bash shell编程快速入门教程

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Shell 俗称壳（用来区别于核），是指“提供使用者使用界面”的命令解析器（软件）。它类似于DOS下的command和后来的cmd.exe。它接收用户命令，然后调用相应的应用程序。

同时，Shell又是一种程序设计语言。作为命令语言，它交互式解释和执行用户输入的命令，或者自动地解释和执行预先设定好的一连串的命令。Shell不像C/C++等语言，它不需要编译就能执行。作为程序设计语言，Shell 定义了各种变量和参数，并提供了许多在高级语言中才具有的控制结构，包括循环和分支。

UNIX系统上有很多版本的Shell，bash是各种Linux发行版标准配置的Shell，在Linux系统上/bin/sh往往是指向/bin/bash的符号链接。

1 简单的Hello World!程序

几乎所有的讲解编程的书给读者的第一个例子都是 Hello World 程序，那么我们今天也就从这个例子出发，来逐步了解 bash。用 vi 编辑器编辑一个 hello 文件如下：

#!/bin/bash 
# This is a very simple example
echo Hello World

这样最简单的一个 BASH 程序就编写完了，以下逐个说明每行的作用。

• 第一行：在 BASH 中，第一行的 "#!" 及后面的 "/bin/bash" 就表明该文件是一个 BASH 程序，需要由 /bin 目录下的 BASH 程序来解释执行。
• 第二行： "# This is a ..." 就是 BASH 程序的注释，在 BASH 程序中从“#”号（注意：后面紧接着是“!”号的除外）开始到行尾的多有部分均被看作是程序的注释。
• 的三行：echo 语句的功能是把 echo 后面的字符串，输出到标准输出中去。由于 echo 后跟的是 "Hello World" 这个字符串，因此 "Hello World"这个字串就被显示在控制台终端的屏幕上了。

注意：BASH 中的绝大多数语句结尾处都没有分号。

执行改程序有两种方法，一种是显式制定 BASH 去执行，如下两条命令：

$ bash hello
$ sh hello                 # 这里 sh 是指向 bash 的一个链接

另外一种方法，可以先将 hello 文件改为可以执行文件，然后直接运行它。此时由于 hello 文件第一行的 "#!/bin/bash" 的作用，系统会自动用/bin/bash 程序去解释执行 hello 文件的：

$ chmod u+x hello          # 修改为可执行文件
$ ./hello                  # 执行

注意：BASH 程序被执行后，实际上 Linux 系统是另外开设了一个进程来运行的。

2 输入、输出和错误输出

在字符终端环境中，标准输入/标准输出的概念很好理解：

• 输入：即指对一个应用程序 或命令的输入，无论是从键盘输入还是从别的文件输入；
• 输出：即指应用程序或命令产生的一些信息；
• 错误输出：在Linux 系统下还有一个标准错误输出的概念，与 Windows 系统不同，这个概念主要是为程序调试和系统维护目的而设置的，错误输出于标准输出分开，可以让一些高级的错误信息不干扰正常的输出信息，方便一般用户的使用。

在 Linux 系统中：标准输入(stdin)默认为键盘输入，标准输出(stdout)默认为屏幕输出，标准错误输出(stderr)默认也是输出到屏幕（上面的 std 表示 standard）。在 BASH 中，使用这些概念时一般将标准输出表示为 1，标准错误输出表示为 2。下面我们举例来说明如何使用他们。

输入、输出及标准错误输出主要用于 I/O 的重定向，就是说需要改变他们的默认设置。先看这个例子：

$ ls > ls_result
$ ls -l >> ls_result

第一条命令将 ls 命令的结果输出重定向到 ls_result 文件中，第二条命令则将 ls -l 命令的结果追加到 ls_result 文件中，两条命令都不是输出到屏幕上。

• >：就是输出重定向的代表符号（包括标准输出和标准错误输出）。
• >>：则表示不清除原来内容而追加输出。

下面再来看一个稍微复杂的例子：

$ find /home -name lost* 2> err_result

这个命令在 ">" 符号之前多了一个 "2"，"2>" 表示将标准错误输出重定向。由于 /home 目录下有些目录由于权限限制不能访问，因此会产生一些标准错误输出被存放在 err_result 文件中。如果直接执行

find /home -name lost* > all_result

其结果是只有标准输出被存入 all_result 文件中，要想让标准错误输出和标准输入一样都被存入到文件中，那该怎么办呢？看下面这个例子：

$ find /home -name lost* > all_result 2>& 1     # 或
$ find /home -name lost* >& all_result          # 简洁写法

