42、Linux 脚本编写与编程入门

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于 2025-09-04 16:06:56 发布

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分类专栏： Linux全栈指南：从入门到精通文章标签： Linux脚本 awk sed

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Linux 脚本编写与编程入门

1. 使用 awk 和 sed 处理书籍数据库

在处理书籍数据库时，我们可能会遇到需要更新国际标准书号（ISBN）的情况。以前，ISBN 是 10 位数字，现在新书的 ISBN 是 13 位数字。为了使数据库符合当前标准，我们需要为每个条目添加一个新的字段，即 ISBN - 13 号。

1.1 计算 ISBN - 13 号

要计算现有数据库条目的 ISBN - 13 号，我们从 978 开始，然后使用旧 ISBN 的前 9 位数字。第 13 位数字是通过以下数学计算得到的校验位：
1. 将所有奇数位数字相加（第 1、3、5 位等）。
2. 将所有偶数位数字乘以 3 后相加。
3. 将步骤 2 的总和与步骤 1 的总和相加。
4. 找出需要添加多少才能将该数字四舍五入到最接近的 10。这个值就是第 13 位数字。

例如，对于 10 位 ISBN 0743477103：
1. 奇数位数字相加：9 + 8 + 7 + 3 + 7 + 1 = 35。
2. 偶数位数字乘以 3 后相加：7 * 3 = 21；0 * 3 = 0；4 * 3 = 12；4 * 3 = 12；7 * 3 = 21；0 * 3 = 0；21 + 0 + 12 + 12 + 21 + 0 = 66。
3. 总和相加：66 + 35 = 101。
4. 四舍五入到最接近的 10：110 - 101 = 9。

因此，ISBN - 13 变为 9780743477109。

1.2 处理数据库的步骤

以下是更新数据库的具体步骤：
1. 提取 ISBN ：
- 使用 cut 工具提取每行的前 9 个字符： cut -c1 - 9 books 。
- 使用 sed 在每个数字之间添加空格： sed 's/[0 - 9]/& /g' 。
- 使用 sed 在每行开头添加 978： sed 's/^/9 7 8 /' 。
- 使用 sed 去除行尾的空格： sed 's/ $//' 。
- 将结果写入临时文件 isbn2 ： cut -c1 - 9 books | sed 's/[0 - 9]/& /g' | sed 's/^/9 7 8 /' | sed 's/ $//' > isbn2 。

临时文件 `isbn2` 的内容如下：
```
9 7 8 0 7 4 3 4 7 7 1 0
9 7 8 1 5 7 8 5 1 8 5 2
9 7 8 0 3 2 1 3 4 9 9 4
9 7 8 1 5 8 7 0 5 2 4 1
```

计算第 13 位数字 ：
- 使用 awk 计算奇数位和偶数位数字的总和，并计算余数：
  bash awk '{ x=$1+$3+$5+$7+$9+$11 ; y=$2+$4+$6+$8+$10+$12 ; y=y*3 ; x=x+y ; y=x%10 ; print y }'
- 使用 sed 进行转换： sed 'y/12346789/98764321/' 。
- 将两个操作组合并将结果写入临时文件 isbn3 ：
  bash awk '{ x=$1+$3+$5+$7+$9+$11 ; y=$2+$4+$6+$8+$10+$12 ; y=y*3 ; x=x+y ; y=x%10 ; print y }' | sed 'y/12346789/98764321/' > isbn3
临时文件 isbn3 的内容如下：
9 4 1 5
添加第 13 位数字到其他 12 位数字 ：
- 使用 paste 工具将两个临时文件合并： paste -d" " isbn2 isbn3 。
- 使用 sed 去除空格： sed 's/ //g' 。
- 在每行开头添加冒号： sed 's/^/:/' 。
- 将结果写入临时文件 isbn4 ： paste -d" " isbn2 isbn3 | sed 's/ //g' | sed 's/^/:/' > isbn4 。
临时文件 isbn4 的内容如下：
:9780743477109 :9781578518524 :9780321349941 :9781587052415
完成处理 ：
- 使用 paste 将临时文件的内容追加到当前数据库： paste books isbn4 。
- 使用 sed 去除制表符： sed 's/\t//g' 。
- 将结果写入新文件 newbooks ： paste books isbn4 | sed 's/\t//g' > newbooks 。
最终文件 newbooks 的内容如下：
0743477103:Macbeth:Shakespeare, William:9780743477109 1578518520:The Innovator's Solution:Christensen, Clayton M.:9781578518524 0321349946:(SCTS) Symantec Certified Technical Specialist:Alston, Nik:9780321349941 1587052415:Cisco Network Admission Control, Volume I:Helfrich, Denise:9781587052415

