Linux Shell编程学习笔记
本文是对Linux shell编程的一个学习比较，共包括如下章节的内容：
- 概述
- 基本语法
- 结构化语句
- 函数
- 小结
参考资料：一些常见的linux bash命令可参见《Linux常见Shell命令》。
一、概述
（一）基本概念
Linux shell是系统的用户界面，提供了用户与内核进行交互操作的一种接口。它接收用户输入的命令并把它送入内核去执行。
shell既是一种解释器，也是一种编程语言，我们除了可以在命令行下执行单条的shell命令外，如 echo , ls , cpd等命令。我们还可以编写shell程序，shell程序是一种脚本语言，同其它脚本语言一样，shell程序支持变量、结构化语句等特性，我们可以将代码保存到脚本文件中，后续调用执行该脚本。
linux的shell和linux版本一样，有很多种，常见的如：
- Bourne Shell（/usr/bin/sh或/bin/sh）
- Bourne Again Shell（/bin/bash）
- C Shell（/usr/bin/csh）
- K Shell（/usr/bin/ksh）
- Shell for Root（/sbin/sh）
各种shell支持的命令和编程语言语法是类似的，但也有些细微的差别。这些shell类型中，其中最常用的是bash（即Bourne Again Shell），bash因为易用和免费，Bash 在日常工作中被广泛使用。同时，Bash 也是大多数Linux 系统默认的Shell。
当我们在Linux系统本机或远程打开一个linux控制台后，会自动运行默认的shell程序，出现交互式界面，我们可以通过echo $0 来查看当前运行的是哪种shell。如下面例子：
$ echo $0
-bash
上面例子显示，我们使用的是bash类型。
在本文，我们介绍的是bash。
（二）shell脚本
下面我们来看下如何编写和执行一个shell脚本文件。
1、新建一个文本文件
文件名可以是任意合法的文件名，扩展名习惯为sh，当然也可以没有扩展名。我们这里假设文件名为test.sh。
文件内容如下：
#!/bin/bash
echo hello
上面例子的脚本文件就两行，第一行是个特殊语句，#! 是一个约定的标记，它告诉系统这个脚本需要什么解释器来执行，即使用哪一种 Shell，我们这里是使用bash。所有的shell脚本都必须有这一行内容。
后面的内容就可以是命令了，我们这里只有一行命令，即echo命令。这样执行该脚本，会在控制台输出hello内容。
2、设置可执行权限
脚本要想当作可执行文件被运行，需要设置权限，如下方式：
chmod +x ./test.sh
使用chmod命令使test.sh文件变为可执行程序。
3、执行
在shell提示符下运行 ./test.sh ，就可以执行该脚本。
在bash脚本中，除#!这个外，所有#后面的内容都会被当作注释内容，执行时会被忽略，如下面脚本：
#!/bin/bash
echo hello #输出hello信息
#定义shell变量
myid=100
#输出变量内容
echo $myid
上面脚本中，第一行#!打头的用于指定shell类型，后面的#都是用来书写注释信息的。
shell脚本程序实际是由一条条的命令和结构化语句组成，我们可以把这一条条的shell命令调用看作其它编程语言的函数调用，另外bash也支持定义函数。linux系统常见的shell命令可参考《Linux常见Shell命令》。
（三）脚本参数
在编写shell脚本程序时，很多情况下程序需要获取一些用户输入的信息，这有两种方式，一种是在脚本中使用read命令，当脚本执行到read命令时，会停下等待用户输入后才会继续执行；但在很多时候，脚本往往被自动执行，不适合用户输入，这个可以通过调用脚本时给脚本传入参数来实现，这种场景往往更多。
下面我们来介绍如何给脚本传参数。
在执行 Shell 脚本时，向脚本传递参数，脚本内获取参数的格式为：$n。n 代表一个数字，1 为执行脚本的第一个参数，2 为执行脚本的第二个参数，以此类推……。另外$0 为执行的文件名。
下面举例说明：
假设脚本文件名为test.sh，文件内容如下：
#!/bin/bash
echo $0
echo $1
echo $2
执行如下的命令：
$ ./test.sh tom 20
./test.sh
