22、Bash脚本实用元素与脚本语言对比

Bash脚本实用元素与脚本语言对比

1. Bash中的算术运算

Bash主要处理文本，如命令、参数和文件名等。不过，它也能计算常见的算术表达式，只需将表达式用双括号 ((expression)) 括起来。由于许多算术字符（如 * 、 ( 和 ) ）会被shell特殊解析，若要在脚本中将参数作为数学表达式处理，最好给参数加上引号。

例如，创建一个名为 arith 的脚本：

#!/bin/bash
answer=$(( $* ))
echo $answer

运行脚本：

admin@server1:~$ ./arith "(8+1)*(7-1)-60"
-6
admin@server1:~$ ./arith "2**60"
1152921504606846976

最新版本的Bash支持64位整数（范围是 -9223372036854775808 到 9223372036854775807），旧版本仅支持32位整数（范围是 -2147483648 到 2147483647），且不支持浮点数。若脚本需要处理浮点数或更高级的运算符，可使用外部程序，如 bc 。

在算术表达式中，使用变量时无需加 $ 符号：

#!/bin/bash
a=$1
b=$(( a+2 ))
echo "$a + 2 = $b"
c=$(( a*2 ))
echo "$a * 2 = $c"

运行脚本：

admin@server1:~$ ./arithexp 6
6 + 2 = 8
6 * 2 = 12

2. if语句

根据测试结果，可执行不同的代码块。Bash使用 if ... fi 语法，还可选择使用 elif （else if）和 else 部分：

if expression1 ; then
    (commands)
elif expression2 ; then
    (commands)
    ...
elif expressionN ; then
    (commands)
else
    (commands)
fi

行尾的 ; then 也可写成在下一行单独的 then ：

if expression
then
    (commands)
fi

示例：

admin@server1:~$ if [[ -x hello ]]
> then
> echo "hello is executable"
> fi
hello is executable

下面是一个更复杂的脚本，用于在 /etc/passwd 文件中查找账户名：

#!/bin/bash
USERID="$1"
DETECTED=$( egrep -o "^$USERID:" < /etc/passwd )
if [[ -n  "${DETECTED}" ]] ; then
    echo "$USERID is one of us    :-)"
else
    echo "$USERID is a stranger   :-("
fi

将此脚本命名为 friendorfoe 并使其可执行，然后测试：

admin@server1:~$ ./friendorfoe root
root is one of us   :-)
admin@server1:~$ ./friendorfoe sasquatch
sasquatch is a stranger  :-(

3. 简单脚本的故障排除

有一个用于删除文件或目录的脚本 delete 存在问题：

#!/bin/bash
if rm $1
    then
    echo file $1 deleted
else
    if rmdir $1
        then
        echo directory $1 deleted
    fi
fi

运行结果：

admin@server1:~$ ./delete hello2
file hello2 deleted
admin@server1:~$ ./delete hello2
rm: cannot remove `hello2': No such file or directory
rmdir: `hello2': No such file or directory
admin@server1:~$ mkdir hello3
admin@server1:~$ ./delete hello3
rm: cannot remove `hello3': Is a directory
directory hello3 deleted

下面是修复步骤：
1. 使用I/O重定向将结果保存到日志和错误文件中。
2. 捕获 rm 命令的返回值以生成成功或失败消息。
3. 捕获当前日期和时间并包含在输出日志中。

修复后的脚本 removefiles ：

#!/bin/bash
# removefiles deletes either files or directories
echo  "$0 ran at" $(date) >> delete.log
if rm $1 2>> delete-err.log
    then
    echo "deleted file $1" >> delete.log
elif rmdir $1 2>> delete-err.log
    then
    echo "deleted directory $1" >> delete.log
else
    echo "failed to delete $1" >> delete.log
fi

此脚本仍有不足，它未检查文件是否存在，也未区分文件和目录。可使用内置运算符进一步修复：

#!/bin/bash
# removefiles deletes either files or directories
echo  "$0 ran at" $(date) >> delete.log
if [ ! -e $1 ]
    then
    echo "$1 does not exist" >> delete.log
elif [ -f $1 ]
    then
    echo -n "file $1 " >> delete.log
    if rm $1 2>> delete-err.log
        then
        echo "deleted" >> delete.log
    else
        echo "not deleted" >> delete.log
    fi
elif [ -d $1 ]
    then
    echo "directory $1 " >> delete.log
    if rmdir $1 2>> delete-err.log
        then
        echo "deleted" >> delete.log
    else
        echo "not deleted" >> delete.log
    fi
fi

