【Shell编程-1】Shell的历史发展与基础命令、变量、常量

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1. Shell 的历史和发展
2. Shell 变量与常量

1. Shell 的历史和发展

1.1 什么是 Shell

Shell 是一种命令行界面（CLI），用来与操作系统交互，它提供了一种与计算机系统进行通信的方式。Shell 是操作系统的命令解释器，负责接收用户输入的命令并将其传递给操作系统内核执行。它的主要作用是通过命令行控制操作系统和应用程序。

Shell 最早起源于 Unix 系统，它为用户提供了一个便捷的接口，使用户能够执行各种操作，如文件管理、程序执行、系统监控等。随着时间的推移，Shell 发展出了不同的版本，最常见的 Shell 有以下几种：

Bash（Bourne Again Shell）：是最常用的 Shell，尤其是在 Linux 和 macOS 系统中。它继承了 Bourne Shell 的基本功能，并加入了许多增强的特性，如命令补全、历史记录、脚本编程等。
Zsh（Z Shell）：是一个功能强大的 Shell，提供了更加丰富的自动补全和提示功能。Zsh 支持多种插件和主题，是开发者中非常流行的选择。
Fish（Friendly Interactive Shell）：以用户友好和可交互性为特点，具有自动提示、语法高亮等功能，非常适合新手使用。

每种 Shell 都有其独特的特点和优势，但它们的基本功能类似，都用于处理命令、执行脚本和管理系统。

1.2 Unix Shell 的起源

Shell 是一种命令行界面程序，它充当用户与操作系统之间的桥梁。Shell 允许用户输入命令并通过操作系统进行处理，通常也作为脚本执行环境。最早的 Shell 出现在 1960 年代，与 Unix 操作系统的诞生密切相关。

初期的 Shell：Shell 的概念最早出现在 1970 年代初期的 Unix 操作系统中，由 Ken Thompson 和 Brian Kernighan 设计。最初的 Shell 是 Thompson Shell，它的功能相对简单，主要用于用户与系统交互。
Bourne Shell（sh）：1977年，Stephen Bourne 创建了 Bourne Shell（通常称为 sh）。Bourne Shell 是 Unix 系统中最基础、最常见的 Shell 之一，也是 Unix Shell 的重要奠基石。它提供了更丰富的功能，比如脚本执行、输入输出重定向等，成为后续 Shell 的基础。
C Shell（csh）：C Shell 由 Bill Joy 在 1978 年设计，它与 Bourne Shell 相比，提供了更多的交互功能，例如历史记录和命令别名等。尽管 C Shell 在一些方面改进了用户体验，但其脚本语法并不如 Bourne Shell 简单易懂。
Korn Shell（ksh）：1980年代，David Korn 开发了 Korn Shell，它综合了 Bourne Shell 和 C Shell 的优点，增加了许多新的特性，例如数组和内建数学运算。Korn Shell 是 Unix 环境中另一个重要的脚本语言。
Z Shell（zsh）：Z Shell 是由 Paul Falstad 在 1990 年代初期创建的，它的设计目标是结合 C Shell 和 Korn Shell 的优点，并进一步改进 Shell 的交互性。它支持自动补全、拼写纠错和扩展的脚本功能，使其成为一个功能非常强大的 Shell。

1.3 为什么学习 Bash 是一个很好的起点？

虽然有多种 Shell 可供选择，但 Bash 依然是最流行且最重要的 Shell，对于学习和实践 Shell 脚本有着不可替代的优势：

广泛使用：Bash 是 Linux 系统中最常见的 Shell，也是 macOS 默认的 Shell。很多服务器、云平台和操作系统都将 Bash 作为默认的 Shell。
兼容性强：Bash 与其他 Unix Shell（如 sh、ksh）保持较高的兼容性，即我们写的 Bash 脚本在大多数 Unix 系统上都能运行。
丰富的社区资源：作为最流行的 Shell，Bash 拥有庞大的社区和丰富的文档支持。
功能强大：Bash 支持强大的脚本功能和许多扩展，例如命令行补全、历史记录、条件判断、循环结构、文件操作等。
可拓展性和自定义：Bash 提供了丰富的配置选项和插件系统，允许用户根据自己的需求进行个性化定制。