tom
20
可以看出，我们在调用test.sh传入了两个参数tom和20，在脚本程序中通过2获取到传入的参数，并且通过$0获取到文件名。
为了简单，本文下面的例子演示没有写到脚本文件中进行调用执行，而是直接在控制台$符号下进行的。
二、基本语法
（一）shell变量
变量是任何一门编程语言中的基本特性，变量用于保存值。Linux shell同样支持变量。在shell脚本中，可以创建变量，shell脚本中的变量只在创建它的shell中使用。shell中的变量创建和赋值放在一起，不需要使用任何关键字，只需”变量名=变量值”即可。特别要注意的是，=两边不能有空格。
使用变量时，通过$符号来引用。如下面示例：
$ x=hello
$ echo $x
hello
$ y=12
$ echo $y
12
需要注意的是，上面例子中以符号是shell终端的提示符，该行语句表示执行一条命令。没有$开头行的是命令执行的输出内容。后面的例子一样。
上面示例代码中，第1行定义了变量x，其值为hello。第2行执行echo命令在控制台输出变量x的值，可以看出，引用变量时要在变量名前加$符号。第3行定义了变量y，第4行调用echo命令输出变量y的值。
shell是一种脚本语言，弱类型的，定义变量时不需要声明数据类型。赋值给变量的值全部会当作字符串处理。值可以用双引号或单引号括起来，也可以不用（如上面例子没有用引号括起），如下面例子：
$ x="hello"
$ echo $x
hello
$ x='hello"world'
$ echo $x
hello"world
上面例子中，给变量赋值时，值用引号括起来。
需要注意的是，在shell中，标识符（如变量名）是区分大小写的。
（二）环境变量
Linux下的环境变量与windows下的的环境变量类似。当linux内核启动一个程序时，内核会将一个包含字符串数组的列表传递给程序，这个列表称为命令执行环境，简称为环境，以name=value格式保存了一系列名/值对。
在bash中，我们可以使用这些环境变量。
linux中的环境变量分为持久和临时的，持久的环境变量是在文件中保存的，因为是持久化的，所以永久有效；而临时的环境变量只在内存中，只针对当前shell会话有效。
下面我们先看下如何定义临时的环境变量。通过export命令可以定义环境变量。如下面例子：
$ export myid=100
$ echo $myid
100
上面例子第一句定义了环境变量myid，该变量的值为100，注意等号两边不能有空格。使用环境变量和使用shell变量一样，用$加前缀引用。
在上一节我们介绍了shell变量的使用，那与环境变量有啥区别呢？我们通过例子来说明：
$ myid=100
$ echo $myid
100
$ bash
$ echo $myid
$
上面例子，我们先定义了一个shell变量myid，然后我们在当前会话下运行bash程序（相当于启动了一个子shell），会发现在这子shell中，无法获取到父shell中定义的变量。
我们看下如果定义成环境变量会如何？如下面例子：
$ export myid=100
$ echo $myid
100
$ bash
$ echo $myid
100
$
可以看出，定义成环境变量后，在子shell中就可以使用。
需要说明的是，当在控制台执行一个shell脚本文件时，相当于启动一个子shell，这意味着无法在shell文件中引用外部定义的shell变量，但可以使用环境变量。
下面我们来看下如何持久化环境变量，即将环境变量的设置信息保存在文件中。Linux中环境变量包括系统级和用户级，系统级的环境变量是每个登录到系统的用户都要读取的系统变量，而用户级的环境变量则是该用户使用系统时加载的环境变量。 所以linux保存环境变量的文件也分为系统级和用户级的。
持久化环境变量，很简单，只需将export命令写入到相应的配置文件中。需要说明的是，不同版本的linux系统，所使用的配置文件可能不同，而且这些配置文件还存在相互调用的问题。
用户登陆时，会先执行/etc/profile脚本文件中的命令，为全系统所有用户建立环境变量。我们可以在该文件中设置一些对所有用户都有关的环境变量。需要注意的是，如果修改了该文件中的内容，需要重启系统才能生效。
