3.shell 基本特性之~ shell展开详解
第 3 章目录：
3.1 shell 语法
3.2 shell 命令
3.3 shell 函数
3.4 shell 参数
3.5 shell 展开
3.6 重定向
3.7 命令执行
3.8 shell 脚本
本文件内容为 "3.5 shell 展开"
3.5 小节目录：
3.5.1 花括号展开 对花括号中的表达式的展开
3.5.2 波浪线展开
3.5.3 shell 参数展开
3.5.4 命令替换 把命令的输出当做参数使用
3.5.5 算术展开 如何在 shell 表达式中进行算术运算
3.5.6 过程替换 一种对命令进行读写的方法
3.5.7 单词分割 展开结果是如何分割成独立的参数的
3.5.8 文件名展开
3.5.9 引用删除
命令行被分割为 token 之后，就开始进行展开。一共有 7 种展开：
1，花括号展开
2，波浪线展开
3，参数和变量展开
4，命令替换
5，算术展开
6，单词分割
7，文件名展开
展开的顺序是：
1，花括号展开
2，波浪线展开
3，参数，变量，算术展开和命令替换（在支持过程替换的系统上，过程替换也在这里进行）
4，单词分割
5，文件名展开
只有花括号展开，单词分割，文件名展开能改变展开结果的单词个数。
其他展开一般把一个单词展开为另一个单词，有两个例外情况：'"$@"' 和 '"${NAME[@]}"'。
所有展开完成后，进行引用删除
3.5.1 花括号展开
在花括号内，可以是以逗号分隔的字符串，或者是一个序列表达式。在花括号前后，可以跟前缀和后缀。
花括号展开支持嵌套，展开的字符串是无序的，从左到右的顺序被保留。
1，逗号分隔
# echo a{d,c,b}e
ade ace abe
前缀 a 和 后缀 e 与展开结果的每一个字符串结合生成最终结果。
2，序列表达式
序列表达式的语法是：
'{X..Y[..INCR]}'
X，Y 是数字或单个字符，INCR 是步进。
当 X，Y 是数字时，展开为 X 到 Y 的所有数字。数字可加前缀 0，如 01，001，使展开结果保持相同的宽度。
当 X 或 Y 以 0 开头时，shell 尝试将生成结果保持相同宽度。必要时以 0 进行填充。
{01..100} 生成 001, 002, ..., 100
步进：
{1..10..2} 生成 1 3 5 7 9
当 X，Y 是字母时，按字典序展开。X，Y 必须是相同类型。当给出步进时，相邻字母的距离为步进的距离。默认步进为 1 或 -1(看具体情况)。
{a..g..2} 生成 a c e g
花括号展开在其它展开之前进行，任何对于其它展开有特殊意义的字符都被保留。
在进行花括号展开时，bash 对于花括号的上下文和括号内的文本内容不做任何的语法解释。
为避免与参数展开产生冲突，字符串 '${' 不被认为需要做花括号展开。
要进行正确的花括号展开，必须包含未被引用(unquoted)的 '{' 和 '}'。并且在括号中，至少有一个未被引用的 ',' 或者一个有效的“序列表达式”。
书写不正确的花括号展开保留原样。
把 '{' 和 ',' 引用起来，可避免被认为是花括号展开的一部分。为避免与参数展开产生冲突，字符串 '${' 不被认为需要做花括号展开。
这个构造典型的应用场景是，当字符串前缀太长的时候，比如创建多个包含绝对路径的文件时，使用花括号展开可以简化命令行语句，如：
mkdir /usr/local/src/bash/{old,new,dist,bugs}
chown root /usr/{ucb/{ex,edit},lib/{ex?.?*,how_ex}} # 两个子目录
3.5.2 波浪线展开
如果一个单词以未被引用的 '~' 开头，这个单词所有到斜线 '/'(如果有得话) 为止的字符被认为是一个 波浪线前缀字符串（TILDE-PREFIX）。
如果在 “波浪线前缀字符串” 中没有被引号引用的字符，那么所有波浪线之后的字符组成的字符串被当做可能的 LOGIN NAME 对待。
如果 LOGIN NAME 是空字符串，'~' 被替换为 'HOME' 变量的值。
如果 'HOME' 变量没有设置，则替换为执行 shell 的用户的家目录。
否则，'~' 被替换为与 登录名 关联的家目录。
$ echo $HOME #HOME 非空
/Users/guli
$ echo ~ #打印当前用户家目录
/Users/guli
$ echo ~guest #打印guest用户家目录
/Users/Guest
$ echo ~root #打印root用户家目录
/var/root
如果 波浪线前缀字符串 是 '~+'，被替换为 'PWD' 变量的值。
如果是 '~-'，被替换为 'OLDPWD' 变量的值(如果存在的话)。
