万字总结 | 完全掌握Shell编程

对于Linux平台下的开发者和维护人员来说，Shell编程是必须要掌握的一个知识点。通过Shell脚本能够将十分复杂的操作进行简化，从而大大的提高我们工作效率。

什么是Shell？

实际上，Shell是一个比较宽泛的概念，它可以有多种含义。比如，一个终端或命令行软件我们可以称为Shell，实际上它就是一个应用程序，是人与系统进行交互的一个操作界面；它也是一种程序语言或者命令语言，可以通过它编译一系列的脚本。

作为Shell终端软件来说，它实际上也是属于泛指。之所以这么说是因为Shell终端软件也有多种。不过，基本上所有的Linux和大多数的Mac OS X里默认用的都是Bourne Again Shell，也就是平时我们说的bash。它早在1987年由Brian Fox开发。

除bash之外，还有其他的Shell应用程序：

Shell应用程序

然而，今天我们要学习的实际上是在Shell上执行的脚本语言，所以我们说Shell脚本编程。由于它是一种解释性语言，Shell脚本编程不需要额外的安装编译器，它可以直接用编辑器直接编辑，然后直接在Shell上直接运行即可。通常，我们在编写脚本时，在第一行需要用#!来指定解释器来运行Shell脚本，比如，#!/bin/sh。

下面我们将为大家从如下几个方面全面系统的为大家梳理Shell编程的相关知识点。

Shell编程

输入输出

shell中有两种输出命令：echo和printf。学习程序，生硬的文字始终没有代码来的直接易懂。我们就直接通过例子来学习吧。

echo "hello world"
printf "%s %s" "hello" "world"
printf "!!!n"

output

从上面的例子很容易发现，echo命令默认带有换行符的，而printf则不是。与C语言中类似，printf是可以进行格式化输出的，其中，%s就是格式控制符，还有%c %d %f等控制符。另外，还可以通过在控制符中添加数字来制定字符的长度，比如，%3s表示三个字符长度；%4.3f表示4位整数，3位小数。

#!/bin/sh
printf "%6s %3s %4s %5sn" 公司名 评级 销售额 市场占比
printf "%6s %3c %4d %5fn" 公司A A 5001 0.5001
printf "%6s %3c %4d %5fn" 公司B C 1999 0.1999
printf "%6s %3c %4d %5fn" 公司B B 3000 0.3

printf

如果需要字符对齐，还可以使用-进行字符左对齐，省略不加默认右对齐。

在shell中是使用read命令作为输入，它可以接受标准键盘的输入；除此之外，也可以作为文件描述符的输入，对文件进行操作。

read命名的格式如下：

read [选项名] [变量名]

read命令在执行时，会将输入的数据放到变量中，通常，我们会指定一个自定义的变量，如果不指定变量的话，则就会把输入的数据保存到REPLY变量中。关于变量的一些具体信息可以在下面的变量章节了解。

read命令的选项名有下面几种参数，我们可以选择一种或几种进行设置。

• -p：设置提示信息，屏幕会输出提示信息；
• -t：设置等待时间（秒），等待用户输入的时间；
• -n：设置接收指定的字符数；
• -s：隐藏输入的数据，用于比较隐私机密信息的输入。

具体的使用方法大家可以参考下面的例子：

#!/bin/sh
read -p "input a name:" name
read -p "input a password:" -s passwd

echo ""

echo $name
echo $passwd

read

注释

每种语言都少不了注释，对于Shell也是一样。一个好的注释可以让代码更容易阅读和维护。shell脚本里也可以使用两种注释：单行注释和多行注释。单行注释可以直接在所在行使用#，多行注释就需要:<<!和!。

# 这是一行内容
# 这是一行内容

:<<!
这是一行内容
这是一行内容
!

对于多行注释除了用!符号外，还可以用EOF '等符号。

除了这两种方法之外，还可以通过条件语句来实现。

变量

Shell可以定义变量，并通过=给变量赋值，与其他语言不同的是，在=和变量及被赋的值之间不能有空格。习惯了其他语言的同学可能会有些不适应，不过要注意这一点。

对于命名的规则，其实是与其他语言是类似的：

• 使用英文字母，数字和下划线，但不能以数字开头。
• shell的保留关键字不可以使用

v1=1234 #正确
v2="hello" #正确
v3_1="world" #正确
v4_1 = "world" #错误，‘=’符前后不能有空格

除此之外，在访问变量时需要在变量前$符来访问，如果需要区分变量的边界，还需要在变量前后加上{}用来区分变量名的边界，建议在使用变量时加上{}。

a="hell world:"
b="一个敲代码的厨子"

