Hello World 程序,那么我们今天也就从这个例子出发,来逐步了解 bash。用 vi 编辑器编辑一个 hello 文件如下:

#!/bin/bash 
# This is a very simple example
echo Hello World

这样最简单的一个 BASH 程序就编写完了,以下逐个说明每行的作用。

  • 第一行:在 BASH 中,第一行的 "#!" 及后面的 "/bin/bash" 就表明该文件是一个 BASH 程序,需要由 /bin 目录下的 BASH 程序来解释执行。
  • 第二行: "# This is a ..." 就是 BASH 程序的注释,在 BASH 程序中从“#”号(注意:后面紧接着是“!”号的除外)开始到行尾的多有部分均被看作是程序的注释。
  • 的三行:echo 语句的功能是把 echo 后面的字符串,输出到标准输出中去。由于 echo 后跟的是 "Hello World" 这个字符串,因此 "Hello World"这个字串就被显示在控制台终端的屏幕上了。

注意:BASH 中的绝大多数语句结尾处都没有分号。

执行改程序有两种方法,一种是显式制定 BASH 去执行,如下两条命令:

$ bash hello
$ sh hello                 # 这里 sh 是指向 bash 的一个链接

另外一种方法,可以先将 hello 文件改为可以执行文件,然后直接运行它。此时由于 hello 文件第一行的 "#!/bin/bash" 的作用,系统会自动用/bin/bash 程序去解释执行 hello 文件的:

$ chmod u+x hello          # 修改为可执行文件
$ ./hello                  # 执行

注意:BASH 程序被执行后,实际上 Linux 系统是另外开设了一个进程来运行的。

2 输入、输出和错误输出

在字符终端环境中,标准输入/标准输出的概念很好理解:

  • 输入即指对一个应用程序 或命令的输入,无论是从键盘输入还是从别的文件输入;
  • 输出即指应用程序或命令产生的一些信息;
  • 错误输出在Linux 系统下还有一个标准错误输出的概念,与 Windows 系统不同,这个概念主要是为程序调试和系统维护目的而设置的,错误输出于标准输出分开,可以让一些高级的错误信息不干扰正常的输出信息,方便一般用户的使用。

在 Linux 系统中:标准输入(stdin)默认为键盘输入标准输出(stdout)默认为屏幕输出标准错误输出(stderr)默认也是输出到屏幕(上面的 std 表示 standard)。在 BASH 中,使用这些概念时一般将标准输出表示为 1,标准错误输出表示为 2。下面我们举例来说明如何使用他们。

输入、输出及标准错误输出主要用于 I/O 的重定向,就是说需要改变他们的默认设置。先看这个例子:

$ ls > ls_result
$ ls -l >> ls_result

第一条命令将 ls 命令的结果输出重定向到 ls_result 文件中,第二条命令则将 ls -l 命令的结果追加到 ls_result 文件中,两条命令都不是输出到屏幕上。

  • >:就是输出重定向的代表符号(包括标准输出和标准错误输出)。
  • >>:则表示不清除原来内容而追加输出。

下面再来看一个稍微复杂的例子:

$ find /home -name lost* 2> err_result

这个命令在 ">" 符号之前多了一个 "2","2>" 表示将标准错误输出重定向。由于 /home 目录下有些目录由于权限限制不能访问,因此会产生一些标准错误输出被存放在 err_result 文件中。如果直接执行

find /home -name lost* > all_result

其结果是只有标准输出被存入 all_result 文件中,要想让标准错误输出和标准输入一样都被存入到文件中,那该怎么办呢?看下面这个例子:

$ find /home -name lost* > all_result 2>& 1     # 或
$ find /home -name lost* >& all_result          # 简洁写法

上面这个例子中,首先将标准错误输出重定向到标准输出中,再将标准输出重定向到 all_result 这个文件中。这样我们就可以将所有的输出都存储到 all_result 文件中了。

如果那些出错信息并不重要,下面这个命令可以让你避开众多无用出错信息的干扰:

$ find /home -name lost* 2> /dev/null

同学们回去后还可以再试验一下如下几种重定向方式,看看会出什么结果,为什么?