每个用户特有的环境变量，在该用户的主目录下的脚本中设置。如.bash_profile脚本文件，该文件会调用.bashrc脚本文件，而.bashrc又会调用/etc/bashrc脚本文件。我们可以在.bash_profile或.bashrc中设置本用户特有的环境变量。每次打开shell，.bash_profile都会被执行。如果修改了.bash_profile或.bashrc文件中的内容，需要退出当前shell重新打开shell才能生效。
用户主目录下还有一个脚本文件.bash_logout，当用户退出当前shell时，该脚本会被执行，可以在该脚本中进行一些资源释放操作。
（三）运算符与表达式
表达式是将常量、变量、运算符组合在一起，产生一个值。在本小节我们来介绍算术运算。bash支持的算术运算符和其它语言差不多，包括 +（加）、-（减）、*（乘）、/（整除）、%（取余）
在bash中，与其它语言不同，如下的操作是无法进行算术运算的，如：
$ a=2+3
$ echo $a
2+3
$ a=2 + 3
bash: +: 未找到命令...
上面例子，直接数字相加不是一个表达式，如果+两边无空格，则会被当作一个字符串；如果+两边有空格，则会报错。
我们再看下，有变量参与的情况，例子如下：
$ a=2
$ b=$a+2
$ echo $b
2+2
$ b=$a + 3
bash: +: 未找到命令...
从执行情况看，与常量运算差不多，依然无法进行计算。
在bash中，算术表达式需要有些特殊的写法，第一种方式是利用expr表达式，如下面例子：
$ echo `expr 2 + 2`
4
$ a=3
$ echo `expr $a + 2`
5
也就是说要在表达式前加expr关键字，并将整个内容放在倒引号之中，这才是一个合法的算术表达式。另外要特别注意的是，运算符左右要有空格，没有空格就不会被计算，如下面例子：
$ echo `expr 2+2`
2+2
可以看出，上面例子+左右无空格，被当作了一个字符串。这使用起来比较别扭。
还有一种方式是，使用 $[表达式] 这样的方式，如：
$ echo $[3+5]
8
采用$[]方式的好处是，运算符，如上面的+左右可以有空格，也可以没空格，这个与其它编程语言一样，用起来就不容易出错。
另外使用符号，这样就与其它编程语言中的算术表达式类似，如下面例子：
$ a=12
$ echo $[a-4]
8
$ echo $[a*a]
144
通过内置命令let可以将一个表达式赋值给一个变量，变量的值就是表达式的计算结果，如下面例子：
$ let x=12+14
$ echo $x
26
上面例子，通过内置命令let将一个算术表达式赋值给了一个变量x。可以看出，变量的值就是表达式的计算结果。需要注意的是，=和+两边都不能有空格。
从上面几种算术表达式的编写方式看，还是使用$[]格式最好，不需要关心是否有空格等问题。
需要注意的是：标准的bash只支持整数运算，不支持浮点运算，如下面例子：
$ echo $[12+12]
24
$ echo $[12+12.5]
-bash: 12+12.5: 语法错误: 无效的算术运算符 （错误符号是 ".5"）
可以看出，上面的表达式中有浮点数12.5，会报错。如果想要支持浮点运算，需要使用特殊的第三方包，这里不再介绍。
（四）字符串连接
连接字符串是个常见的操作，不同于很多编程语言，通过+运算符可以将字符串连接，在bash中，连接字符串的方式如下：
$ x=hello
$ y=world
$ z=${x}${y}
$ echo $z
helloworld
从上面例子可以看出，连接字符串时，用{}将变量名括起，注意$符号要放在{}外边。下面再看一个将变量与常量连接的例子：
$ x=hello
$ z=${x}world
$ echo $z
helloworld
（五）数组
bash支持一维数组，将多个空格分开的值放在()可定义数组，利用下标（从0开始）可获取数组的中等个元素。如下面例子：
$ arr=(a b c)
$ echo ${arr[0]}
a
$ echo ${arr[2]}
c
上面例子，先定义了一个数组arr，然后利用 ${数组名[序号]} 这样的方式来获取数组中的元素。
我们还可以利用下标来新建元素或往元素中添加元素，如：
myarr[0]=1
上面语句，如果myarr数组不存在，则会新建一个数组，并添加一个元素。如果已经存在，且指定序号的元素存在，则会替换，bash中的元素序号可以不连续，如：
myarr[5]=2