1.4 基础 Shell 命令

Shell 提供了许多用于管理文件、进程、用户和系统的命令。下面会列举一些常见的 Shell 命令：

ls：列出当前目录中的文件和目录。常用选项包括 -l（长格式显示）、-a（显示隐藏文件）和 -h（以可读的格式显示文件大小）。
```
ls -lah
```
cd：改变当前工作目录。常用于导航文件系统。
```
cd /path/to/directory
```
cp：复制文件或目录。常用选项包括 -r（递归复制目录）和 -i（覆盖前提示）。
```
cp source_file destination_file
```
mv：移动文件或重命名文件。
```
mv oldname newname
```
rm：删除文件或目录。常用选项包括 -r（递归删除目录）和 -f（强制删除）。
```
rm -rf /path/to/directory
```
echo：输出文本到控制台，常用于打印信息或调试。
```
echo "Hello, World!"
```
cat：查看文件内容，支持文件拼接。
```
cat filename
```
grep：查找文件中匹配的文本。常用于从文件中提取特定的行或内容。
```
grep "pattern" filename
```
find：在文件系统中查找文件或目录。支持多种条件和操作。
```
find /path/to/search -name "*.txt"
```
chmod：改变文件或目录的权限。常用于设置文件的读、写、执行权限。
```
chmod 755 filename
```
ps：查看当前运行的进程。常用于系统监控和进程管理。
```
ps aux
```

2. Shell 变量与常量

2.1 定义变量

Shell 编程中，变量是用来存储值的标识符。它可以在脚本执行期间被引用和修改。变量分为 本地变量 和 环境变量，它们在作用范围和用途上有所不同。

本地变量：仅在当前 Shell 会话中有效，定义后不会影响其他会话或子进程。
环境变量：可以在当前会话以及子进程中共享，通常用于存储系统配置和程序运行所需的信息。

定义本地变量

定义本地变量时，直接使用赋值语句即可，变量名不允许有空格，通常使用字母、数字和下划线（_）组成。

# 定义变量
name="Alice"
age=25

# 引用变量
echo "Name: $name, Age: $age"

注意：

变量名和等号之间不能有空格。
引用变量时需要在变量名前加 $ 符号，例如 $name。
如果变量值包含空格或特殊字符，需要用双引号 "" 包裹。

定义环境变量

要将变量导出为环境变量，可以使用 export 命令。

export PATH="/usr/local/bin:$PATH"

这里的 PATH 是一个环境变量，用于存储系统查找可执行程序的路径。

变量替换

变量替换是 Shell 编程中用于动态获取或计算变量值的技术。以下是几种常用的变量替换方法：

基本替换：直接使用 $var 或 ${var} 获取变量的值。

name="Alice"
echo $name      # 输出：Alice
echo ${name}    # 输出：Alice

命令替换：使用 $( ) 或反引号 ` ` 执行命令并获取其结果。

current_date=$(date)       # 使用 $( )
echo "Today is $current_date"

current_date=`date`        # 使用反引号
echo "Today is $current_date"

算术替换：使用 $(( )) 进行整数运算。

a=5
b=10
result=$((a + b))          # 计算 5 + 10
echo "Result: $result"     # 输出：15

默认值替换：为变量设置默认值，当变量未定义或为空时使用。
```
echo ${name:-"Unknown"}    # 如果 name 未定义，输出 Unknown
```

2.2 常量

**Shell 中的常量是指不能被修改的变量。**可以通过 readonly 命令将变量设置为只读，或者直接定义为环境变量。

使用 `readonly` 定义只读变量

readonly PI=3.14
echo $PI                  # 输出：3.14

PI=3.14159                # 尝试修改，报错：PI: readonly variable

使用 `export` 定义环境变量

export HOME_PATH="/home/user"
echo $HOME_PATH           # 输出：/home/user

预定义环境变量

Shell 提供了一些常见的预定义环境变量，用于获取系统和会话信息，例如：

HOME：当前用户的主目录。
PATH：系统查找可执行程序的路径。
USER：当前登录的用户名。
PWD：当前工作目录。

echo $HOME                # 输出用户主目录路径
echo $PATH                # 输出系统的 PATH 环境变量