$ find /home -name lost* > all_result 1>& 2
$ find /home -name lost* 2> all_result 1>& 2
$ find /home -name lost* 2>& 1 > all_result

另外一个非常有用的重定向操作符是 "-",请看下面这个例子:

$ (cd /source/directory && tar cf - . ) | (cd /dest/directory && tar xvfp -)

该命令表示把 /source/directory 目录下的所有文件通过压缩和解压,快速的全部移动到 /dest/directory 目录下去。这个命令在 /source/directory 和 /dest/directory 不处在同一个文件系统下时将显示出特别的优势。

下面还几种不常见的用法:

  • n<&-:表示将 n 号输入关闭
  • <&-:表示关闭标准输入(键盘)
  • n>&-:表示将 n 号输出关闭
  • >&-:表示将标准输出关闭

3 变量

对于熟悉 C 语言的程序员,我们将解释 BASH 中的定义和用法与 C 语言中有何不同。BASH 中的变量都是不能含有保留字,不能含有 "-" 等保留字符,也不能含有空格。

3.1 简单说明

在 BASH 中变量定义是不需要的,没有 "int i" 这样的定义过程。如果想用一个变量,只要他没有在前面被定义过,就直接可以用,当然你使用该变量的第一条语句应该是对他赋初值了,如果你不赋初值也没关 系,只不过该变量是空( 注意:是 NULL,不是 0 )。不给变量赋初值虽然语法上不反对,但不是一个好的编程习惯。我们看看下面的例子:

首先用 vi 编辑下面这个文件 hello2:

#!/bin/bash
# give the initialize value to STR
STR="Hello World"
echo $STR

在上面这个程序中我们需要注意下面几点:

  1. 变量赋值时,'='左右两边都不能有空格;
  2. BASH 中的语句结尾不需要分号(";");
  3. 除了在变量赋值和在 for 循环语句头中,BASH 中的变量使用必须在变量前加"$"符号。
  4. 由于 BASH 程序是在一个新的进程中运行的,所以该程序中的变量定义和赋值不会改变其他进程,或原始 Shell 中同名变量的值,也不会影响他们的运行。

更细致的文档甚至提到,以单引号括起来的变量将不被 BASH 解释为变量,如 '$STR' ,而被看成为纯粹的字符串。而且更为标准的变量引用方式是 ${STR} 这样的,$STR 自不过是对 ${STR} 的一种简化。在复杂情况下(即有可能产生歧义的地方)最好用带 {} 的表示方式。

3.2 整数和字符串变量

BASH 中的变量既然不需要定义,也就没有类型一说,一个变量即可以被定义为一个字符串,也可以被再定义为整数。如果对该变量进行整数运算,他就被解释为整数;如果对他进行字符串操作,他就被看作为一个字符串。请看下面的例子:

#!/bin/bash
x=1999
let "x = $x + 1"
echo $x
x="olympic'"$x
echo $x

关于整数变量计算,有如下几种:" + - * / % ",他们的意思和字面意思相同。整数运算一般通过 let 和 expr 这两个指令来实现,如对变量 x 加 1 可以写作:let "x = $x + 1" 或者 x=`expr $x + 1`

在比较操作上,整数变量和字符串变量各不相同,详见下表:

对应的操作
整数操作
字符串操作
相同
-eq
=
不同
-ne
!=
大于
-gt
>
小于
-lt
<
大于或等于
-ge
小于或等于
-le
为空
-z
不为空
-n

比如:

  • 比较字符串 a 和 b 是否相等就写作:if [ $a = $b ]
  • 判断字符串 a 是否为空就写作: if [ -z $a ]
  • 判断整数变量 a 是否大于 b 就写作:if [ $a -gt $b ]

注意:在字符串比较时尽量不要使用 -n ,而用 ! -z 来代替。(其中符号 "!" 表示求反操作)

3.3 文件变量

BASH 中的变量除了用于对 整数 和 字符串 进行操作以外,另一个作用是作为文件变量。BASH 是 Linux 操作系统的 Shell,因此系统的文件必然是 BASH 需要操作的重要对象,如 if [ -x /root ] 可以用于判断 /root 目录是否可以被当前用户进入。下表列出了 BASH 中用于判断文件属性的操作符:

运算符
含义( 满足下面要求时返回 TRUE )
-e file
文件 file 已经存在
-f file
文件 file 是普通文件
-s file
文件 file 大小不为零
-d file
文件 file 是一个目录
-r file
文件 file 对当前用户可以读取
-w file
文件 file 对当前用户可以写入
-x file
文件 file 对当前用户可以执行
-g file
文件 file 的 GID 标志被设置
-u file
文件 file 的 UID 标志被设置
-O file
文件 file 是属于当前用户的
-G file
文件 file 的组 ID 和当前用户相同
file1 -nt file2
文件 file1 比 file2 更新
file1 -ot file2
文件 file1 比 file2 更老