若文件名包含空格，需在脚本中再次对其加引号：

#!/bin/bash
# removefiles deletes either files or directories
echo  "$0 ran at" $(date) >> delete.log
if [ ! -e "$1" ]
    then
    echo "$1 does not exist" >> delete.log
elif [ -f "$1" ]
    then
    echo -n "file $1 " >> delete.log
    if rm "$1" 2>> delete-err.log
        then
        echo "deleted" >> delete.log
    else
        echo "not deleted" >> delete.log
    fi
elif [ -d "$1" ]
    then
    echo -n "directory $1 " >> delete.log
    if rmdir "$1" 2>> delete-err.log
        then
        echo "deleted" >> delete.log
    else
        echo "not deleted" >> delete.log
    fi
fi

4. 循环

若要多次执行某操作，需使用循环。Bash有三种循环： for 、 while 和 until 。

4.1 for循环

for arg in list
do
    commands
done

示例：

admin@server1:~$ for stooge in moe larry curly
> do
> echo $stooge
> done
moe
larry
curly
admin@server1:~$ for file in *
> do
> ls -l $file
> done
-rw-r--r--  1 admin admin 48 2006-08-26 14:12 hello
admin@server1:~$ for file in $(find / -name \*.gif)
> do
> cp $file /tmp
> done

4.2 while循环

while expression
do
    stuff
done

示例：

#!/bin/bash
MAX=100
((cur=1))  # Treat cur like an integer
while ((cur < MAX))
    do
    echo -n "$cur "
    ((cur+=1)) # Increment as an integer
    done

4.3 until循环

until expression
do
    stuff
done

示例：

#!/bin/bash
gameover="q"
until [[ $cmd == $gameover ]]
    do
    echo -n "Your commmand ($gameover to quit)? "
    read cmd
    if [[ $cmd != $gameover ]]; then $cmd; fi
    done

使用 break 可跳出循环，使用 continue 可跳过本次循环的剩余部分并回到循环开头。

5. cron作业

Shell脚本常用于组合程序，在Linux中，常见的用途是定义cron作业。cron是标准的Linux作业调度器，可让任务在指定时间执行。

编辑cron作业需编辑 crontab 文件，查看内容：

admin@server1:~$ crontab -l
no crontab for admin

编辑 crontab ：

admin@server1:~$ crontab -e

crontab 文件每行包含时间规范和命令，格式如下：
| 字段 | 范围 | 说明 |
| ---- | ---- | ---- |
| minute | 0 - 59 | 分钟 |
| hour | 0 - 23 | 小时（24小时制） |
| day_of_month | 1 - 31 | 每月的天数 |
| month | 1 - 12 或 月份名 | 月份 |
| day_of_week | 0 - 7（0或7为周日，6为周六）或 星期名 | 星期 |
| command | - | 要执行的命令 |

示例：

5 * * * * rm /tmp/*.gif # remove all GIF files every 5 minutes
5 * * * * rm -v /tmp/*.gif >> /tmp/gif.log # the same, logged

为避免收到cron作业的邮件通知，可将标准输出和标准错误重定向：

command > /dev/null 2>&1

6. 脚本语言对比

Shell主要用于运行命令和展开文件名模式，执行算术计算等其他任务较困难，因为需防止文本被分词和 * 展开。复杂的Shell脚本中，括号、方括号等符号会堆积如山。

如今，可使用更高级的脚本语言完成任务，原因如下：
- 一些应用（如 adduser 和 apt-get ）已自动化了传统的Shell脚本任务。
- Shell脚本扩展性差，难以维护。
- Shell脚本运行速度慢。
- Shell语法复杂。

接下来将使用不同语言编写一个应用，在 /etc/passwd 文件中搜索信息。

7. /etc/passwd 文件格式

/etc/passwd 文件通常包含系统账户、应用账户和用户账户，字段以冒号分隔：
| 字段 | 说明 |
| ---- | ---- |
| 账户名 | 账户的名称 |
| 加密密码 | 若使用 /etc/shadow ，则为 x |
| 用户ID（uid） | 用户的唯一标识 |
| 组ID（gid） | 用户所属组的标识 |
| 全名或描述 | 用户的全名或描述信息 |
| 主目录 | 用户的主目录路径 |
| Shell | 用户登录时使用的Shell |