echo ${a}${b}

Shell的数据类型比较简单，变量的默认数据类型是字符串类型。我们可以使用单引号或双引号，因此，也是可以不用引号的。

我们再来看一个例子：

a=1
b=2
echo ${a}+${b}

大家觉得最后应该输出多少呢？

example

答案是不是超出了大家的预料？这样大家应该理解了为什么说Shell定义变量时默认是字符串类型。

那么问题来了，该怎么表示数字呢？其实，这里我们稍微进行特殊处理一下就可以了，在数据运算的时候我们用$[运算表达式]形式就可以了。

a=1
b=2
echo $[${a}+${b}]

a+b

除了这种方法，还有其他的方法可以进行数据运算，我们在后面的数据运算章节在详细展开，我们接着说变量。

我们可以将变量分成局部变量和环境变量：

• 局部变量：是在Shell命令或脚本中定义的变量，只能在当前Shell命令或脚本中有效。
• 环境变量：创建它们的shell及其派生出来的任意子进程中使用等。它可以保证一些程序的正常运行。

在一些特殊的场景，我们不希望我们定义的变量数值被改变，这时，我们可以使用readonly命令将变量设置成只读。

a="hello world"
readonly a
echo ${a}
a="hahah"

还有一些场景需要清除一个变量，我们可以使用unset命令将变量删除，需要注意的是对于只读变量是不能删除的。

a="hello world"
b="一个敲代码的厨子"
readonly b
unset a
unset b
echo ${a}
echo ${b}

字符串变量操作

了解了上面变量的内容之后，我们知道变量模式是字符串类型的。那字符串的操作有哪些呢？

一般我们可以会对字符串变量进行如下操作：

• 获取字符串的长度：可以变量前加上#符号，${#变量}；
• 截取字符串：可以在变量后使用:截取，${变量:x:y};
• 替换字符串中子字符串：可以在变量后使用/符号，${变量/子字符串/替换的字符串}；
• 删除字符串中的子字符串：实际上可以通过替换子字符串的方法实现；
• 字符串大小写替换：可以使用^^转换成大写，使用,,转换成小写；

下面，我们可以从下面的例子更直观的了解这些操作。

a="Hello World"

echo "${#a}" #获取字符串长度
echo "${a:6:3}" #从下标6开始截取3字符
echo "${a/ll/hh}" #将字符串中的ll替换为hh
echo "${a/or/}" #删除子字符串or
echo "${a^^}" #全部转化成大写
echo "${a,,}" #全部转化成小写

字符串操作

数字运算

在上面的变量章节，我们学习到了可以使用$[运算表达式]形式，使数字变量进行运算。这一章节，我们将会详细了解数字运算。实际上Shell可以使用命令和运算表达式的方式进行数字运算，它们可以支持+ - * / %等算术运算。

命令方式主要有let declare expr等命令，下面我们一一通过例子来学习他们的使用。

通过let命令进行数字运算，let命名后直接跟上运算表达式即可。

#!/bin/sh
a="4"
b="2"

let c1=${a}+${b}
let c2=${a}-${b}
let c3=${a}*${b}
let c4=${a}/${b}
let c5=${a}%${b}

echo "a + b =" ${c1}
echo "a - b =" ${c2}
echo "a * b =" ${c3}
echo "a / b =" ${c4}
echo "a % b =" ${c5}

let命令

通过expr命令进行数字运算，可以查看下面的示例代码，但是需要注意两点：

• 运算符和两边的变量需要使用空格隔开；
• 需要注意需要将*转义为*。

#!/bin/sh
a=4
b=2

c1=$(expr ${a} + ${b})
echo "a + b =" ${c1}

c2=$(expr ${a} - ${b})
echo "a - b =" ${c2}

c3=$(expr ${a} * ${b})
echo "a * b =" ${c3}

c4=$(expr ${a} / ${b})
echo "a / b =" ${c4}

c5=$(expr ${a} % ${b})
echo "a % b =" ${c5}

expr

declare命令也可以进行数字运算，它的参数选项中有一个-i选项，它可以将变量声明为整数型，因此，我们也可以通过declare实现数字的运算。

#!/bin/sh
a="4"
b="2"

declare -i c1=${a}+${b}
declare -i c2=${a}-${b}
declare -i c3=${a}*${b}
declare -i c4=${a}/${b}
declare -i c5=${a}%${b}