利用@或*做下标可以获取所有数组的内容，如下面例子：
$ data=( 2 4)
$ echo ${data[*]}
2 4
$ echo ${data[@]}
2 4
获取数组长度的语法是 ${#数组名{*}}，如：
echo ${#data[*]}
三、结构化语句
（一）条件表达式
条件表达式主要用于if条件语句和循环语句中。
bash的条件表达式有如下写法，一种是使用[]的条件表达式，如下面例子：
a=3
b=4
if [ $a == $b ]
then
echo a==b
else
echo a!=b
fi
上面例子中[]之间是一个条件表达式，==是判断是否相等的运算符。需要注意的是，[]内部的两边必须要有空格，运算符==的两边也必须要有空格。这是使用bash编写程序比较别扭和需要注意的地方。
下表列出了bash常用的关系运算符，假定变量 a 为 3，变量 b 为 4：
| 运算符 | 说明 | 举例 |
|---|---|---|
| == | 检测两个数是否相等，相等返回 true。 |
|
| != | 检测两个数是否不相等，相等返回 true。 |
|
| -eq | 检测两个数是否相等，相等返回 true。等同于== | [ |
| -ne | 检测两个数是否不相等，不相等返回 true。等同于!= | [ |
| -gt | 检测左边的数是否大于右边的，如果是，则返回 true。 | [ |
| -lt | 检测左边的数是否小于右边的，如果是，则返回 true。 | [ |
| -ge | 检测左边的数是否大于等于右边的，如果是，则返回 true。 | [ |
| -le | 检测左边的数是否小于等于右边的，如果是，则返回 true。 | [ |
bash也支持逻辑运算符，对两个布尔值进行运算，其中 -a 用于“与”运算；-o用于“或”运算；-o用于“非”运算，如下面例子：
a=3
b=4
if [ $a -lt 5 -a $b -gt 2 ]
then
echo "a 小于 5 且 b 大于 2 "
fi
bash也支持字符串的布尔运算。下表列出了常用的字符串运算符，假定变量 a 为 "abc"，变量 b 为 "efg"：
| 运算符 | 说明 | 举例 |
|---|---|---|
| = | 检测两个字符串是否相等，相等返回 true。 | [ |
| != | 检测两个字符串是否相等，不相等返回 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。 |
| $ | 检测字符串是否为空，不为空返回 true。 | [ $a ] 返回 true。 |
在shell编程中，经常要对文件进行操作。bash提供了很多运算符进行文件的相关测试。相关运算符如下：
- -e 文件名 如果文件存在则为真
- ** -r 文件名 如果文件存在且可读则为真**
- -w 文件名 如果文件存在且可写则为真
- -x 文件名 如果文件存在且可执行则为真
- -s 文件名 如果文件存在且至少有一个字符则为真
- -d 文件名 如果文件存在且为目录则为真
- -f 文件名 如果文件存在且为普通文件则为真
- -c 文件名 如果文件存在且为字符型特殊文件则为真
- -b 文件名 如果文件存在且为块特殊文件则为真
下面看一个例子：
if [ -e test.txt ]
then
echo test.txt is exist
fi
上面代码测试了当前目录下是否存在test.txt文件。
除了使用[]来表示条件表达式外，还可以使用test命令。test是bash的内置命令，test命令用于检查某个条件是否成立，它可以进行数值、字符和文件三个方面的测试，如果成立（即为真）。如下面例子：
a=3
b=4
if test $a == $b
then
echo a==b
else
echo a!=b
fi
对于数值判断，还支持通过(())来进行条件描述，并支持 > ，>= 等运算符，这些运算符[]和test命令不支持，如下面例子：
int=1
while(($int<=5))
do
echo $int
int=$[int+1]
done
使用(())这种写法，运算符，如上面的<=左右是否有空格无所谓。
（二）if语句
bash中的if条件语句，除细微的语法细节不同外，和c，java语言的if语句基本类似。其基本语法格式如下：
if 条件
then
命令...