上面这个例子中，首先将标准错误输出重定向到标准输出中，再将标准输出重定向到 all_result 这个文件中。这样我们就可以将所有的输出都存储到 all_result 文件中了。

如果那些出错信息并不重要，下面这个命令可以让你避开众多无用出错信息的干扰：

$ find /home -name lost* 2> /dev/null

同学们回去后还可以再试验一下如下几种重定向方式，看看会出什么结果，为什么？

$ find /home -name lost* > all_result 1>& 2
$ find /home -name lost* 2> all_result 1>& 2
$ find /home -name lost* 2>& 1 > all_result

另外一个非常有用的重定向操作符是 "-"，请看下面这个例子：

$ (cd /source/directory && tar cf - . ) | (cd /dest/directory && tar xvfp -)

该命令表示把 /source/directory 目录下的所有文件通过压缩和解压，快速的全部移动到 /dest/directory 目录下去。这个命令在 /source/directory 和 /dest/directory 不处在同一个文件系统下时将显示出特别的优势。

下面还几种不常见的用法：

• n<&-：表示将 n 号输入关闭
• <&-：表示关闭标准输入（键盘）
• n>&-：表示将 n 号输出关闭
• >&-：表示将标准输出关闭

3 变量

对于熟悉 C 语言的程序员，我们将解释 BASH 中的定义和用法与 C 语言中有何不同。BASH 中的变量都是不能含有保留字，不能含有 "-" 等保留字符，也不能含有空格。

3.1 简单说明

在 BASH 中变量定义是不需要的，没有 "int i" 这样的定义过程。如果想用一个变量，只要他没有在前面被定义过，就直接可以用，当然你使用该变量的第一条语句应该是对他赋初值了，如果你不赋初值也没关 系，只不过该变量是空（ 注意：是 NULL，不是 0 ）。不给变量赋初值虽然语法上不反对，但不是一个好的编程习惯。我们看看下面的例子：

首先用 vi 编辑下面这个文件 hello2：

#!/bin/bash
# give the initialize value to STR
STR="Hello World"
echo $STR

在上面这个程序中我们需要注意下面几点：

1. 变量赋值时，‘=‘左右两边都不能有空格；
2. BASH 中的语句结尾不需要分号（";"）；
3. 除了在变量赋值和在 for 循环语句头中，BASH 中的变量使用必须在变量前加"$"符号。
4. 由于 BASH 程序是在一个新的进程中运行的，所以该程序中的变量定义和赋值不会改变其他进程，或原始 Shell 中同名变量的值，也不会影响他们的运行。

更细致的文档甚至提到，以单引号括起来的变量将不被 BASH 解释为变量，如 ‘$STR‘ ，而被看成为纯粹的字符串。而且更为标准的变量引用方式是 ${STR} 这样的，$STR 自不过是对 ${STR} 的一种简化。在复杂情况下（即有可能产生歧义的地方）最好用带 {} 的表示方式。

3.2 整数和字符串变量

BASH 中的变量既然不需要定义，也就没有类型一说，一个变量即可以被定义为一个字符串，也可以被再定义为整数。如果对该变量进行整数运算，他就被解释为整数；如果对他进行字符串操作，他就被看作为一个字符串。请看下面的例子：

#!/bin/bash
x=1999
let "x = $x + 1"
echo $x
x="olympic‘"$x
echo $x

关于整数变量计算，有如下几种：" + - * / % "，他们的意思和字面意思相同。整数运算一般通过 let 和 expr 这两个指令来实现，如对变量 x 加 1 可以写作：let "x = $x + 1" 或者 x=`expr $x + 1`

在比较操作上，整数变量和字符串变量各不相同，详见下表：

比如：

• 比较字符串 a 和 b 是否相等就写作：if [ $a = $b ]
• 判断字符串 a 是否为空就写作： if [ -z $a ]
• 判断整数变量 a 是否大于 b 就写作：if [ $a -gt $b ]

注意：在字符串比较时尽量不要使用 -n ，而用 ! -z 来代替。（其中符号 "!" 表示求反操作）

3.3 文件变量

BASH 中的变量除了用于对 整数 和 字符串 进行操作以外，另一个作用是作为文件变量。BASH 是 Linux 操作系统的 Shell，因此系统的文件必然是 BASH 需要操作的重要对象，如 if [ -x /root ] 可以用于判断 /root 目录是否可以被当前用户进入。下表列出了 BASH 中用于判断文件属性的操作符：