如果 波浪线前缀字符串 是一个数字，数字前跟着一个 '+' 或 '-'，如 '~+N'，则被替换为 目录栈 的相应顺序的元素。等同于 dirs +/-N 的效果。
如果 '+' 或 '-' 没有给出，默认为 '+'。
如果 登录名 是无效的，或者波浪线展开失败，则保留原样。
$ echo ~guset #登录名 guset 是无效的
~guset
每个变量赋值会检查紧跟在 ':' 或第一个 '=' 后面是否有未被引号引用的 '~'。如果有，会进行波浪线展开。所以，我们可以通过这种方式赋值给 'PATH'，'MAILPATH'，'CDPATH'，shell 会用展开后的结果赋值给变量。
下面是 bash 中的波浪线展开的示例：
'~'
展开为 '$HOME' 的值
'~/foo'
展开为 '$HOME/foo'
'~fred/foo'
展开为 用户fred的及目录的子目录foo: /home/fred/foo
'~+/foo'
展开为 '$PWD/foo'
'~-/foo'
展开为 '{OLDPWD-'~-'}/foo'
'~N'
等同于执行 'dirs +N' 的结果
'~+N'
等同于执行 'dirs +N' 的结果
'~-N'
等同于执行 'dirs -N' 的结果
3.5.3 Shell 参数展开
'$' 符号引入了三种 shell 展开，包括 “参数展开”，“命令替换” 和 “算术表达式”。
参数名或参数符号可以用花括号括起来，使紧跟在参数名后面的字符与之分隔，这些字符与展开的结果可共同构成最后字符串。如 ${PATH}:/path/to/..
在参数展开中使用花括号时，'{' 是开始符号，右边第一个 '}' 是结束符号。
'}' 不能被转义，或被引号引用，也不能在一个嵌套的 “算术表达式”，或 “命令替换”，或者 “参数展开”之中。
参数展开的基本的形式是 ${PARAMETER}，整体被替换为 PARAMETER 的值。如果 PARAMETER 是位置参数，而且由两个及以上的数字表示，这时必须使用花括号：${10}。另外当 PARAMETER 与其它字符相邻连接时，也必须使用花括号：${Var}lala。
如果 PARAMETER 的第一个字符是 "!"，会进行“间接变量展开”。bash 使用 "!" 之后的部分作为变量名，变量进行展开，变量展开结果作为被引用的对象再进行一次展开。"!" 符号必须紧跟在左括号 "{" 后面。但是 ${!PREFIX*} 和 ${!NAME[@]} 是例外，在下面会介绍。
在下面将要介绍的例子中，WORD 可进行 “波浪线展开”，“参数展开”，“命令替换” 以及 “算术展开”。也就是说，WORD 可以是 $VAR，$(CMD)，$(EXPR)，~ 形式的。
如果 WORD 是字符串，就不会做展开，在这里不是作为变量名使用的。
当不进行子字符串展开时，使用下面的形式，bash 会测试 PARAMETER
是否是 unset，或是否是空字符串(null)。
如果删除冒号 ':'，只会测试 PARAMETER 是否是 unset(是否存在)。
'${PARAMETER:-WORD}'
如果 PARAMETER 是 unset 或者 null，最终展开结果为 WORD 的展开(普通字符串的展开结果是原字符串保持不变，这里不是取 WORD 的值为最终结果)。否则，使用 PARAMETER 的变量值为最终结果。
'${PARAMETER:=WORD}'
如果 PARAMETER 是 unset 或者 null，将 WORD 的展开结果赋值给PARAMETER(不是 WORD 的参数值)，最终结果为 PARAMETER 的值。但是“位置参数”和“特殊参数”不可通过这种方式赋值。
'${PARAMETER:?WORD}'
如果 PARAMETER 是 unset 或者 null，将 WORD 的展开结果（如果未给出 WORD，会有一条消息）写入标准错误输出以及 shell，如果 shell 是非交互式的，就退出 shell。否则，使用 PARAMETER 的变量值最终结果。
'${PARAMETER:+WORD}'
如果 PARAMETER 是 unset 或者 null，结果是 nothing。否则 WORD 的展开结果为最终结果。
'${PARAMETER:OFFSET}'
'${PARAMETER:OFFSET:LENGTH}'
1，当 PARAMETER 是普通变量时，以字符为单位对参数值做截取。
OFFSET: 从0开始的位移，截取从位移处开始。
LENGTH: 截取的字符个数。如果没有写明 LENGTH，即截取从位移处到最后一个
字符。
OFFSET 和 LENGTH 是“算数表达式”。这种展开可被称为“子字符串展开”。
