一文了解shell语法（一）

已于 2024-12-18 09:52:43 修改
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文章标签： linux bash
于 2024-12-17 18:19:35 首次发布
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前言：自从操作系统诞生以来，相对应的脚本语言就开始随着发展起来，Shell 是操作系统中用户与内核交互的重要工具，它的发展贯穿了计算机历史的多个阶段，随着操作系统的发展逐渐演变成熟，相较于windows的bat脚本，shell拥有更加强大的高级功能，也可以实现许多bat脚本做不到的功能，本文就着重介绍一下shell脚本语法，以供大家共同学习参考。限于篇幅，分成两个文章来解释

1，发展历程

简单介绍一下，也算是增加一下大家的知识面。。。

起源：Unix 和 Bourne Shell (1970s)

  • 1969 年 - Unix 系统诞生
    Unix 操作系统由贝尔实验室的 Ken Thompson 和 Dennis Ritchie 开发。最早的 Shell 是由 Ken Thompson 开发的 Thompson Shell（sh），它是一个简单的命令解释器，能运行程序，但功能相对有限。

  • 1977 年 - Bourne Shell (sh)
    Steve Bourne 在 Unix V7 系统中引入了 Bourne Shell（/bin/sh）。它成为了第一个功能强大的 Shell，也是现代 Shell 的祖先

扩展：C Shell 和 Korn Shell (1980s)

  • 1978 年 - C Shell (csh)
    由 Bill Joy 开发，C Shell 引入了类似 C 语言的语法和交互式功能，例如：

    • 历史命令（命令回溯与重用）。
    • 别名（alias）。
    • 改进的用户界面交互功能（如 ! 命令历史回溯符号）。

  • 1983 年 - Korn Shell (ksh)
    由 David Korn 开发的 Korn Shell 结合了 Bourne Shell 和 C Shell 的优点：

    • 完全兼容 Bourne Shell 的脚本。
    • 更高效的性能。
    • 增加了函数、数组、正则表达式支持。
    • 支持命令行编辑（如 vi 风格的命令行操作）

GNU 时代：Bash Shell (1989)

  • 1989 年 - GNU Bash (Bourne Again Shell)
    作为 GNU 项目的一部分，Brian Fox 开发了 Bash Shell，旨在替代 Bourne Shell，并增加了许多新特性

现代化：Z Shell 和 Fish Shell (1990s - 至今)

  • 1990 年 - Z Shell (zsh)
    由 Paul Falstad 开发，Z Shell 结合了 Bourne Shell、Korn Shell 和 C Shell 的优点，并引入了现代化的功能

  • 2005 年 - Fish Shell (Friendly Interactive Shell)
    Fish 是专为用户友好性设计的现代 Shell，强调易用性和直观性

专业应用：PowerShell (Windows 系统)

  • 2006 年 - Windows PowerShell
    Windows 引入了 PowerShell，专为管理和脚本编程而设计

最新趋势：Shell 与 DevOps 自动化

  • 随着 DevOps 和云计算的兴起，Shell 的自动化能力被进一步发掘，尤其在构建、部署和管理系统方面。
  • Shell 已逐渐和现代工具（如 Docker、Kubernetes、Ansible 等）结合，通过脚本实现高效的自动化。

2，shell脚本简介

2.1 特点

  • 属于弱类型语言，所以定义变量时不需要指定变量类型
  • Shell中只有字符串一种变量类型，所有数据实际上都是以字符串形式处理，所有变量和数据都可以看作是字符串；
  • 属于解释型语言，编写好的Shell脚本需要指定的shell解释器才能执行

2.2 组成

  • 首行的 shebang 机制，指定需要使用的shell解释器类型
  • 需要执行的相关指令
  • 注释信息

2.3 shell解释器

现在 Linux 操作系统中，一般用的shell解释器都是bash，除了bash还有其他的一些解释器都是可用的 
# 查看当前使用的解释器类型
ubuntu@yyy:~$ echo $SHELL
/bin/bash
# 查看当前系统支持的解释器
ubuntu@yyy:~$ cat /etc/shells 
# /etc/shells: valid login shells
/bin/sh
/bin/bash
/usr/bin/bash
/bin/rbash
/usr/bin/rbash
/bin/dash
/usr/bin/dash