注意：上表中的 file 及 file1、file2 都是指某个文件或目录的路径。

3.4 局部变量

在 BASH 程序中如果一个变量被使用了，那么直到该程序的结尾，该变量都一直有效。为了使得某个变量存在于一个局部程序块中，就引入了局部变量的概念。BASH 中，在变量首次被赋初值时加上 local 关键字就可以声明一个局部变量，如下面这个例子：

#!/bin/bash
HELLO=Hello
function hello {
    local HELLO=World
    echo $HELLO
}
echo $HELLO
hello
echo $HELLO

该程序的执行结果是：

Hello
World
Hello

这个执行结果表明，全局变量 $HELLO 的值在执行函数 hello 时并没有被改变。也就是说局部变量 $HELLO 的影响只存在于函数那个程序块中。

3.5 保留变量

BASH 中有一些保留变量，下面列出了一些：

• $IFS　　    这个变量中保存了用于分割输入参数的分割字符，默认识空格。
• $HOME 　这个变量中存储了当前用户的根目录路径。
• $PATH 　 这个变量中存储了当前 Shell 的默认路径字符串。
• $PS1　　 表示第一个系统提示符。
• $PS2　　表示的二个系统提示符。
• $PWD　表示当前工作路径。
• $EDITOR        表示系统的默认编辑器名称。
• $BASH 　      表示当前 Shell 的路径字符串。
• $0, $1, $2, ...  表示系统传给脚本程序或脚本程序传给函数的第0个、第一个、第二个等参数。
• $#　　　表示脚本程序的命令参数个数或函数的参数个数。
• $$　　　表示该脚本程序的进程号，常用于生成文件名唯一的临时文件。
• $?　　　表示脚本程序或函数的返回状态值，正常为 0，否则为非零的错误号。
• $*　　　表示所有的脚本参数或函数参数。
• $@　　 和 $* 涵义相似，但是比 $* 更安全。
• $!　　　表示最近一个在后台运行的进程的进程号。

3.6 特殊操作

BASH 中还有一些对变量的简洁、快速的操作，大家还记得 "${var}" 和 "$var" 同样是对变量的引用吧，对 ${var} 进行一些变化就可以产生一些新功能：

• ${var-default}：表示如果变量 $var 还没有设置，则保持 $var 没有设置的状态，并返回后面的默认值 default。
• ${var=default}：表示如果变量 $var 还没有设置，则取后面的默认值 default。
• ${var+otherwise}：表示如果变量 $var 已经设置，则返回 otherwise 的值，否则返回空( null )。
• ${var?err_msg}：表示如果变量 $var 已经设置，则返回该变量的值，否则将后面的 err_msg 输出到标准错误输出上。

请同学们自己尝试下面的例子：

#!/bin/bash
echo ${var?There is an error}
exit 0

还有下面一些用法，这些用法主要用于从文件路径字符串中提取有用信息：

• ${var#pattern}, ${var##pattern}：用于从变量 $var 中剥去最短（最长）的和 pattern 相匹配的最左侧的串。
• ${var%pattern}, ${var%%pattern}：用于从变量 $var 中剥去最短（最长）的和 pattern 相匹配的最右侧的串。

3.7 BASH变量与C变量的区别

这里我们为原来不熟悉 BASH 编程，但是非常熟悉 C 语言的程序员总结一下在 BASH 环境中使用变量需要注意的问题。

1. BASH 中的变量在引用时都需要在变量前加上 "$" 符号（ 第一次赋值及在For循环的头部不用加 "$"符号 ）；
2. BASH 中没有浮点运算，因此也就没有浮点类型的变量可用；
3. BASH 中的整形变量的比较符号与 C 语言中完全不同，而且整形变量的算术运算也需要经过 let 或 expr 语句来处理。

4 流程控制语法

BASH 中几乎含有 C 语言中常用的所有控制结构，如条件分支、循环等，下面逐一介绍。

4.1 if...then...else

if 语句用于判断和分支，其语法规则和 C 语言的 if 非常相似。其几种基本结构为：

if [ expression ]
then
    statments
fi

或者

if [ expression ]
then
    statments
else
    statments
fi

或者

if [ expression ]
then
    statments
else if [ expression ]
then
    statments
else
    statments
fi