2. 关于 Shell 脚本编写的最终提示

自动化运行 ：创建脚本后，可以使用 at 一次性运行，或使用 cron 定期运行。
条件表达式 ：可以使用 if 、 while 和 until 等条件表达式来监测事件的发生，或在某些内容消失时得到通知。
权限设置 ：可以像设置其他文件的权限一样设置 Shell 脚本的权限，例如创建可供管理组成员共享的脚本。

3. Linux 编程概述

Linux 预装了开发软件所需的所有工具，通常只需安装它们即可。Linux 拥有所有 GNU 软件开发工具，如 GCC（C 和 C++ 编译器）、GNU make 和 GNU 调试器。

3.1 编程基础

计算机程序是执行特定任务的指令序列。对于大多数编程语言，创建计算机程序通常需要以下步骤：
1. 使用文本编辑器输入编程语言的命令序列，这就是源文件或源代码。要始终将源代码保存为纯文本。
2. 使用编译器将源文件从人类可读形式转换为机器可读的目标代码，通常还会将多个目标代码文件合并为一个可运行的计算机程序。
3. 使用调试器跟踪错误并找出源文件中可能导致错误的行。
4. 返回步骤 1，使用文本编辑器纠正错误，然后重复其余步骤。

这些步骤被称为编程的编辑 - 编译 - 调试循环，因为大多数程序员在程序正确运行之前需要多次重复这个序列。

3.2 编程术语和概念

变量：用于存储不同类型的数据，就像有名称和存储空间的邮箱。
表达式 ：通过数学运算符或文本操作函数组合变量。
语句：执行某些操作，如为变量赋值或打印字符串。
流控制语句 ：根据表达式的值允许语句以不同顺序执行，通常包括 for 、 do - while 、 while 和 if - then - else 语句。
函数：将多个语句分组并命名，可以通过调用函数多次执行相同的语句集。编程语言通常提供许多预定义函数，也可以创建自己的函数。

4. Linux 中的软件开发工具

Linux 支持以下传统 Unix 软件开发工具：
| 工具名称 | 作用 |
| ---- | ---- |
| 文本编辑器（如 vi 和 emacs） | 编辑源代码 |
| GNU C 和 C++ 编译器（GCC） | 编译和链接 C 和 C++ 程序 |
| GNU make 工具 | 自动化软件构建过程 |
| GNU 调试器（gdb） | 调试程序 |
| 版本控制系统（如 Git） | 跟踪源文件的各种修订版本 |

可以在任何 Linux 发行版中安装这些软件开发工具。在某些发行版中，这些工具默认安装。如果没有安装，可以通过命令行或图形界面进行安装。

5. GNU C 和 C++ 编译器

GCC 是 Linux 中最重要的软件开发工具，它可以编译三种语言：C、C++ 和 Objective - C。使用相同的 gcc 命令编译和链接 C 和 C++ 源文件，并且支持 ANSI 标准 C，便于将任何 ANSI C 程序移植到 Linux。

5.1 使用 GCC

使用 gcc 命令调用 GCC。默认情况下，对源文件使用 gcc 命令时，GCC 会进行预处理、编译和链接以创建可执行文件。可以使用 GCC 选项在中间阶段停止该过程，例如使用 -c 选项编译源文件并生成目标文件，但不进行链接步骤。