1.4 执行脚本

# 方法一：解释器名称 + 脚本路径 ，需要当前用户具有对这个脚本文件的读权限
bash backup.sh
# 方法二：类似于执行命令一样执行脚本，需要当前用户具有对这个脚本文件的读和执行权限；
# 绝对路径
/home/tom/backup.sh

# 相对路径 ./表示在当前目录下
./bash.sh

3，变量

3.1 定义变量

（1）格式： 变量名=变量值
（2）特点：
  • =的两边不可以有任何的空格
  • 变量由数字、字母和下划线组成，且不允许使用数字开头
  • 在变量赋值时，无论是否加引号，赋值时变量的值都不会受到影响

3.2 销毁变量

（1）格式： unset 变量名
（2）例如： unset SERVER_PATH

3.3 调用变量

（1）格式： $变量名 或 ${变量名}
（2）例如：
# 使用大括号的目的是用来将变量部分和后续的字符进行分隔
${SERVER_PATH}
（3）注意点:
  • 当调用变量加上引号的时候
变量值会做为一个整体进行输出，格式会得到保存，包括换行符、空格等符号也不会被处理；
变量值里面的通配符不会被进行解析为文件名
IFS 不会对变量内容进行任何拆分或替换
  • 当调用变量不加上双引号的时候
变量值会根据当前的 IFS（默认为空格、换行符、制表符）将变量的值进行分割。换行符会被转换为空格，多个连续的空格也会被压缩为一个。
如果变量的值中包含通配符（例如 *、? 等），Shell 会将它们扩展为匹配当前目录下的文件名。 
ubuntu@yyy:~/test$ ls -1 
file1 
file2 
file3 
file4 
# 定义变量 
ubuntu@yyy:~/test$ NAME=$(ls -1) 
# 输出变量 
ubuntu@yyy:~/test$ echo $NAME 
file1 file2 file3 file4 
# 加引号时输出变量 
ubuntu@yyy:~/test$ echo "$NAME" 
file1 
file2 
file3 
file4

3.4 指定默认变量

（1）临时使用默认值
格式： 变量名:-默认值  ${var:-"default_value"}
说明：如果变量 var 没有设置或者为空，则使用默认值 "default_value"，但不会改变
var 的值。如果 var 已经设置且不为空，直接使用 var 的值，后续再次使用的时候就不再是这个设置的值了 
#如果 var 没有设置或为空，结果会是默认值 "default_value"，但是 var 本身不会被修改
var=""
echo ${var:-"default_value"}  # 输出 "default_value" （因为 var 为空）

# 如果var 已经有值且非空，那么输出var 的值
var="Hello"
echo ${var:-"default_value"}  # 输出 "Hello" （因为 var 已设置且非空）
（2） 改变原有变量的值
格式： 变量名:-默认值  ${var:="default_value"}
说明：如果变量 var 没有设置或者为空，则将 var 设置为 "default_value"，并且返回
var 的值。即，它会 修改 var 的值，将其设为默认值 
var=""
echo ${var:="default_value"}  # 输出 "default_value" ，并且 var 的值被设为 "default_value"

var="Hello"
echo ${var:="default_value"}  # 输出 "Hello" ，并且 var 的值保持不变

4，数组

4.1 普通数组

（1）格式： arry_name=(value1 value2 value3 value4)
（2）特点：
  • 索引是整数，不能自定义为字符串，并且定义数组时赋值的话，不能手动指定索引，索引是从0开始的连续整数
  • 定义数组时指定数组元素，可以使用空格或换行符来做为元素之间的分隔符
PATTERNS=(
    "lct_net_manager.tb_err_future_loc_20%"
    "lct_net_manager.tb_heartbeat_data_20%"
    "lct_net_manager.tb_loc_data_20%"
    "lct_net_manager.tb_ori_loc_data_20%"
    )