LENGTH 必须大于等于1，当OFFSET是负数时，表示从参数值的尾部向前截取。
2，当 PARAMETER 是位置参数时，比如'@'，表示从OFFSET处开始的LENGTH个位置参数。
3，当 PARAMETER 是以@或*为下标的数组时，表示从'${PARAMETER[OFFSET]}'开始的 LENGTH 个数组变量。
OFFSET 如果是负数，它的计数从数组最大下标+1的地方计算。
-1 是最后一个元素的索引
“子字符串展开”用到数组上时会产生未知的结果。
注意：负数的 offset 必须用空格与冒号':'隔开，以免和“:-展开”混淆。
对于字符串，索引从 0 开始。(0-based)
对于位置参数，索引从 1 开始。(1-based)
对于数组，索引从 0 开始。(0-based)
'${!PREFIX*}'
'${!PREFIX@}'
展开结果为所有以 PREFIX 为前缀的变量的名字。这些变量名以"IFS"变量的第
一个字符作为分隔符。
如果用的是@，而且在双引号中展开，每个变量名展开为独立的单词。
如果用的是*，而且在双引号中展开，所有变量名展开为一个单词。
# echo ${!BASH@}
BASH BASHOPTS BASHPID BASH_ALIASES BASH_ARGC BASH_ARGV BASH_CMDS BASH_COMMAND BASH_LINENO BASH_SOURCE BASH_SUBSHELL BASH_VERSINFO BASH_VERSION
# for i in "${!BASH*}"; do echo "haha"; done
haha <=== 展开为1个单词，所以打印一次。
# for i in "${!BASH@}"; do echo "haha"; done
haha <=== 展开为独立个单词，所以打印多次。
haha
haha
haha
haha
haha
haha
haha
haha
haha
haha
haha
haha
'${!NAME[@]}'
'${!NAME[*]}'
如果 NAME 是数组变量，展开为数组索引(key)的列表。
如果 NAME 不是数组变量，当变量存在时展开为0。
如果用的是@，而且在双引号中展开，每个key展开为独立的单词。
'${#PARAMETER}'
展开为参数值的长度。
如果参数是“*”或者“@”，展开为位置参数的个数。
当参数是以@或*为下标的数组，展开为数组中元素的个数。
'${PARAMETER#WORD}'
'${PARAMETER##WORD}'
将 WORD 的展开结果作为匹配模式（如同文件名展开中的通配符匹配），去匹配参数值的开始部分，匹配到的部分将被删除。
使用“#”，表示最短匹配，
使用“##”，表示最长匹配。
如果参数是“*”或者“@”，对每个位置参数做上面的操作，
当参数是以@或*为下标的数组，对每个数组变量做如上的操作。
'${PARAMETER%WORD}'
'${PARAMETER%%WORD}'
将 WORD 的展开结果作为匹配模式（如同文件名展开中的通配符匹配），从参数值的尾部做匹配，匹配到的部分将被删除。
使用“#”，表示最短匹配，
使用“##”，表示最长匹配。
如果参数是“*”或者“@”，对每个位置参数做上面的操作，
当参数是以@或*为下标的数组，对每个数组变量做如上的操作。最终结果为所有被处理过的参数的列表。
'${PARAMETER/PATTERN/STRING}'
这个可视为上面两个展开的增强版。PATTERN 的展开结果作为匹配模式，对参数的值做最长匹配，匹配的部分替换为 STRING。
一般只有第一个被匹配的部分才替换为 STRING，但如果 PATTERN 以 '/' 开头，则所有匹配的部分都将被替换。
如果 PATTERN 以 '#' 开头，它必须从参数值的开始部分进行匹配。
如果 PATTERN 以 '%' 开头，它必须从参数值的尾部进行匹配。
如果 STRING=null，匹配的部分将被删除，而且 PATTERN 后面的 '/' 被忽略。
如果参数是“*”或者“@”，对每个位置参数做上面的操作，
当参数是以@或*为下标的数组，对每个数组变量做如上的操作。最终结果为所有被处理过的参数的列表。
'${PARAMETER^PATTERN}'
'${PARAMETER^^PATTERN}'
'${PARAMETER,PATTERN}'
'${PARAMETER,,PATTERN}'
这个展开用来修改参数值的字符的大小写。
PATTERN 的展开结果作为匹配模式
^ 将匹配的第一个字母的小写改为大写。
, 将匹配的第一个字母的大写改为小写。
^^ 将匹配的所有字母改为大写
,, 将匹配的所有字母改为小写
如果没有给出 PATTERN，则默认将 PATTERN 设为 ?，表示匹配任意一个字符。