注意:上表中的 file 及 file1、file2 都是指某个文件或目录的路径。

3.4 局部变量

在 BASH 程序中如果一个变量被使用了,那么直到该程序的结尾,该变量都一直有效。为了使得某个变量存在于一个局部程序块中,就引入了局部变量的概念。BASH 中,在变量首次被赋初值时加上 local 关键字就可以声明一个局部变量,如下面这个例子:

#!/bin/bash
HELLO=Hello
function hello {
    local HELLO=World
    echo $HELLO
}
echo $HELLO
hello
echo $HELLO

该程序的执行结果是:

Hello
World
Hello

这个执行结果表明,全局变量 $HELLO 的值在执行函数 hello 时并没有被改变。也就是说局部变量 $HELLO 的影响只存在于函数那个程序块中。

3.5 保留变量

BASH 中有一些保留变量,下面列出了一些:

  • $IFS      这个变量中保存了用于分割输入参数的分割字符,默认识空格。
  • $HOME  这个变量中存储了当前用户的根目录路径。
  • $PATH   这个变量中存储了当前 Shell 的默认路径字符串。
  • $PS1   表示第一个系统提示符。
  • $PS2  表示的二个系统提示符。
  • $PWD 表示当前工作路径。
  • $EDITOR        表示系统的默认编辑器名称。
  • $BASH        表示当前 Shell 的路径字符串。
  • $0, $1, $2, ...  表示系统传给脚本程序或脚本程序传给函数的第0个、第一个、第二个等参数。
  • $#   表示脚本程序的命令参数个数或函数的参数个数。
  • $$   表示该脚本程序的进程号,常用于生成文件名唯一的临时文件。
  • $?   表示脚本程序或函数的返回状态值,正常为 0,否则为非零的错误号。
  • $*   表示所有的脚本参数或函数参数。
  • $@   和 $* 涵义相似,但是比 $* 更安全。
  • $!   表示最近一个在后台运行的进程的进程号。

3.6 特殊操作

BASH 中还有一些对变量的简洁、快速的操作,大家还记得 "${var}" 和 "$var" 同样是对变量的引用吧,对 ${var} 进行一些变化就可以产生一些新功能:

  • ${var-default}:表示如果变量 $var 还没有设置,则保持 $var 没有设置的状态,并返回后面的默认值 default。
  • ${var=default}:表示如果变量 $var 还没有设置,则取后面的默认值 default。
  • ${var+otherwise}:表示如果变量 $var 已经设置,则返回 otherwise 的值,否则返回空( null )。
  • ${var?err_msg}:表示如果变量 $var 已经设置,则返回该变量的值,否则将后面的 err_msg 输出到标准错误输出上。

请同学们自己尝试下面的例子:

#!/bin/bash
echo ${var?There is an error}
exit 0

还有下面一些用法,这些用法主要用于从文件路径字符串中提取有用信息:

  • ${var#pattern}, ${var##pattern}:用于从变量 $var 中剥去最短(最长)的和 pattern 相匹配的最左侧的串。
  • ${var%pattern}, ${var%%pattern}:用于从变量 $var 中剥去最短(最长)的和 pattern 相匹配的最右侧的串。

3.7 BASH变量与C变量的区别

这里我们为原来不熟悉 BASH 编程,但是非常熟悉 C 语言的程序员总结一下在 BASH 环境中使用变量需要注意的问题。

  1. BASH 中的变量在引用时都需要在变量前加上 "$" 符号( 第一次赋值及在For循环的头部不用加 "$"符号 );
  2. BASH 中没有浮点运算,因此也就没有浮点类型的变量可用;
  3. BASH 中的整形变量的比较符号与 C 语言中完全不同,而且整形变量的算术运算也需要经过 let 或 expr 语句来处理。

4 流程控制语法

BASH 中几乎含有 C 语言中常用的所有控制结构,如条件分支、循环等,下面逐一介绍。

4.1 if...then...else

if 语句用于判断和分支,其语法规则和 C 语言的 if 非常相似。其几种基本结构为:

if [ expression ]
then
    statments
fi

或者

if [ expression ]
then
    statments
else
    statments
fi

或者

if [ expression ]
then
    statments
else if [ expression ]
then
    statments
else
    statments
fi

或者

if [ expression ]
then
    statments
elif [ expression ]
then
    statments
else
    statments
fi

注意:如果将 if 和 then 简洁的写在一行里面,就必须在 then 前面加上分号,如:if [ expression ]; then ...