（3）操作普通数组：

# 定义一个数组
fruits=("apple" "banana" "cherry")
# 获取指定索引的值
echo ${fruits[1]} #"banana"
# 修改数组元素
fruits[1]="orange"

# 添加新元素
fruits+=("mango")

# 输出修改后的数组
echo ${fruits[@]}   # 输出 apple orange cherry mango

4.2 关联数组

注意： 关联数组是通过 键（key） 而不是索引来访问元素。这种数组是 Bash 4.0 及以上版本才支持的
（1）格式 ： declare -A arry_name=([key1]=v1 [key2]=v3 [key3]=v3)
（2）特点：
  • 数组赋值时，可以给数组的元素加上自定义的索引，而不是默认的整数索引
  • 数组赋值的时候需要在方括号 [] 内指定索引（键），否则会报错，不像普通数组一样会自动使用整数作为索引
（ 3）操作数组 
# 定义关联数组
declare -A array_name
# 向关联数组添加元素
array_name[key]="value"
# 访问关联数组元素
${array_name[key]}
# 获取所有键（keys）
${!array_name[@]}
# 获取所有值（values）
${array_name[@]}
# 获取数组元素的个数
echo ${#array_name[@]}   # 数组元素的个数
# 清空数组
unset array_name
# 清空单个数组元素
unset array_name[index]

（4）举例

# 定义关联数组
declare -A capitals
# 添加元素
capitals["USA"]="Washington,D.C."
capitals["France"]="Paris"
capitals["Japan"]="Tokyo"
# 访问元素
echo${capitals["USA"]} # 输出 Washington, D.C.
# 获取所有的键
echo${!capitals[@]} # 输出 USA France Japan
# 获取所有的值
echo${capitals[@]} # 输出 Washington, D.C. Paris Tokyo

4.3 数组总结

5， 字符串

注意：Shell只有字符串这一种类型，所有的变量或变量值都可以看作是字符串

5.1 获取变量值长度

格式：len=${#variable}

例子：

ubuntu@yyy:~$ num=123456789

ubuntu@yyy:~$ len=${#num}

ubuntu@yyy:~$ echo $len

5.2 删除变量值的前缀

  • 从字符串开头删除最短匹配：
格式： variable=${variable#pattern}
作用：删除从变量值开头到第一个匹配
【pattern解释】
固定字符串
pattern="file"：删除以 file 开头的部分。
pattern="txt"：删除以 txt 结尾的部分。
通配符模式
pattern="*file"：删除所有以 file 结尾的前缀。
pattern="file*"：删除所有以 file 开头的前缀。
pattern="*abc*"：删除包含 abc 的任何部分。
多字符通配符
pattern="*abc*"：表示删除包含 abc 字符串的部分，不论 abc 在字符串的哪个位置。
  • 从字符串开头删除最长匹配：
格式： variable=${variable##pattern}
作用：删除从变量值开头到最后一个匹配pattern 的部分，直到字符串的末尾。 
variable="examplefile.txt"
result=${variable#example}   # 删除最短匹配的前缀 "example"
echo $result   # 输出 "file.txt"

variable="examplefileexample.txt"
result=${variable##example}   # 删除最长匹配的前缀 "examplefile"
echo $result   # 输出 "example.txt"

5.3 删除变量值的后缀

  • 从字符串末尾删除最短匹配：
格式： variable=${variable%pattern}
作用：删除从变量值末尾到第一个匹配pattern 的部分
  • 从字符串末尾删除最长匹配：
格式： variable=${variable%%pattern}
作用：删除从变量值末尾到最后一个匹配pattern 的部分。 
variable="file.txt"
result=${variable%txt}   # 删除最短匹配的后缀 "txt"
echo $result   # 输出 "file."

variable="examplefileexample.txt"
result=${variable%%example.txt}   # 删除最长匹配的后缀 "examplefileexample.txt"
echo $result   # 输出 "file"

