Shell 编程：函数、变量作用域与数组全面解析

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#linux #服务器 #运维

🐚 Shell 编程进阶：函数、变量作用域与数组全面解析

在学习 Shell 脚本的过程中，很多人一开始都觉得写个小脚本挺简单：几行命令拼在一起，能跑就行。但当脚本逐渐变复杂，就会遇到很多看似“小问题”，比如：

为什么函数里定义的变量会影响到外面？
局部变量和全局变量的区别究竟是什么？
Shell 的数组和其他语言里的数组完全一样吗？

这些问题看似细节，实则关乎脚本的健壮性和可维护性。如果不搞清楚，就容易写出“能跑，但一改就崩”的脚本。本文将带你系统理解 函数、变量作用域与访问优先级、数组 三个重要主题，并通过案例和类比让你能快速消化。

一、函数：脚本的“工具箱”

为什么要用函数？

在写脚本时，如果逻辑越来越长，复制粘贴同一段命令往往不可避免。但复制意味着风险：一旦逻辑需要修改，你得改所有地方，稍有遗漏就出 Bug。

函数的存在就是为了解决这个问题。它把一段逻辑“封装”起来，像工具箱里的扳手一样，需要时拿来用，不用时就收起来。这不仅减少重复，也让脚本更易读。

基本用法

function greet() {
  echo "Hello, $1"
}

say_goodbye() {
  echo "Goodbye, $1"
}

函数有两种定义方式，带不带 function 都可以。
参数通过 $1, $2 这样的形式传入，$0 是脚本自身的名字。

实战案例：日志函数

实际开发中，一个非常常见的需求是打印日志。与其到处写 echo，不如写个日志函数：

log() {
  local level=$1
  shift
  echo "[$(date '+%F %T')] [$level] $*"
}

log INFO "开始执行脚本"
log ERROR "文件不存在"

输出结果非常直观：

[2025-09-01 15:20:01] [INFO] 开始执行脚本
[2025-09-01 15:20:02] [ERROR] 文件不存在

👉 可以把函数理解成“胶水”，把零散的命令粘合成模块化的功能。

二、变量作用域与访问优先级

全局与局部的区别

Shell 的变量和很多编程语言不一样：默认情况下，所有变量都是全局的。这意味着你在函数里改动一个变量，很可能直接影响到外面。

x=10
foo() {
  x=20
}
foo
echo $x   # 输出 20

这种“污染”可能让调试变得异常痛苦。于是 local 关键字应运而生。它让变量的作用范围仅限于函数内部：

x=10
foo() {
  local x=20
  echo "函数内: $x"
}
foo
echo "函数外: $x"   # 仍然是 10

👉 类比一下：

全局变量 = 公司大茶水间里的零食，谁都能拿；
局部变量 = 你办公桌抽屉里的小零食，只你自己能吃。

访问优先级

当函数内外都有同名变量时，Shell 会优先使用局部变量：

name="global"
foo() {
  local name="local"
  echo "函数内: $name"
}
foo
echo "函数外: $name"

输出：

函数内: local
函数外: global

此外，如果变量被 readonly 修饰，就相当于“上了锁”，无论在什么作用域都不能被修改。

三、数组：批量处理数据的利器

在运维脚本中，很多时候需要同时处理一批数据，比如服务列表、文件路径、用户账号等。这时数组就派上用场。

一维数组

arr=(apple banana cherry)

echo ${arr[0]}   # apple
echo ${arr[2]}   # cherry

遍历数组：

for item in "${arr[@]}"; do
  echo $item
done

⚡ 小提示：

${arr[@]} 表示所有元素，逐个展开；
${arr[*]} 在某些上下文会被当成一个整体字符串。

操作数组

arr=(10 20 30)

arr[1]=200       # 修改
echo ${#arr[@]}  # 获取长度
echo ${!arr[@]}  # 获取索引列表

unset arr[1]     # 删除某个元素
echo ${arr[@]}   # 10 30

关联数组

Bash 4.0+ 提供了“键值对”形式的数组，类似 Python 字典：

declare -A scores
scores["Alice"]=90
scores["Bob"]=85

echo ${scores["Alice"]}  # 90

👉 类比理解：

普通数组 = 一排格子（用编号取值）；
关联数组 = 字典（用名字取值）。

四、综合实战：服务监控小脚本

把函数、变量作用域和数组结合，就能写出简洁而强大的工具。比如一个服务监控脚本：

#!/bin/bash

log() {
  local level=$1
  shift
  echo "[$(date '+%F %T')] [$level] $*"
}

check_services() {
  local services=("$@")
  for s in "${services[@]}"; do
    if systemctl is-active --quiet "$s"; then
      log INFO "服务 $s 正常运行"
    else
      log ERROR "服务 $s 异常停止"
    fi
  done
}

services=("nginx" "mysql" "redis")
check_services "${services[@]}"

执行效果：

[2025-09-01 15:30:01] [INFO] 服务 nginx 正常运行
[2025-09-01 15:30:01] [ERROR] 服务 mysql 异常停止
[2025-09-01 15:30:01] [INFO] 服务 redis 正常运行

这就是一个实际可用的“迷你监控工具”，几乎能直接上生产。

五、结语

回顾一下本文的三个重点：

函数：让脚本模块化、复用化，减少重复劳动。
变量作用域：通过 local 控制作用范围，避免全局污染。
数组：批量管理数据，既支持顺序存储，又支持键值对。

学会这三块内容，你会发现 Shell 不再只是“拼命写命令”的工具，而是可以构建优雅、健壮、可维护脚本的语言。

如果你经常写脚本，强烈建议多用函数封装逻辑、合理规划变量作用域，并用数组管理数据结构——这样你的脚本将不仅能跑，还能跑得漂亮。

Shell：命令解释器，是用户与操作系统内核交互的桥梁。常见的有 bash、zsh、sh。

Bash (Bourne Again Shell)：最常见的 Shell，是 Linux 系统默认使用的。

脚本 (Script)：由一系列命令组成的文件，可以被 Shell 顺序执行。

Shebang (#!)：脚本开头的声明，指定用哪个解释器执行，例如 #!/bin/bash。

内建命令 (Builtin command)：Shell 自身提供的命令，如 cd、echo，无需额外进程。

外部命令 (External command)：独立的可执行程序，如 ls、grep，执行时会启动新进程。

环境变量 (Environment variable)：操作系统级别的变量，影响 Shell 和子进程运行环境，比如 PATH、HOME。

位置参数 (Positional parameters)：函数或脚本运行时传入的参数，用 $1, $2, … 访问。

退出状态码 (Exit status)：命令执行的结果，0 表示成功，非 0 表示失败，可通过 $? 获取。