fi
如果条件为真，则会执行then后的命令（可以有1条或多条命令），if语句以fi结尾。
除 if...then...fi语句外，bash还支持 if ...then...else..fi语句，即当if后的条件为真，执行then后的语句，否则执行else后的语句。
另外还支持 if ..then..[elif ..then]..else..fi 语句，可以有1个或多了elif语句。
因为if语句的语法和其它编程语言类似，上面小节也有举例了，所以不再详细介绍。
（三）case语句
类似c,java中的case语句，用于支持多条件匹配，其语法格式如：
case 值 in
匹配值1)
command1
command2
...
commandN
;;
...
匹配值n）
command1
command2
...
commandN
;;
esac
上面语法有如下要求：
1）case和in之间的值可以是常量或变量
2）每个匹配值后面跟着)右括号
3）某个匹配值被匹配，其后的命令被执行，直至碰到;; （相当于其它语言中的break）。需要说明的是，被匹配的到分支，一定要有;;x
4）如果想匹配任意值，匹配值可写成*，一般放到最后
5）最后整个case语句需要用esac结尾（即case单词反过来写）。
下面我们看一个具体的例子：
num=2
case $num in
1) echo 'num = 1'
;;
2) echo 'num = 2'
;;
3) echo 'num = 3'
;;
4) echo 'num = 4'
;;
*) echo 'num = other'
;;
esac
执行上面代码，发现会输出2.
（四）for循环
bash支持for循环，有如下用法.
1、遍历多个值，如：
$ for v in a b c
> do
> echo $v
> done
a
b
c
上面例子用到了for in do done 四个关键字，in后面跟的是要遍历的列表值，for和in之间是用于代表每次循环元素，执行的命令需要位于 do和done之间。
说明：上面的for语句有换行时，>是控制台自动显示的内容。如果是在脚本中编写，则没有>符号。也可以写在一行，采用如下格式：
for v in a b c; do echo $v; done
2、遍历数组
可以用for语句来遍历数组，如下面例子：
$ for v in ${arr[*]}
> do
> echo $v
> done
3
6
12
3、c语言的风格
也支持类似c语言的for循环风格，如下面例子：
$ for((i=1;i<=5;i++))
> do
> echo $i
> done
1
2
3
4
5
注意，for后面的内容是用两个小括号包围的。
（五）while循环
类似c,java中的while语句，满足条件执行循环中的内容。如下面例子：
int=1
while [ $int -le 5 ]
do
echo $int
int=$[int+1]
done
或改为(())的条件写法
int=1
while(( $int<=5 ))
do
echo $int
let int=int+1hu
done
注意，while后面的条件表达式要放在两个()之间。
同样我们可以使用test内置命令来作为条件，如：
int=1
while test $int -le 5
do
echo $int
let int=int+1
done
（六）break和continue语句
类似c,java中的break和continue，可以跳出循环，或提前结束本次循环。下面看具体例子：
int=1
while [ $int -le 5 ]
do
if (( $int==3 ))
then
break
fi
echo $int
int=$[int+1]
done
上面代码执行，只会输出1,2信息。
再看一个continue的例子：
int=0
while [ $int -le 5 ]
do
int=$[int+1]