echo "a + b =" ${c1}
echo "a - b =" ${c2}
echo "a * b =" ${c3}
echo "a / b =" ${c4}
echo "a % b =" ${c5}

declare命令

通过运算表达式实现数字运算的方式，主要有$((运算表达式))和$[运算表达式]，我们依次来看看他们的使用方法。

#!/bin/sh
a=4
b=2

c1=$((${a}+${b}))
c2=$((${a}-${b}))
c3=$((${a}*${b}))
c4=$((${a}/${b}))
c5=$((${a}%${b}))

echo "a + b =" ${c1}
echo "a - b =" ${c2}
echo "a * b =" ${c3}
echo "a / b =" ${c4}
echo "a % b =" ${c5}

表达式方式1

#!/bin/sh
a=4
b=2

c1=$[${a}+${b}]
c2=$[${a}-${b}]
c3=$[${a}*${b}]
c4=$[${a}/${b}]
c5=$[${a}%${b}]

echo "a + b =" ${c1}
echo "a - b =" ${c2}
echo "a * b =" ${c3}
echo "a / b =" ${c4}
echo "a % b =" ${c5}

表达式方式2

除了这些运算之外，shell也支持自增和自减运算，这里以let命令为例：

#!/bin/sh
c1=2
c2=2
c3=2

let c1++
let c2--
let c3+=1

echo "c1 =" ${c1}
echo "c2 =" ${c2}
echo "c3 =" ${c3}

自增和自减

上面的这些运算方法都有各自的要求，在使用的时候我们一定要清楚它们的使用方法。另外，在默认情况下shell是不支持小数运算，大家可以发现上面的运算都是整数运算，怎么进行小数运算呢？

我们可以借助Linux平台下的bc计算器进行小数运算。

#!/bin/sh
a=1.411
b=1.332

c1=`echo "$a+$b"|bc`
c2=`echo "$a-$b"|bc`
c3=`echo "$a*$b"|bc`
c4=`echo "scale=3;$a/$b"|bc` #scale用来指定小数的位数

echo $c1
echo $c2
echo $c3
echo $c4

小数运算

数组

Shell可以定义数组用来存放多个数据，格式如下，数组中的各个元素需要使用空格隔开，数组在定义时可以不用指定数组的大小。

array=(value1 value2 value3 ...)

在访问数组时，可以使用中括号和下标（[下标]）访问各个元素，它的下标也是从0开始的。

#!/bin/sh

a=(hello world code)
echo ${a[0]}
echo ${a[1]}
echo ${a[2]}

数组访问

除了用下标访问单个元素之外，是否有其他方法获取所有元素呢？我们可以使用*和@符号获取数组的所有元素。这两个符号是不是很熟悉？我们在字符串变量操作章节用到过这两个符号。

#!/bin/sh

a=(hello world code)
echo ${a[*]}
echo ${a[@]}

获取数组所有元素

同样的，与获取字符变量长度类似，我们也可以使用#符号来获取数组的长度。

#!/bin/sh

a=(hello world code)
echo ${#a[*]}

获取数组长度

关系运算

关系运算也就是比较运算，因为在shell里都是字符串类型，我们怎么比较数字的大小呢？shell中专门提供了一些专门用来关系运算的运算符。如下：

• -eq：可以判断两个数是否相等，相等则为ture，格式为[ $a -eq $b ]；
• -ne：可以判断两个数是否不相等，不相等则为true，格式为[ $a -ne $b ]；
• -gt：可以左边的数是否大于右边的，如果是则为true，格式为[ $a -gt $b ]；
• -lt：可以判断左边的数是否小于右边的，如果是则为true，格式为[ $a -lt $b ]；
• -ge：可以判断左边的数是否大于等于右边的，如果是则为true，格式为[ $a -ge $b ]；
• -le：可以判断左边的数是否小于等于右边的，如果是则为true，格式为[ $a -le $b ]。