或者

if [ expression ]
then
    statments
elif [ expression ]
then
    statments
else
    statments
fi

注意：如果将 if 和 then 简洁的写在一行里面，就必须在 then 前面加上分号，如：if [ expression ]; then ... 。

下面这个例子说明了如何使用 if 条件判断语句：

#!/bin/bash
if [ $1 -gt 90 ]; then
    echo "Good, $1"
elif [ $1 -gt 70 ]
then
    echo "OK, $1"
else
    echo "Bad, $1"
fi
exit 0

上面例子中的 $1 是指命令行的第一个参数，这个会在后面的“BASH 中的特殊保留字”中讲解。

4.2 for

for 循环结构与 C 语言中有所不同，在 BASH 中 for 循环的基本结构是：

for $var in
do
    statments
done

其中 $var 是循环控制变量，是 $var 需要遍历的一个集合，do/done 对包含了循环体，相当于 C 语言中的一对大括号。

注意：如果do 和 for 被写在同一行，必须在 do 前面加上 ";"，如： for $var in; do 。

下面是一个运用 for 进行循环的例子：

#!/bin/bash
for day in Sun Mon Tue Wed Thu Fri Sat
do
    echo $day
done

# 如果列表被包含在一对双引号中，则被认为是一个元素

for day in "Sun Mon Tue Wed Thu Fri Sat"
do
    echo $day
done
exit 0

注意：上面的例子中，在 for 所在那行的变量 day 是没有加 "$" 符号的，而在循环体内，echo 所在行变量 $day 是必须加上 "$" 符号的。

另外如果写成 for day 而没有后面的 in 部分，则 day 将取遍命令行的所有参数。如这个程序：

#!/bin/bash
for param
do
    echo $param
done
exit 0

上面这个程序将列出所有命令行参数。for 循环结构的循环体被包含在 do/done 对中，这也是后面的 while、until 循环所具有的特点。

4.3 while/until

while 循环的基本结构是：

while [ condition ]
do
    statments
done

until 循环的基本结构是：

until [ condition is TRUE ]
do
   statments
done

这两个结构也请大家自己编写例子来验证。

4.4 case

BASH 中的 case 结构与 C 语言中的 switch 语句的功能比较类似，可以用于进行多项分支控制。其基本结构是：

case "$var" in
    condition1 ) statments1;;
    condition2 ) statments2;;
    ...
    *) statments2;;
   default statments;;
esac

下面这个程序是运用 case 结构进行分支执行的例子：

#!/bin/bash
echo "Hit a key, then hit return."
read Keypress
case "$Keypress" in
    [a-z] ) echo "Lowercase letter";;
    [A-Z] ) echo "Uppercase letter";;
    [0-9] ) echo "Digit";;
    * ) echo "Punctuation, whitespace, or other";;
esac
exit 0

上面例子中的第四行 "read Keypress" 一句中的 read 语句表示从键盘上读取输入。

4.5 break/continue

熟悉 C 语言编程的都很熟悉 break 语句和 continue 语句。BASH 中同样有这两条语句，而且作用和用法也和 C 语言中相同，break 语句可以让程序流程从当前循环体中完全跳出，而 continue 语句可以跳过当次循环的剩余部分并直接进入下一次循环。

5 函数

BASH 是一个相对简单的脚本语言，不过为了方便结构化的设计，BASH 中也提供了函数定义的功能。BASH 中的函数定义很简单，只要向下面这样写就可以了：

function my_funcname {
    code block
}

或者

my_funcname() {
    code block
}

上面的第二种写法更接近于 C 语言中的写法。

注意：BASH 中要求函数的定义必须在函数使用之前，这是和 C 语言用头文件说明函数方法的不同。

更进一步的问题是，如何给函数传递参数以及获得返回值。BASH 中函数参数的定义并不需要在函数定义处指定，只需在函数被调用时，用 BASH 的保留变量 $1 $2 ... 来引用就可以了。BASH 可以用 return 语句来返回一个特定的整数，如果没有 return 语句显式的返回一个返回值，则返回值就是该函数最后一条语句执行的结果（一般为 0，如果执行失败返回错误码）。函数返回值是在调用该函数的程序体中，通过 $? 保留字来获得。下面我们就来看看，一个用函数来计算整数平方的例子：