我们主要关注第五个字段（全名或描述），在Unix中，该字段被称为 gecos 字段。

8. 脚本版本

下面将逐步编写在 /etc/passwd 文件中搜索信息的脚本。

8.1 简单的Bash脚本

#!/bin/bash
grep -i "$1" /etc/passwd

将此脚本命名为 finduser.sh 并使其可执行：

admin@server1:~$ chmod +x finduser.sh
admin@server1:~$ ./finduser.sh alf
adedarc:x:500:500:Alfredo de Darc:/home/adedarc:/bin/bash

8.2 限制搜索到 gecos 字段

#!/bin/bash
pattern=$1
IFS=":"
while read account password uid gid name directory shell
    do
    # Exact case-sensitive matches only!
    if [[ $name == $pattern ]]; then
        echo "$account:$password:$uid:$gid:$name:$directory:$shell"
        fi
        done < /etc/passwd

8.3 增加大小写不敏感匹配

#!/bin/bash
pattern=$1
IFS=":"
while read account password uid gid name directory shell
    do
    if [[ $(echo $name | egrep -i -c "$pattern") -gt 0 ]]; then
        echo "$account:$password:$uid:$gid:$name:$directory:$shell"
        fi
        done < /etc/passwd

8.4 限制搜索到用户ID大于500的账户

#!/bin/bash
pattern=$1
IFS=":"
while read account password uid gid name directory shell
    do
    # Exact matches only!
    if [[ $uid -gt 500 && $(echo $name | egrep -i -c "$pattern") -gt 0 ]]; then
        echo "$account:$password:$uid:$gid:$name:$directory:$shell"
        fi
        done < /etc/passwd

综上所述，通过本文我们了解了Bash脚本中算术运算、条件语句、循环、cron作业的使用，以及如何编写在 /etc/passwd 文件中搜索信息的脚本。同时，我们也看到了Shell脚本的局限性，以及使用更高级脚本语言的优势。在实际应用中，可根据具体需求选择合适的脚本语言和方法。

Bash脚本实用元素与脚本语言对比

9. 不同脚本语言的实现

9.1 Perl脚本

首先，我们来看一个简单的Perl脚本，用于在 /etc/passwd 文件中搜索指定字符串：

#!/usr/bin/perl
use strict;
use warnings;

my $pattern = $ARGV[0];
open(my $passwd_fh, '<', '/etc/passwd') or die "Can't open /etc/passwd: $!";
while (my $line = <$passwd_fh>) {
    if ($line =~ /$pattern/i) {
        print $line;
    }
}
close($passwd_fh);

操作步骤：
1. 将上述代码保存为一个 .pl 文件，例如 finduser_perl.pl 。
2. 给脚本添加执行权限： chmod +x finduser_perl.pl 。
3. 运行脚本： ./finduser_perl.pl alf

接下来，我们将搜索范围限制到 gecos 字段：

#!/usr/bin/perl
use strict;
use warnings;

my $pattern = $ARGV[0];
open(my $passwd_fh, '<', '/etc/passwd') or die "Can't open /etc/passwd: $!";
while (my $line = <$passwd_fh>) {
    my @fields = split(/:/, $line);
    my $gecos = $fields[4];
    if ($gecos =~ /$pattern/i) {
        print $line;
    }
}
close($passwd_fh);

最后，我们进一步限制搜索到用户ID大于500的账户：

#!/usr/bin/perl
use strict;
use warnings;

my $pattern = $ARGV[0];
open(my $passwd_fh, '<', '/etc/passwd') or die "Can't open /etc/passwd: $!";
while (my $line = <$passwd_fh>) {
    my @fields = split(/:/, $line);
    my $uid = $fields[2];
    my $gecos = $fields[4];
    if ($uid > 500 && $gecos =~ /$pattern/i) {
        print $line;
    }
}
close($passwd_fh);

9.2 PHP脚本

下面是一个简单的PHP脚本，用于在 /etc/passwd 文件中搜索指定字符串：

<?php
$pattern = $argv[1];
$passwd_file = file('/etc/passwd', FILE_IGNORE_NEW_LINES);
foreach ($passwd_file as $line) {
    if (stripos($line, $pattern) !== false) {
        echo $line . PHP_EOL;
    }
}
?>