如果参数是“*”或者“@”，对每个位置参数做上面的操作，
当参数是以@或*为下标的数组，对每个数组变量做如上的操作。最终结果为所有被处理过的参数的列表。
3.5.4 命令替换
命令替换允许使用命令的输出替换命令本身。
命令替换有两种写法：
$(COMMAND) 或者 `COMMAND`
命令替换按如下方式进行：
1，执行命令，使用命令的标准输出替换上述的命令替换表达式。
2，如果命令输出的尾部有跟着换行符，就将换行符删除。
3，嵌入在命令输出之中的换行符这时不会删除，但可能在进行单词分割的时候被删除。
'$(cat FILE)' 与 '$(< FILE)' 是相同的，但后者执行速度更快。
使用旧式的反引号 '`' 时，反斜线 '' 失去特殊意义，仅当反斜线后跟 '$'，'`'，'' 时，反斜线对其进行转义，否则只是普通字符。
使用 '$(COMMAND)' 时，圆括号内的所有字符不做特殊对待。
命令替换可进行嵌套，使用 '`' 形式的命令替换时，内部的 '`' 要使用反斜线 '' 转义。
当命令替换在双引号 "" 中进行时，替换的结果不再进行单词分割和文件名展开。
3.5.5 算术展开
算术展开允许对算术表达式进行计算，并使用计算结果替换算术展开的整个表达式。
其语法为：
$(( EXPRESSION ))
对于 EXPRESSION 的处理，如同使用了双引号 '"' 将之引用，大多数的特殊字符失去特殊意义，规则参考前面专门的章节。这里特殊的一点是，EXPRESSION 中的 '"' 不做特殊对待。
EXPRESSION 中的所有 token 可能进行：参数展开，命令替换，引用取消。
算术展开可进行嵌套。
算术表达式的计算规则参见后面的小节。
如果 EXPRESSION 是无效的，bash 打印一条消息到错误输出，替换不再进行。
3.5.6 过程替换
如果系统支持命名管道(named pipes: FIFOs)，或者支持命名的打开文件的 '/dev/fd' 方法，过程替换也被支持。
其形式如下：
<(LIST) 或者 >(LIST)
过程 LIST 执行时，其输出或输入与 FIFO 或者 '/dev/fd' 下的文件相连。相连的文件名被当做一个参数传递给当前命令。
使用 '>(LIST)' 时，对文件写入，相同于给 LIST 提供输入。
使用 '<(LIST)' 时，LIST的输出写入文件，读取文件，可以获得 LIST 的输出。
注意 '<' 或 '>' 与圆括号之间没有空格，否则整个构造被解释为重定向。
过程替换可用时，会与 参数和变量展开，命令替换，算术展开同步进行。
3.5.7 单词分割
shell 对 参数展开，命令替换，算术展开的结果进行扫描。对未被双引号引用的部分进行单词分割。
shell 把 '$IFS' 中的每一个字符当做分隔符，对其他展开生成的结果进行单词分割。
如果 'IFS' 没有设置，或者其值正好是默认值 '<space><tab><newline>'，之前进行的展开生成的结果的开始部分和结束部分，如果是由这三个字符组成的连续字符串，将不做处理。在中间的话，会发挥单词分隔符的作用。
如果 'IFS' 的值不是默认值，只要空白字符在 'IFS' 之中(这时的空白符可称为 IFS 空白符)，那么由空白字符(space 和 tab)组成的连续字符串，出现在展开结果的开始部分和结束部分时，被忽略不做处理。
任何在 'IFS' 中的非空白符，与毗连的 'IFS' 空白符一起作为分隔符使用。单词中的 'IFS' 空白符字符串也作为分隔符使用。如果 'IFS' 是空字符串，不进行单词分割。
显式出现的空字符串("" 或者 '')将被保留。由参数值为空的参数展开生成的未被引号引用的隐式空字符串，将被删除。如果参数值为空的参数展开在双引号 "" 中进行，空字符串被保留。
如果之前没有进行任何展开，单词分割也不会进行。
3.5.8 文件名展开
目录：
3.8.1 模式匹配 shell 如何进行模式匹配
完成单词分割之后，除非设置了 '-f' 选项(set 命令)，bash 依次扫描每个单词，寻找 '*', '?' 和 '['，如果出现其中一个，该单词被认为是一个 PATTERN，并替换为一组按字典序排序的匹配的文件名。
如果没找到匹配的文件名，而且 shell 选项 'nullglob' 是关闭的，该单词保留原样。
如果没找到匹配的文件名，而且 shell 选项 'nullglob' 是开启的，该单词被删除。
如果没找到匹配的文件名，而且 shell 选项 'failglob' 是开启的，打印一条错误信息，不执行命令。
如果 shell 选项 'nocaseglob' 开启，匹配时忽略大小写。