if (( $[int%2]==0 ))
then
continue
fi
echo $int
done
上面代码执行，只会输出1,3,5信息。
四、函数
（一）基础
bash支持定义函数，其语法格式为：
[ function ] 函数名 ()
{
命令
[return 整数]
}
上面语法有如下特点：
1）关键字function可选
2）return语句可选，return后面跟0~255的整数值，作为函数返回值。如果无return语句，则以最后一条命令运行结果作为返回值。
下面我们通过具体的例子来说明。我们先来看一个最简单的例子，如：
myfun()
{
echo "this is a fun"
}
上面定义了一个函数，函数名为myfun。
调用函数就同调用shell命令类似，注意不像其它语言，调用时不能加()，如：
$ myfun
this is a fun
上面在$提示符下直接输入myfun就是调用函数。
（二）函数的返回值
我们先看下shell命令执行的返回值，bash中的每条命令执行后都会有一个返回值，一般情况下成功返回值为0，出错的话返回值就是一个非0整数。命令执行的返回值，通过在命令执行后使用$?来获取。
如下面例子：
$ ls test.txt
test.txt
$ echo $?
0
$ ls test5.txt
ls: 无法访问test5.txt: 没有那个文件或目录
$ echo $?
2
$ ls test.txt
test.txt
$ echo $?
0
从上面例子我们可以看出，先使用ls命令显示一个正确的文件后，$?的值为0，这是命令返回结果；然后用ls命令显示不存在的文件，ls命令会报错，这时$?的值为非零值。
bash函数的调用，和执行shell命令类似，其返回值也是通过$?来获取的，这点与其它编程语言差别很大。
前面我们提到，在函数中通过可选的return语句，后面跟0~255的整数值，作为函数返回值。如果无return语句，则以最后一条命令运行结果作为返回值。
下面我们通过例子来说明：
$ myfun()
> {
> echo "this is a fun"
> return 100
> }
$ myfun
this is a fun
$ echo $?
100
上面例子我们先定义了一个函数myfun，然后调用该函数，最后显示$?的值，这个值就是myfun函数中的return后面的值。
下面我们再看一个无return语句的例子，如：
$ myfun()
> {
> rm other.txt
> echo hello
> }
$ myfun
rm: 无法删除"other.txt": 没有那个文件或目录
hello
$ echo $?
0
上面例子中定义的myfun函数中有两条命令，调用函数时，rm命令报错，echo命令正常执行，所以调用函数后获取到的$?的值为0。如果我们试着把这两个命令顺序换下，会发现$?的值不为0，这里不再具体的演示。
（三）函数的参数
Bash的函数也可以有参数，但参数的使用方法和别的编程语言有较大差别，c/java等编程语言的函数参数是在函数声明中定义，而bash函数的参数由调用时决定。
在调用bash函数时，可以向其传递参数。在函数体内部，通过 $n 的形式来获取参数的值，例如，$1表示第一个参数，$2表示第二个参数，下面我们通过例子来说明：
$ myfun()
> {
> echo $1
> echo $2
> }
$ myfun hello 2
hello
2
上面代码中函数myfun通过$1和$2引用了两个函数参数，调用函数时，传入了2个参数，正好对应$1和$2.
如果我们调用时不传入参数值，则函数内的$n的值为空。
结合前面所学的，可以看出，给函数传递参数和给脚本文件传递参数适用方式类似。
五、小结
本文是对linux shell编程的一个学习总结，linux shell是一种脚本语言，具有脚本语言的一些基本特征，如弱类型、解释执行，对变量、结构化语句的支持等，也有一些差异化的语法特点。