操作步骤：
1. 将上述代码保存为一个 .php 文件，例如 finduser_php.php 。
2. 运行脚本： php finduser_php.php alf

将搜索范围限制到 gecos 字段的PHP脚本：

<?php
$pattern = $argv[1];
$passwd_file = file('/etc/passwd', FILE_IGNORE_NEW_LINES);
foreach ($passwd_file as $line) {
    $fields = explode(':', $line);
    $gecos = $fields[4];
    if (stripos($gecos, $pattern) !== false) {
        echo $line . PHP_EOL;
    }
}
?>

进一步限制搜索到用户ID大于500的账户的PHP脚本：

<?php
$pattern = $argv[1];
$passwd_file = file('/etc/passwd', FILE_IGNORE_NEW_LINES);
foreach ($passwd_file as $line) {
    $fields = explode(':', $line);
    $uid = $fields[2];
    $gecos = $fields[4];
    if ($uid > 500 && stripos($gecos, $pattern) !== false) {
        echo $line . PHP_EOL;
    }
}
?>

9.3 Python脚本

简单的Python脚本，用于在 /etc/passwd 文件中搜索指定字符串：

import sys

pattern = sys.argv[1]
with open('/etc/passwd', 'r') as f:
    for line in f:
        if pattern.lower() in line.lower():
            print(line.strip())

操作步骤：
1. 将上述代码保存为一个 .py 文件，例如 finduser_python.py 。
2. 运行脚本： python finduser_python.py alf

将搜索范围限制到 gecos 字段的Python脚本：

import sys

pattern = sys.argv[1]
with open('/etc/passwd', 'r') as f:
    for line in f:
        fields = line.strip().split(':')
        gecos = fields[4]
        if pattern.lower() in gecos.lower():
            print(line.strip())

进一步限制搜索到用户ID大于500的账户的Python脚本：

import sys

pattern = sys.argv[1]
with open('/etc/passwd', 'r') as f:
    for line in f:
        fields = line.strip().split(':')
        uid = int(fields[2])
        gecos = fields[4]
        if uid > 500 and pattern.lower() in gecos.lower():
            print(line.strip())

10. 不同脚本语言的优缺点对比

脚本语言	优点	缺点
Bash	- 与系统命令集成良好，适合简单的系统管理任务。 - 无需额外安装，在Linux系统中广泛存在。	- 算术运算和复杂逻辑处理较困难。 - 扩展性和可维护性较差。
Perl	- 强大的文本处理能力，正则表达式支持优秀。 - 有丰富的模块库。	- 语法相对复杂，代码可读性可能较差。
PHP	- 易于学习和上手，有大量的内置函数。 - 适合Web开发和简单的脚本任务。	- 主要用于Web环境，在系统管理方面的功能相对较弱。
Python	- 语法简洁，代码可读性高。 - 有丰富的第三方库，可用于各种领域。	- 运行速度相对较慢。

11. 总结与建议

在选择脚本语言时，需要根据具体的任务需求来决定：
- 如果是简单的系统管理任务，如文件操作、进程管理等，Bash脚本是一个不错的选择。
- 对于复杂的文本处理和正则表达式匹配，Perl可能更合适。
- 如果任务与Web开发相关，或者需要快速实现一个简单的脚本，PHP是一个好的选择。
- 对于数据处理、机器学习等复杂任务，Python是首选，其丰富的库可以大大提高开发效率。

通过本文，我们详细了解了Bash脚本的各种实用元素，包括算术运算、条件语句、循环、cron作业等，同时对比了不同脚本语言在处理 /etc/passwd 文件搜索任务时的实现方式和优缺点。希望这些内容能帮助你在实际应用中选择合适的脚本语言和方法。

下面是一个简单的mermaid流程图，展示了在 /etc/passwd 文件中搜索信息的基本流程：

graph TD;
    A[开始] --> B[读取搜索模式];
    B --> C[打开 /etc/passwd 文件];
    C --> D[逐行读取文件];
    D --> E{是否匹配模式};
    E -- 是 --> F[输出匹配行];
    E -- 否 --> D;
    D --> G{是否到达文件末尾};
    G -- 否 --> D;
    G -- 是 --> H[关闭文件];
    H --> I[结束];

这个流程图清晰地展示了在 /etc/passwd 文件中搜索指定字符串的基本步骤，从读取搜索模式开始，逐行检查文件内容，输出匹配的行，直到文件结束。