#!/bin/bash

square() {
    let "res = $1 * $1"
    return $res
}

square $1
result=$?
echo $result
exit 0

说明：无论是在 Shell 中对 BASH 脚本返回值的处理，还是在脚本中对函数返回值的处理，都是通过 "$?" 系统变量来获得。BASH 要求返回值必须为一个整数，不能用 return 语句返回字符串变量。

6 随机数

随机数是经常要用到的，BASH 中也提供了这个功能，请看下面这个程序：

#!/bin/bash
# Prints different random integer from 1 to 65536
a=$RANDOM
echo $a
exit 0

这个程序可以在每次执行的时候，随机的打印出一个大小在 1 到 65536 之间的整数。

7 运算符

算术运算符

• + - * / %：表示加减乘除和取余运算
• += -= *= /=：同 C 语言中的含义

位操作符

• << <<= >> >>=：表示位左右移一位操作
• & &= | |=：表示按位与、位或操作
• ~ !：表示非操作
• ^ ^=：表示异或操作

关系运算符

• < > <= >= == !=：表示大于、小于、大于等于、小于等于、等于、不等于操作
• && ||：逻辑与、逻辑或操作

8 设计简单用户界面

BASH 中提供了一个小的语句格式，可以让程序快速的设计出一个字符界面，用以实现用户交互选择菜单，该功能由 select 语句来实现的，select 语句的语法为：

select var in
do
    statments use $var
done

执行后，BASH 会将所有项加上数字列，并在屏幕上等待用户选择。在用户作出选择后，变量 $var 中就包含了那个被选中的字符串，然后就可以对该变量进行需要的操作了。我们可以从下面的例子中更直观的来理解这个功能：

#!/bin/bash
OPTIONS="Hello Quit"
select opt in $OPTIONS; do
    if [ "$opt" = "Quit" ]; then
        echo done
        exit
    elif [ "$opt" = "Hello" ]; then
        echo Hello World
    else
        clear
        echo bad option
    fi
done
exit 0

大家可以试着执行上面的程序，看看是什么执行结果。

9 读取用户输入

BASH 中通过 read 函数读取用户输入，如下面这段程序：

#!/bin/bash
echo Please enter your name
read NAME
echo "Hi! $NAME !"
exit 0

上面这个脚本读取用户的输入，并回显在屏幕上。

另外，BASH 中还提供一种称为 here documents 的结构，可以将用户需要键盘输入的字符串，改为从程序体中直接读入，如密码。下面的小程序演示了这个功能：

#!/bin/bash
passwd="aka@tsinghua"
ftp -n localhost <<FTPFTP
user anonymous $passwd
binary
bye
FTPFTP
exit 0

这个程序在用户需要通过键盘敲入一些字符时，通过程序内部的动作来模拟键盘输入。请注意 here documents 的基本结构为：

command <<SOMESPECIALSTRING
statments
...
SOMESPECIALSTRING

这里要求，在需要键盘输入的命令后，直接加上 << 符号，然后跟上一个特别的字符串，然后按顺序输入本来应该由键盘输入的所有字符，在结束后，重复一遍前面 <<符号后的“特别的字符串”即表示该输入到此结束。

10 一些特殊的惯用法

10.1 括号

在 BASH 中，一对括号一般被用于求取括号中表达式的值，或命令的执行结果，如：(a=hello; echo $a) ，其作用相当于 `...` 。

10.2 冒号

: 有两个含义，一是表示空语句，有点类似于 C 语言中的单个 ";" ，表示该行是一个空命令。如果被用在 while/until 的头结构中，则表示值 0，会使循环一直进行下去，如下例：

while :
do
    operation-1
    operation-2
    ...
    operation-n
done

另外，: 还可以用于求取后面变量的值，比如：

#!/bin/bash
: ${HOSTNAME?} {USER?} {MAIL?}
echo $HOSTNAME
echo $USER
echo $MAIL
exit 0

在 BASH 中，export 命令用于将系统变量输出到外层的 Shell 中了。

11 BASH 程序调试

用 bash -x bash-script 命令，可以查看 BASH 脚本到底错在什么地方，帮助程序员找出脚本中的错误。

另外，用 trap 语句可以在 BASH 脚本出错退出时，打印出一些变量的值，以供程序员检查。trap 语句必须跟在 "#!/bin/bash" 后，并且为非注释代码，例如：

 trap ‘message $checkvar1 $checkvar2‘ EXIT

以上就是 BASH编写快速入门的所有内容。

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