这里要注意变量和中括号两边是有空格隔开，运算符和变量之间也有空格隔开，具体我们可以通过一个例子来进一步了解它们的使用。

#!/bin/sh
a=1
b=2

if [ $a -eq $b ];then
echo "yes"
else
echo "no"
fi

if [ $a -ne $b ];then
echo "yes"
else
echo "no"
fi

if [ $a -gt $b ];then
echo "yes"
else
echo "no"
fi

if [ $a -lt $b ];then
echo "yes"
else
echo "no"
fi

这里用到了判断语句if...else，详细内容可以在条件语句章节再深入了解。

关系运算

上面的是数值关系运算，当然，对于字符串同样也有类似的元素符。

=：判断两个字符串是否相等，相等则为真，[ $a = $b ] ；
!= 判断两个字符串是否不相等，不相则为真，[ $a != $b ]；
-z 判断字符串长度是否为0，如果是则为真，[ -z $a ]；
-n 判断字符串长度是否不为0，如果是则为真，[ -n "$a" ]；
$ 判断字符串是否为空，如果不为空则为真，[ $a ]；
#!/bin/sh
a="hello"
b="hello"
c="world"
d=""

echo "a = b ?"
if [ $a = $b ];then
echo "yes"
else
echo "no"
fi

echo "a != b ?"
if [ $a != $b ];then
echo "yes"
else
echo "no"
fi

echo "a != c ?"
if [ $a != $c ];then
echo "yes"
else
echo "no"
fi

echo "len(c) = 0 ?"
if [ -z $c ];then
echo "yes"
else
echo "no"
fi

echo "len(d) != 0 ?"
if [ -n "$d" ];then
echo "yes"
else
echo "no"
fi

echo "len(a) = 0 ?"
if [ $a ];then
echo "yes"
else
echo "no"
fi

字符串

逻辑运算

除了我们上面介绍的算术运算和关系运算，Shell还有逻辑运算。逻辑运算主要有逻辑与和逻辑或运算。

• 逻辑与运算使用&&表示，运算符两边都为真则结果为真；
• 逻辑或运算使用||表示，运算符两边只要有一个为真则结果为真。

我们通过一个例子来对逻辑运算进一步了解。

#!/bin/sh
a=1
b=2
c=1

echo "a = c && a != b ?"
if [[ $a -eq $c && $a -ne $b ]];then
echo "yes"
else
echo "no"
fi

echo "a = b || a = c ?"
if [[ $a -eq $b || $a -eq $c ]];then
echo "yes"
else
echo "no"
fi

逻辑运算

条件语句

与其他语言一样，shell脚本编程也可以进行流程控制，比如，条件语句，循环语句等，这一章节我们学习条件语句。

条件语句中主要通过if else then elif fi等关键字组成，主要可以组成下面几种情况：

• 单分支
• 双分支
• 多分支：多个条件，多个执行分支

单分支这种情况，结构比较简单，一个条件一个执行分支。

a=1

if [ $a == 1 ];then
echo "a = 1"
fi

单分支

双分支的情况，比单分支多一个执行分治。

a=1

if [ $a == 2 ];then
echo "a = 1"
else
echo "a != 1"
fi

双分支

多分支结构比较适合多种条件，多个执行分支的情况。

a=2

if [ $a == 1 ];then
echo "a = 1"
elif [ $a == 2 ];then
echo "a = 2"
else
echo $a
fi

多分支

对于if的分支语句大家要注意格式问题，在[]里的条件表达式一定要和两边中括号符号用空格隔开。

此外，还有一种多分支语句case语句，格式为：

case $变量 in
"value1")
执行语句1
;;
"value2")
执行语句2
;;
*)
执行其他语句
;;
esac
我们看一个case语句的示例：

#!/bin/sh

read -p "please in put a number:" num

case $num in
"1")
echo "Start 1th flow"
;;
"2")
echo "Start 2th flow"
;;
*)
echo "Do nothing"
esac

case语句

上面的这些只是一些简单的语句结构，大家只要掌握了这几种分支语句的用法，就可以组成更加复杂的分支语句，比如，多个判断条件，多个分支嵌套等。

循环语句

用于流程控制的另一种方式是循环语句，Shell中常见有for while until select这四种循环语句。下面我们依次来了解这四种循环方式。

for循环for(())和for...in这两种形式，我们可以根据自己的需要进行选择。

先来看看for(())这种循环格式：

for((ex1;exp2;exp3))
do
循环体
done

这里我们可以结合的数组的知识来举个循环的栗子。

a=("hello" "world" "hello" "shell")

for((i=0;i<4;i++))
do
echo ${a[i]}
done

for循环

我们通过定义一个递增变量i，依次访问数组各个元素。有没有更简单的变量方法呢？我们再看下面一个例子。

a=("hello" "world" "hello" "shell")