 # 你也可以使用通配符（如 * 和 ?
 variable="file_123abc"
result=${variable#*_}   # 删除最短匹配的前缀 "_"
echo $result   # 输出 "123abc"

5.4 检查是否包含特定字符串

格式：[[ string == *substring* ]]

variable="Hello, world!"

if [[ $variable == *"world"* ]]; then
  echo "字符串包含 'world'"
else
  echo "字符串不包含 'world'"
fi

6，函数

6.1 函数的定义

# 格式一
function fun_name()
{
    command;
}	
# 格式二
function fun_name
{
	command;
	command;
}
# 格式三
fun_name() 
{
	command;
	command;
}

6.2 函数的传参

  • 调用函数时，只需要将参数写在函数名后面即可，使用空格进行分隔
  • 函数内部通过Shell预定义的位置变量就可以接收到调用函数时传递的参数
  • 函数可以接受多个参数，使用 $1, $2, ..., $N 来引用这些参数
  • 使用 $@ 或 $* 来引用所有参数
  • $# 可以获取参数的个数
【1 带有默认参数的传参】
#!/bin/bash

greet() {
  local name=${1:-"Guest"}  # 如果未提供参数，使用 "Guest" 作为默认值
  echo "Hello, $name!"
}

greet "Alice"   # 输出: Hello, Alice!
greet           # 输出: Hello, Guest!

【2 函数的普通传参】
#!/bin/bash

print_args() {
  echo "Total arguments: $#"
  echo "Arguments: $@"
}

print_args "arg1" "arg2" "arg3"
# 以下的输出为
# Total arguments: 3
# Arguments: arg1 arg2 arg3

6.3 函数的返回值

  • 函数可以通过 return 语句返回一个退出状态码（0 到 255 之间的整数），表示函数的执行结果
#!/bin/bash

# 定义一个返回整数的函数
add() {
  result=$(( $1 + $2 ))  # 计算两个参数的和
  return $result  # 返回计算结果（0-255之间的整数）
}

add 3 4
echo "The result is $?"  # 使用 $? 获取上一个命令的返回值
  • 如果你需要返回更复杂的数据（如字符串或浮动值），通常会使用 echo 输出值，而不是 return
#!/bin/bash

# 定义一个返回字符串的函数
greet() {
  echo "Hello, $1!"
}

message=$(greet "Alice")  # 捕获函数的输出
echo "Message: $message"

6.4 函数的局部变量与全局变量

  • 默认情况下，函数内部的变量是 局部的，只在函数内有效
  • 使用 local 关键字可以显式地声明局部变量，防止与外部变量冲突
#!/bin/bash

greet() {
  local name=$1  # 局部变量
  echo "Hello, $name!"
}

name="Global"
greet "Alice"    # 输出: Hello, Alice!
echo $name       # 输出: Global（函数内的局部变量不影响外部变量）

5.5 函数的终止

  • 使用 exit 语句可以在函数内终止脚本的执行（并返回一个退出状态码）
#!/bin/bash

exit_function() {
  echo "This is an exit function"
  exit 1  # 退出脚本并返回状态码 1
}

exit_function
echo "This line will not be executed"  # 不会被执行

7，算数运算

Shell中虽然只有字符串一种数据类型，但是可以使用数字型字符串（仅包含数字字符0-9）来表示和操作数字，然后通过相应的工具和命令来实现进行算数运算

7.1 表达式

  • 表达式：编程中的表达式由常量、变量、操作符和函数等组成的代码片段，可以通过计算产生一个值；
  • 运算表达式：只包含数字和算术运算符，不包含赋值符号 =，用于执行数学运算。
  • 赋值表达式：包含赋值操作符 =的表达式，用于将一个值（或另一个表达式的结果）赋给变量。
  • 操作符表达式：包含算术运算符、逻辑运算符、比较运算符等，但不包含赋值运算符 =。主要作用是进行计算、判断条件以及执行逻辑操作，而不涉及赋值操作