例如，编译和链接由两个源文件组成的简单程序：
- area.c 文件内容：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
/* Function prototype */
double area_of_circle(double r);
int main(int argc, char **argv)
{
    if(argc < 2)
    {
        printf("Usage: %s radius\n", argv[0]);
        exit(1);
    }
    else
    {
        double radius = atof(argv[1]);
        double area = area_of_circle(radius);
        printf("Area of circle with radius %f = %f\n",
               radius, area);
    }
    return 0;
}

circle.c 文件内容：

#include <math.h>
#define SQUARE(x) ((x)*(x))
double area_of_circle(double r)
{
    return M_PI * SQUARE(r);
}

编译和链接这两个文件以创建名为 area 的可执行文件：

gcc -o area area.c circle.c

如果有多个源文件需要编译和链接，可以分别编译每个源文件生成目标文件，然后再进行链接：

gcc -c area.c
gcc -c circle.c
gcc -o area area.o circle.o

编译完成后，可以从命令行运行 area 程序：

rich@Ubuntu22:~$ ./area 5
Area of circle with radius 5.000000 = 78.539816
rich@Ubuntu22:~$

5.2 编译 C++ 程序

GCC 也可以编译 C++ 源文件，它通过文件扩展名来确定文件是 C 还是 C++。C 文件的扩展名是小写的 .c ，而 C++ 文件以 .C 或 .cpp 结尾。

虽然 gcc 命令可以编译 C++ 文件，但它不会自动链接 C++ 程序通常需要的各种类库。使用 g++ 命令编译和链接 C++ 程序很方便，因为它会以适当的选项运行 gcc 。不过，在某些发行版（如 Ubuntu）中，需要单独安装 g++ 包。

例如，编译以下简单的 C++ 程序：

#include <iostream>
int main()
{
    using namespace std;
    cout << "Hello! This is Linux!" << endl;
}

总之，通过掌握这些脚本编写和编程的基础知识，我们可以更加高效地在 Linux 系统上进行开发工作。无论是处理数据库还是编写复杂的程序，Linux 都提供了丰富的工具和资源。

Linux 脚本编写与编程入门

6. 软件构建自动化：GNU make 工具

GNU make 工具在 Linux 软件开发中扮演着重要角色，它能够自动化软件的构建过程，将多个目标模块组合成可执行文件或库。

6.1 make 的基本原理

make 工具通过读取一个名为 Makefile 的文件来工作。 Makefile 中包含了一系列规则，这些规则定义了如何从源文件生成目标文件，以及如何将目标文件链接成可执行文件。

例如，对于前面提到的计算圆面积的程序，其 Makefile 可以如下编写：

area: area.o circle.o
    gcc -o area area.o circle.o

area.o: area.c
    gcc -c area.c

circle.o: circle.c
    gcc -c circle.c

clean:
    rm -f area area.o circle.o

在这个 Makefile 中：
- 第一行定义了目标 area ，它依赖于 area.o 和 circle.o 这两个目标文件。当执行 make area 时，会根据规则执行 gcc -o area area.o circle.o 来生成可执行文件 area 。
- 接下来的两行分别定义了 area.o 和 circle.o 的生成规则，使用 gcc -c 命令将对应的源文件编译成目标文件。
- 最后一行的 clean 规则用于清理生成的文件，执行 make clean 会删除 area 、 area.o 和 circle.o 文件。

6.2 使用 make

在终端中，只需进入包含 Makefile 的目录，然后输入 make 命令，make 工具会根据 Makefile 中的规则自动完成编译和链接过程。如果只想编译某个目标文件，可以指定目标名称，如 make area.o 。

7. 调试程序：GNU 调试器 gdb

在软件开发过程中，调试是必不可少的环节。Linux 发行版通常包含 GNU 调试器 gdb，它可以帮助我们找出程序中的错误。

7.1 准备调试

在编译源文件时，需要使用 -g 选项来包含调试信息。例如，对于前面的 area.c 和 circle.c 文件，编译命令如下：

gcc -g -c area.c
gcc -g -c circle.c
gcc -g -o area area.o circle.o

7.2 使用 gdb 调试

在终端中输入 gdb area 进入 gdb 调试环境。以下是一些常用的 gdb 命令：
- l （list）：列出源代码。
- b （break）：设置断点，如 b main 会在 main 函数处设置断点。
- r （run）：运行程序，程序会在断点处停止。
- n （next）：单步执行下一行代码。
- s （step）：进入函数内部执行。
- c （continue）：继续执行程序直到下一个断点。
- q （quit）：退出 gdb 调试环境。