下面这个例子说明了如何使用 if 条件判断语句:

#!/bin/bash
if [ $1 -gt 90 ]; then
    echo "Good, $1"
elif [ $1 -gt 70 ]
then
    echo "OK, $1"
else
    echo "Bad, $1"
fi
exit 0

上面例子中的 $1 是指命令行的第一个参数,这个会在后面的“BASH 中的特殊保留字”中讲解。

4.2 for

for 循环结构与 C 语言中有所不同,在 BASH 中 for 循环的基本结构是:

for $var in
do
    statments
done

其中 $var 是循环控制变量,是 $var 需要遍历的一个集合,do/done 对包含了循环体,相当于 C 语言中的一对大括号。

注意:如果do 和 for 被写在同一行,必须在 do 前面加上 ";",如: for $var in; do 。

下面是一个运用 for 进行循环的例子:

#!/bin/bash
for day in Sun Mon Tue Wed Thu Fri Sat
do
    echo $day
done

# 如果列表被包含在一对双引号中,则被认为是一个元素

for day in "Sun Mon Tue Wed Thu Fri Sat"
do
    echo $day
done
exit 0

注意:上面的例子中,在 for 所在那行的变量 day 是没有加 "$" 符号的,而在循环体内,echo 所在行变量 $day 是必须加上 "$" 符号的。

另外如果写成 for day 而没有后面的 in 部分,则 day 将取遍命令行的所有参数。如这个程序:

#!/bin/bash
for param
do
    echo $param
done
exit 0

上面这个程序将列出所有命令行参数。for 循环结构的循环体被包含在 do/done 对中,这也是后面的 while、until 循环所具有的特点。

4.3 while/until

while 循环的基本结构是:

while [ condition ]
do
    statments
done

until 循环的基本结构是:

until [ condition is TRUE ]
do
   statments
done

这两个结构也请大家自己编写例子来验证。

4.4 case

BASH 中的 case 结构与 C 语言中的 switch 语句的功能比较类似,可以用于进行多项分支控制。其基本结构是:

case "$var" in
    condition1 ) statments1;;
    condition2 ) statments2;;
    ...
    *) statments2;;
   default statments;;
esac

下面这个程序是运用 case 结构进行分支执行的例子

#!/bin/bash
echo "Hit a key, then hit return."
read Keypress
case "$Keypress" in
    [a-z] ) echo "Lowercase letter";;
    [A-Z] ) echo "Uppercase letter";;
    [0-9] ) echo "Digit";;
    * ) echo "Punctuation, whitespace, or other";;
esac
exit 0

上面例子中的第四行 "read Keypress" 一句中的 read 语句表示从键盘上读取输入。

4.5 break/continue

熟悉 C 语言编程的都很熟悉 break 语句和 continue 语句。BASH 中同样有这两条语句,而且作用和用法也和 C 语言中相同,break 语句可以让程序流程从当前循环体中完全跳出,而 continue 语句可以跳过当次循环的剩余部分并直接进入下一次循环。

5 函数

BASH 是一个相对简单的脚本语言,不过为了方便结构化的设计,BASH 中也提供了函数定义的功能。BASH 中的函数定义很简单,只要向下面这样写就可以了:

function my_funcname {
    code block
}

或者

my_funcname() {
    code block
}

上面的第二种写法更接近于 C 语言中的写法。

注意:BASH 中要求函数的定义必须在函数使用之前,这是和 C 语言用头文件说明函数方法的不同。

更进一步的问题是,如何给函数传递参数以及获得返回值。BASH 中函数参数的定义并不需要在函数定义处指定,只需在函数被调用时,用 BASH 的保留变量 $1 $2 ... 来引用就可以了。BASH 可以用 return 语句来返回一个特定的整数,如果没有 return 语句显式的返回一个返回值,则返回值就是该函数最后一条语句执行的结果(一般为 0,如果执行失败返回错误码)。函数返回值是在调用该函数的程序体中,通过 $? 保留字来获得。下面我们就来看看,一个用函数来计算整数平方的例子:

#!/bin/bash

square() {
    let "res = $1 * $1"
    return $res
}

square $1
result=$?
echo $result
exit 0

说明:无论是在 Shell 中对 BASH 脚本返回值的处理,还是在脚本中对函数返回值的处理,都是通过 "$?" 系统变量来获得。BASH 要求返回值必须为一个整数,不能用 return 语句返回字符串变量。

6 随机数

随机数是经常要用到的,BASH 中也提供了这个功能,请看下面这个程序:

#!/bin/bash
# Prints different random integer from 1 to 65536
a=$RANDOM
echo $a
exit 0

这个程序可以在每次执行的时候,随机的打印出一个大小在 1 到 65536 之间的整数。

7 运算符

算术运算符

  • + - * / %:表示加减乘除和取余运算
  • += -= *= /=:同 C 语言中的含义

位操作符

  • << <<= >> >>=:表示位左右移一位操作
  • & &= | |=:表示按位与、位或操作
  • ~ !:表示非操作
  • ^ ^=:表示异或操作

关系运算符

  • < > <= >= == !=:表示大于、小于、大于等于、小于等于、等于、不等于操作
  • && ||:逻辑与、逻辑或操作

8 设计简单用户界面

BASH 中提供了一个小的语句格式,可以让程序快速的设计出一个字符界面,用以实现用户交互选择菜单,该功能由 select 语句来实现的,select 语句的语法为:

select var in
do
    statments use $var
done

执行后,BASH 会将所有项加上数字列,并在屏幕上等待用户选择。在用户作出选择后,变量 $var 中就包含了那个被选中的字符串,然后就可以对该变量进行需要的操作了。我们可以从下面的例子中更直观的来理解这个功能:

#!/bin/bash
OPTIONS="Hello Quit"
select opt in $OPTIONS; do
    if [ "$opt" = "Quit" ]; then
        echo done
        exit
    elif [ "$opt" = "Hello" ]; then
        echo Hello World
    else
        clear
        echo bad option
    fi
done
exit 0

大家可以试着执行上面的程序,看看是什么执行结果。

9 读取用户输入

BASH 中通过 read 函数读取用户输入,如下面这段程序:

#!/bin/bash
echo Please enter your name
read NAME
echo "Hi! $NAME !"
exit 0

上面这个脚本读取用户的输入,并回显在屏幕上。

另外,BASH 中还提供一种称为 here documents 的结构,可以将用户需要键盘输入的字符串,改为从程序体中直接读入,如密码。下面的小程序演示了这个功能:

#!/bin/bash
passwd="aka@tsinghua"
ftp -n localhost <<FTPFTP
user anonymous $passwd
binary
bye
FTPFTP
exit 0

这个程序在用户需要通过键盘敲入一些字符时,通过程序内部的动作来模拟键盘输入。请注意 here documents 的基本结构为:

command <<SOMESPECIALSTRING
statments
...
SOMESPECIALSTRING

这里要求,在需要键盘输入的命令后,直接加上 << 符号,然后跟上一个特别的字符串,然后按顺序输入本来应该由键盘输入的所有字符,在结束后,重复一遍前面 <<符号后的“特别的字符串”即表示该输入到此结束。

10 一些特殊的惯用法

10.1 括号

在 BASH 中,一对括号一般被用于求取括号中表达式的值,或命令的执行结果,如:(a=hello; echo $a) ,其作用相当于 `...` 。

10.2 冒号

: 有两个含义,一是表示空语句,有点类似于 C 语言中的单个 ";" ,表示该行是一个空命令。如果被用在 while/until 的头结构中,则表示值 0,会使循环一直进行下去,如下例:

while :
do
    operation-1
    operation-2
    ...
    operation-n
done

另外,: 还可以用于求取后面变量的值,比如:

#!/bin/bash
: ${HOSTNAME?} {USER?} {MAIL?}
echo $HOSTNAME
echo $USER
echo $MAIL
exit 0

在 BASH 中,export 命令用于将系统变量输出到外层的 Shell 中了。

11 BASH 程序调试

bash -x bash-script 命令,可以查看 BASH 脚本到底错在什么地方,帮助程序员找出脚本中的错误。

另外,用 trap 语句可以在 BASH 脚本出错退出时,打印出一些变量的值,以供程序员检查。trap 语句必须跟在 "#!/bin/bash" 后,并且为非注释代码,例如:

 trap 'message $checkvar1 $checkvar2' EXIT

以上就是 BASH编写快速入门的所有内容。

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网友最新评论 (2)

  1. 呵呵,不错
    康慧紫 4年前 (2015-12-27) 回复 编辑