当一个 pattern 用作文件名展开时，字符 '.' 位于文件名首部的 或者'.' 跟在 '/' 之后（'/.'）时，必须进行显式地匹配，除非开启了 'dotglob' 选项。
匹配文件名时，字符 '/' 必须进行显式地匹配。除此之外，字符 '.' 不被特殊对待。
参见 'shopt' 命令详细了解 'nocaseglob'，'nullglob'，'failglob' 以及 'dotglob' 选项。
shell 变量 'GLOBIGNORE' 可用于限制文件名的匹配。
如果设置了这个变量，每个匹配的文件名如果同时匹配 'GLOBIGNORE' 中的 pattern，这个文件名从匹配结果列表中删除。
'GLOBIGNORE' 变量被设置且非空时，文件名 '.' 和 '..' 总是被忽略。
'GLOBIGNORE' 变量设置为非空值时，'dotglob' 选项被开启，所以所有其他以 '.' 开始的文件名也会被匹配。
如果想要忽略以 '.' 开始的文件名，可将 '.*' 设置为 'GLOBIGNORE' 变量的其中一个 pattern。'GLOBIGNORE' 变量未设置时，'dotglob' 选项被关闭。
3.5.8.1 模式匹配
pattern 中的字符，除了下面描述的特殊 pattern 字符，将匹配其自身。NUL 字符不可出现在 pattern 中。
'' 字符将下面的特殊字符转义为普通字符，以匹配其自身，匹配时，'' 字符自身被忽略。
希望特殊字符匹配其自身时，必须将其引用(quoted)。
'*'
匹配任意字符串，包括 空字符串。
shell 选项 'globstar' 开启时，'**' pattern 匹配所有文件和 0+ 个目录及子目录。
'**/' 只匹配目录和子目录。
'?'
匹配任意单个字符
'[...]'
匹配括号中任意一个字符。
一对以 '-' 分隔的字符表示 RANGE EXPRESSION（范围表达式）。匹配这对字符之间（包括这对字符）的任意一个字符。
如果左括号 '[' 后面第一个字符是 '!' 或者 '^'，匹配括号内所有字符之外的
任意一个字符。
'-' 字符放在第一个位置，或最后一个位置时，可以被匹配。
']' 字符放在第一个位置，可以被匹配。
范围表达式的排序顺序由当前 locale 语系 和 'LC_COLLATE' (如果已设置)的值决定。
比如，根据默认的 C locale，'[a-dx-z]' 等效于 '[abcdxyz]'。许多其他 locale 按照字典序排序，这时 '[a-dx-z]' 可能等效于 '[aBbCcDdxXyYz]'。
可通过设置 'LC_COLLATE' 或 'LC_ALL' 为 'C'，强制使用传统的 'C' 语系排序。
在中括号中，CHARACTER CLASSES（特定字符集）可由 '[:'CLASS':]' 指定。
POSIX 标准定义的 CLASS 包括：
alnum alpha ascii blank cntrl digit graph
lower print punct space upper word xdigit
特定字符集可匹配属于该字符集的任意一个字符。'word' 匹配 字母，数字 和 下划线 '_'。
Within [ and ], an EQUIVALENCE CLASS can be specified usingthe syntax [=C=], which matches all characters with the same collation weight (as defined by the current locale) as the character C.
Within [ and ], the syntax [.SYMBOL.] matches the collating symbol SYMBOL.
如果 shell 选项 'extglob' 开启(使用 'shopt' 命令)，可使用下列的扩展 pattern。在下面的描述中， PATTERN-LIST 是由 '|' 分隔的一个
或多个 pattern 组成的列表。
复合 pattern 可由下面的一个或多个 pattern 组成。
'?(PATTERN-LIST)'
匹配 0 个或 1个 给出的 patterns。
'*(PATTERN-LIST)'
匹配 0 个或 多个 给出的 patterns。
'+(PATTERN-LIST)'
匹配 1 个或 多个 给出的 patterns。
'@(PATTERN-LIST)'
匹配给出的 patterns 的其中一个。
'!(PATTERN-LIST)'
匹配给出的 patterns 之外的任意字符串。
3.5.9 引用取消
前面的展开完成之后，所有未被引用的 \，' 和 "，除了由之前的展开生成的，都被删除。
