Bash Shell编程入门
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：
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
| 数学运算符 | 说明 |
|---|---|
| + | 加法 |
| - | 减法 |
| * | 乘法 |
| / | 除法 |
| % | 取余 |
| = | 赋值 |
| == | 相等测试，相等则返回true |
| != | 不相等测试，不相等则返回true |
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
| 关系运算符 | 说明 |
|---|---|
| -eq | (equal) 检测两个数是否相等，相等则返回 true |
| -ne | (not equal）检测两个数是否相等，不相等则返回 true |
| -gt | (greater than）检测左边的数是否大于右边的，如果是，则返回 true |
| -lt | (lower than) 检测左边的数是否小于右边的，如果是，则返回 true |
| -ge | (greater equal）检测左边的数是否大于等于右边的，如果是，则返回 true |
| -le | (lower equal) 检测左边的数是否小于等于右边的，如果是，则返回 true |
布尔运算符
| 布尔运算符 | 说明 |
|---|---|
| -a | 与运算，两个表达式都为 true 才返回 true |
| -o | 或运算，有一个表达式为 true 则返回 true |
| ! | 非运算，表达式为 true 则返回 false，否则返回 true |
逻辑运算符
| 逻辑运算符 | 说明 |
|---|---|
| && | 逻辑与 |
| II | 逻辑或 |
字符串运算符
| 字符串运算符 | 说明 | 举例 (a="abc" b="def") |
|---|---|---|
| = | 检测两个字符串是否相等，相等返回 true | [ $a = $b ] 返回 false |
| != | 检测两个字符串是否相等，不相等返回 true | [ $a != $b ] 返回 true |
| -z | 检测字符串长度是否为0，为0返回 true | [ -z $a ] 返回 false |
| -n | 检测字符串长度是否为0，不为0返回 true | [ -n $a ] 返回 true |
| str_name | 检测字符串是否为空，不为空返回 true | [ $a ] 返回 true |
文件测试运算符
文件测试运算符用于检测 Unix 文件的各种属性
| 文件测试运算符 | 说明 |
|---|---|
| -b file | 检测文件是否是块设备文件，如果是，则返回 true |
| -c file | 检测文件是否是字符设备文件，如果是，则返回 true |
| -d file | 检测文件是否是目录，如果是，则返回 true |
| -f file | 检测文件是否是普通文件（既不是目录，也不是设备文件），如果是，则返回 true |
| -g file | 检测文件是否设置了 SGID 位，如果是，则返回 true |
| -k file | 检测文件是否设置了粘着位(Sticky Bit)，如果是，则返回 true |
| -p fill | 检测文件是否是命名管道，如果是，则返回 true |
| -u file | 检测文件是否设置了 SUID 位，如果是，则返回 true |
| -r file | 检测文件是否可读，如果是，则返回 true |
| -w file | 检测文件是否可写，如果是，则返回 true |
| -x file | 检测文件是否可执行，如果是，则返回 true |
| -s file | 检测文件是否为空（文件大小是否大于0），不为空返回 true |
| -e file | 检测文件（包括目录）是否存在，如果是，则返回 true |
Bash的控制流
条件语句
if语句
- if
if [ condition ]
then
command
fi
- if-else
if [ condition ]
then
command
else
command
fi
- if-elif-else
if [ condition1 ]
then
command1
elif [ condition2 ]
command2
else
commandN
fi
注意：
勿忘最后的fi（if的反向拼写）!
case语句
case "${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：
| 参数处理 | 说明 |
|---|---|
| $# | 传递到脚本的参数个数 |
| $* | 以一个单字符串显示所有向脚本传递的参数。 |
| $@ | 与$*相同，但是使用时加引号，并在引号中返回每个参数。 |
| $$ | 脚本运行的当前进程ID号 |
| $! | 后台运行的最后一个进程的ID号 |
| $- | 显示Shell使用的当前选项，与set命令功能相同 |
| $? | 显示最后命令的退出状态。0表示没有错误，其他任何值表明有错误。 |
$* 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
| 表达式 | 含义 |
|---|---|
| ${string:position} | 在string中, 从位置position开始提取子串 |
| ${string:position:length} | 在string中, 从位置position开始提取长度为length的子串 |
实例1：从位置1开始提取子串
str="hello world"
sub_str=${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
| 表达式 | 含义 |
|---|---|
| ${string#substring} | 从string的开头, 删除最短匹配substring的子串 |
| ${string##substring} | 从string的开头, 删除最长匹配substring的子串 |
| ${string%substring} | 从string的结尾, 删除最短匹配substring的子串 |
| ${string%%substring} | 从string的结尾, 删除最长匹配substring的子串 |
记忆：
-
#表示从头匹配，%表示从尾匹配 - 一个符号（
#或者%）表示最短匹配，两个符号（##或者%%）表示最长匹配
注意：substring可以是正则表达式。
实例：
str="abcabcdefabcabc"
# 从str的开头,删除最短匹配的以a开头c结尾的子串
# 将删除最左端的abc
# 输出：abcdefabcabc
echo "${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
| 表达式 | 含义 |
|---|---|
| ${string/substring/replacement} | 使用$replacement 来代替第一个匹配的$substring |
| ${string//substring/replacement} | 使用$replacement 代替所有匹配的$substring |
| ${string/#substring/replacement} | 如果$string的前缀匹配$substring, 那么就用$replacement来代替匹配到的$substring |
| ${string/%substring/replacement} | 如果$string的后缀匹配$substring, 那么就用$replacement来代替匹配到的$substring |
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。
推荐一个可以在线使用Linux环境的地方，如果需要Linux实验环境又不想搭虚拟机的话可以试试这里：实验楼