7.2 算数运算命令

#############################
# let命令
#############################
#!/bin/bash

a=5
b=3
let sum=a+b   # 计算 a + b
echo "Sum: $sum"  # 输出 8

let a++  # 自增
echo "After increment: $a"  # 输出 6

let a+=10  # 增加 10
echo "After addition: $a"  # 输出 16

#############################
# expr命令
# expr 用于执行算术运算，但变量名前必须加$，且需要将运算符用空格分隔
#############################
#!/bin/bash

a=5
b=3
sum=$(expr $a + $b)  # 使用 expr 计算 a + b
echo "Sum: $sum"  # 输出 8

product=$(expr $a \* $b)  # 乘法需要使用 \* 转义
echo "Product: $product"  # 输出 15

difference=$(expr $a - $b)  # 减法
echo "Difference: $difference"  # 输出 2

#############################
# bc命令
# bc 用于执行精确的数学运算，包括浮点数运算。它可以通过管道传递表达式
#############################
#!/bin/bash

a=5
b=3
sum=$(echo "$a + $b" | bc)  # 使用 bc 计算 a + b
echo "Sum: $sum"  # 输出 8

division=$(echo "scale=2; $a / $b" | bc)  # 保留两位小数
echo "Division: $division"  # 输出 1.66

sqrt=$(echo "scale=2; sqrt(25)" | bc)  # 求平方根
echo "Square root: $sqrt"  # 输出 5.00

#############################
# (( ))命令
# (( )) 是 Bash 内建的算术扩展，支持变量直接使用，无需加 $，返回退出状态码
#############################
#!/bin/bash

a=5
b=3
(( sum = a + b ))  # 使用 (( )) 计算 a + b
echo "Sum: $sum"  # 输出 8

(( a++ ))  # 自增
echo "After increment: $a"  # 输出 6

if (( a > b )); then  # 支持条件判断
  echo "a is greater than b"
else
  echo "a is less than or equal to b"
fi

 #############################
# $(( ))命令
# $(( )) 是另一种 Bash 内建的算术扩展，结果可以直接用于赋值或输出
#############################
#!/bin/bash

a=5
b=3
sum=$(( a + b ))  # 直接计算 a + b 并赋值
echo "Sum: $sum"  # 输出 8

product=$(( a * b ))  # 乘法
echo "Product: $product"  # 输出 15

difference=$(( a - b ))  # 减法
echo "Difference: $difference"  # 输出 2

remainder=$(( a % b ))  # 求余
echo "Remainder: $remainder"  # 输出 2

8，逻辑运算

  • Shell中，没有直接的布尔值类型，不像编程语言那样有 true 和 false 作为专门的布尔数据类型。逻辑判断依赖于命令的退出状态码，即0 表示真，非 0 表示假，
  • Shell中，通过 $? 可以获取到上一个命令执行后的命令退出状态码；

8.1 与运算（&&）

#!/bin/bash

a=5
b=3

if (( a > 2 && b > 2 )); then
  echo "Both a and b are greater than 2"
else
  echo "At least one of a or b is not greater than 2"
fi

8.2 或运算（||）

#!/bin/bash

a=5
b=1

if (( a > 4 || b > 4 )); then
  echo "At least one of a or b is greater than 4"
else
  echo "Neither a nor b is greater than 4"
fi

8.3 非运算（!）

#!/bin/bash

a=5

if ! (( a > 10 )); then
  echo "a is not greater than 10"
else
  echo "a is greater than 10"
fi

8.4 [[ ]] 中使用逻辑运算符

  • [[ ]] 提供了更强大的条件判断功能，可以支持字符串比较和正则匹配
【1，字符串比较】
#!/bin/bash

str1="hello"
str2="world"

if [[ -n $str1 && $str2 == "world" ]]; then
  echo "str1 is not empty and str2 equals 'world'"
else
  echo "Condition not met"
fi
【2，文件判断】
#!/bin/bash

file="test.txt"

if [[ -e $file && ! -d $file ]]; then
  echo "$file exists and is not a directory"
else
  echo "$file does not exist or is a directory"
fi
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