for v in ${a[*]}
do
echo $v
done

for...in

上面的例子用的是第二种for...in的循环格式，其格式如下，它可以方便的遍历一个列表或数组，而不需再定义递增/递减变量。

for var in list
do
循环体
done
接下来我们看while循环，while循环的格式如下，

while [ 条件表达式 ]
do
循环体
done

再看一个例子：

a=("hello" "world" "hello" "shell")
i=0

while [ $i -lt 4 ]
do
echo ${a[i]}
let i++
done

while

while循环需要注意条件表达的写法，相信看了上面的关于条件语句的同学已经很清楚了。

在shell中有一个与while循环恰好相反的循环until循环；在while循环中条件表达式成立就会进入循环体，而在until循环中条件表达式不成立才会进入循环，until循环的格式如下：

until [ 条件表达式 ]
do
循环体
done

我们将上面while循环例子的条件表达式稍加改动。

a=("hello" "world" "hello" "shell")
i=0

until [ $i -ge 4 ]
do
echo ${a[i]}
let i++
done

until

对于until循环语句来说，一般没有上面的几种循环语句较为常用。

最后，还有一种较为特殊的循环select，我们先看一下它的格式：

select var in list
do
statements
done

为什么说它是一种特殊的循环？我们看下面这个例子：

a=("hello" "world" "hello" "shell")
i=0

select v in ${a[*]}
do
echo $v
done

select

从这里例子上，我们可以发现在每行打印前面都有一个序号，我们还可以选择其中一个序号，会输出对应需要的结果。它是shell中特有的一种结构，通常和case...in语句一起使用，通过根据选择的序号不同，可以选择执行case...in里不同的动作。

a=("公司A" "公司B" "公司C" "公司D")

select v in ${a[*]}
do
case $v in
"公司A")
echo "恭喜您，你选择了公司A ！"
break
;;
"公司B")
echo "恭喜您，你选择了公司B ！"
break
;;
"公司C")
echo "恭喜您，你选择了公司C ！"
break
;;
"公司D")
echo "恭喜您，你选择了公司D ！"
break
;;
*)
echo "您没有选择任何一个公司，请重新选择！"
esac
done

select in 和 case in

函数

在一个复杂的功能的脚本程序中，会有很多重复或相似的功能，为了避免大量的重复代码，这个时候函数的作用体现出来了。一般的我们会将一些相似的或重复的操作抽象成一个函数，并根据参数的不同返回相应的结果。这样程序将更具模块化，逻辑也更加清楚，便于开发和维护。

当然，在shell中也可以使用函数。其格式如下：

function name() {
# 函数体
return value
}
这里function是用来定义函数的关键字，name是需要我们自定义的函数名，return value是函数的返回值。现在我们来定义一个函数：

function test1() {
echo "this is a function"

return 0
}
该怎么调用函数呢？直接写函数名即可，我们看一个完整版程序：

function test1() {
echo "this is a function"

return 0
}

test1 #调用函数

函数1

上面函数没有带参数的，那如果有参数怎么办呢？我们继续看例子：

function test2() {
echo "parameter1 : $1"
echo "parameter2 : $2"

return 3
}

test2 1 2 #调用函数
echo $? #获取函数返回值

函数2

实际上，函数中是不要定义形参的，在调用时在函数后面加上实参就可以了。而函数体中可以通过$加参数编号访问参数，比如，第一个参数$1，到第十个参数以上就需要加上{}符号，比如${10}，而函数返回值需要在调用该函数后通过$?获得。

文件包含

有的时候某个功能可能被多个脚本使用，这时就需要在将这个功能放到一个公共的文件中，需要这个功能的脚本直接包含这个公共的文件即可，这就是文件的包含，同样的Shell也是支持文件包含的。

在Shell中可以使用.或source加上文件名来包含文件。直接来看例子：

先建一个文件test_one.sh:

#test_one.sh
var1=1
再建一个文件test_two.sh:

#test_two.sh
var2=2

下面我们在建一个文件包含test_one.sh和test_two.sh这两个文件。

. ./test_one.sh
source ./test_two.sh

echo "file one var1=${var1}"
echo "file two var2=${var2}"

文件包含

这里需要注意.和./test_one.sh文件之间是有一个空格。

最后

至此，我们已经学会了shell编程的一些基本知识。文中使用的都是一些简单的例子，在实际的shell脚本中往往都是比较复杂的逻辑。不过，再复杂的代码也是有这些简单的结构组成。因此，大家一定要有一个扎实基础和掌握一个完整的shell知识体系。