例如，我们可以在 main 函数处设置断点，然后运行程序：

(gdb) b main
(gdb) r

程序会在 main 函数处停止，此时我们可以使用 n 或 s 命令逐步执行代码，检查变量的值，找出可能存在的错误。

8. 版本控制：Git

在软件开发中，版本控制是非常重要的，它可以帮助我们跟踪源文件的各种修订版本。Git 是 Linux 世界中迅速成为事实上标准的版本控制系统。

8.1 Git 的基本操作

初始化仓库 ：在项目目录下执行 git init 命令，将该目录初始化为一个 Git 仓库。
添加文件 ：使用 git add 命令将文件添加到暂存区，如 git add area.c circle.c 。
提交更改 ：使用 git commit 命令将暂存区的更改提交到本地仓库，如 git commit -m "Initial commit" 。
查看状态 ：使用 git status 命令查看文件的状态，了解哪些文件被修改、添加或删除。
查看日志 ：使用 git log 命令查看提交历史。

8.2 远程仓库

Git 还支持与远程仓库进行交互，常见的远程仓库托管平台有 GitHub、GitLab 等。以下是与远程仓库交互的基本操作：
- 添加远程仓库 ：使用 git remote add origin <远程仓库地址> 命令添加远程仓库。
- 推送更改 ：使用 git push -u origin main 命令将本地仓库的更改推送到远程仓库。
- 拉取更改 ：使用 git pull origin main 命令从远程仓库拉取最新的更改。

9. GNU 通用公共许可证（GPL）的影响

在使用 GNU 工具和 GNU 库开发 Linux 软件时，需要了解自由软件基金会的 GNU 通用公共许可证（GPL）。GPL 旨在确保软件的自由使用、分发和修改。

9.1 GPL 的基本要求

自由使用 ：用户可以自由地使用软件。
自由分发 ：用户可以将软件分发给他人。
自由修改 ：用户可以修改软件的源代码。
开源要求 ：如果分发修改后的软件，必须公开修改后的源代码。

9.2 对开发的影响

在开发 Linux 软件时，如果使用了 GNU 工具和库，那么开发的软件可能需要遵循 GPL 许可证。这意味着软件的源代码需要公开，并且其他开发者可以自由使用、修改和分发。

10. 总结与展望

通过本文的介绍，我们了解了在 Linux 环境下进行脚本编写和编程的基础知识，包括使用 awk 和 sed 处理数据库、Shell 脚本编写的技巧、GCC 编译器的使用、GNU make 工具的自动化构建、gdb 调试器的调试方法、Git 版本控制系统的使用以及 GPL 许可证的影响。

在未来的开发中，我们可以进一步深入学习这些工具和技术，提高开发效率和软件质量。例如，学习更高级的 awk 和 sed 脚本编写技巧，掌握复杂的 C 和 C++ 编程技术，使用 Git 进行团队协作开发等。同时，我们也应该关注开源社区的发展，积极参与开源项目，为开源软件的发展做出贡献。

总之，Linux 提供了丰富的开发资源和工具，只要我们不断学习和实践，就能够在 Linux 平台上开发出高质量的软件。

以下是一个简单的流程图，展示了编程的基本流程：

graph TD;
    A[编写源代码] --> B[编译源代码];
    B --> C[调试程序];
    C --> D{是否有错误};
    D -- 是 --> A;
    D -- 否 --> E[发布程序];

通过这个流程图，我们可以清晰地看到编程的编辑 - 编译 - 调试循环，以及最终发布程序的过程。希望本文能够帮助你快速入门 Linux 脚本编写和编程，开启你的开发之旅。