Shell脚本编程
本指南将指导您如何编写 Shell 脚本。
1. 基础概念
在使用Linux系统时，我们通过shell访问操作系统内核的服务，它是用户使用 Linux 系统的桥梁，同时它也是一种程序设计语言。Shell 脚本（shell script）是一种为 shell 编写的脚本程序，"shell编程" 都是指 shell 脚本编程，不是指开发 shell 自身。Shell脚本的使用范围很广泛，最简单的情况可以简单堆砌一些命令即可，这样可以减少重复执行这些命令时键盘敲击的次数，复杂的情况下可以利用变量、表达式、流程控制和函数，作为一个完整的程序设计语言来完成特定的功能。Shell作为一种解释性语言，其程序（也就是shell脚本）无需编译即可执行，只需给脚本文件加上执行权限即可。
1.1 helloworld脚本
为了更快进入shell脚本的世界，遵循编程语言介绍的惯例，下面给出一个helloworld的shell脚本：
#!/bin/bash
echo "Hello World !"
可以将上面的文本内容保存为helloworld.sh，然后给文件加上执行权限，可用两种方式执行：
chmod +x ./helloworld.sh #使脚本具有执行权限
./helloworld.sh #直接运行脚本
/bin/sh helloworld.sh
注意：直接运行脚本时一定要写成 ./helloworld.sh，而不是 helloworld.sh，运行其它二进制的程序也一样，直接写 helloworld.sh，linux 系统会去 PATH 里寻找有没有叫 helloworld.sh 的，而只有 /bin, /sbin, /usr/bin，/usr/sbin 等在 PATH 里，当前目录通常不在 PATH 里，所以写成 helloworld.sh 是会找不到命令的，要用 ./helloworld.sh 告诉系统说，就在当前目录找。
第二种运行方式是直接运行解释器，其参数就是 shell 脚本的文件名。
2. Shell 变量
在 Shell 编程中，变量是用于存储数据值的名称。
定义变量时，变量名不加美元 $ 符号，如：
varName="vanxoak"
注意，变量名和等号之间不能有空格，这可能和其它编程语言都不一样。同时，变量名的命名须遵循如下规则：
- 只包含字母、数字和下划线： 变量名可以包含字母（大小写敏感）、数字和下划线 _，不能包含其他特殊字符。
- 不能以数字开头： 变量名不能以数字开头，但可以包含数字。
- 避免使用 Shell 关键字： 不要使用Shell的关键字（例如 if、then、else、fi、for、while 等）作为变量名，以免引起混淆。
- 使用大写字母表示常量： 习惯上，常量的变量名通常使用大写字母，例如 PI=3.14。
- 避免使用特殊符号： 尽量避免在变量名中使用特殊符号，因为它们可能与 Shell 的语法产生冲突。
- 避免使用空格： 变量名中不应该包含空格，因为空格通常用于分隔命令和参数。
2.1 使用变量
使用一个定义过的变量，只要在变量名前面加美元符号即可，如：
varName="vanxoak"
echo $varName
echo ${varName}
变量名外面的花括号是可选的，加不加都行，加花括号是为了帮助解释器识别变量的边界，比如下面这种情况：
for lang in Java VB; do
echo "I am good at ${lang}Script"
done
如果不给skill变量加花括号，写成echo "I am good at $langScript"，解释器就会把$langScript当成一个变量（其值为空），这不是我们想要的结果。
2.2 变量类型
Shell 支持不同类型的变量，其中一些主要的类型包括：
字符串变量： 在 Shell中，变量通常被视为字符串。
你可以使用单引号 ' 或双引号 " 来定义字符串，例如：
myString='Hello, World!'
# 或者
myString="Hello, World!"
整数变量： 可以使用 declare 或 typeset 命令来声明变量类型，可以使用declare -i来声明一个整形变量，例如：
declare -i myInteger=42
这样的声明告诉 Shell 将 myInteger 视为整数，如果尝试将非整数值赋给它，Shell会尝试将其转换为整数。
数组变量： Shell 也支持数组，允许你在一个变量中存储多个值。数组可以是整数索引数组或关联数组，以下是一个简单的整数索引数组的例子：
myArray=(1 2 3 4 5)
或者关联数组：
declare -A assocArray
assocArray["name"]="John"
assocArray["age"]=30
环境变量： 这些是由操作系统或用户设置的特殊变量，用于配置 Shell 的行为和影响其执行环境。
例如，PATH 变量包含了操作系统搜索可执行文件的路径：
echo $PATH
特殊变量： 有一些特殊变量在 Shell 中具有特殊含义，例如 $0 表示脚本的名称，$1, $2, 等表示脚本的参数。
$#表示传递给脚本的参数数量，$? 表示上一个命令的退出状态等。
| 变量类型 | 变量说明 |
|---|---|
| $# | 传递到脚本或函数的参数个数 |
| $* | 以一个单字符串显示所有向脚本传递的参数 |
| $* | 脚本运行的当前进程ID号 |
| $! | 后台运行的最后一个进程的ID号 |
| $@ | 与$*相同，但是使用时加引号，并在引号中返回每个参数 |
| $- | 显示Shell使用的当前选项，与set命令功能相同 |
| $? | 显示最后命令的退出状态。0表示没有错误，其他任何值表明有错误。 |
3. Shell 字符串
字符串是shell编程中最常用最使用的数据类型，字符串可以用单引号，也可以用双引号，也可以不用引号。
3.1 单引号
str='this is a string'
单引号字符串的限制：
- 单引号里的任何字符都会原样输出，单引号字符串中的变量是无效的；
- 单引号字符串中不能出现单独一个的单引号（对单引号使用转义符后也不行），但可成对出现，作为字符串拼接使用。
3.2 双引号
compName="vanxoak"
str="This product is designed and manufactured by \"$compName\"! \n"
echo -e $str
输出结果为：
This product is designed and manufactured by "vanxoak"!
双引号的优点：
- 双引号里可以有变量
- 双引号里可以出现转义字符
3.3 字符串操作
3.3.1 拼接字符串
chipName="RK3506"
# 使用双引号拼接
product="HD-"$chipName"-IOT"
product_1="HD-${chipName}-IOT"
echo $product $product_1
# 使用单引号拼接
product_2='HD-'$chipName'-IOT'
product_3='HD-${chipName}-IOT'
echo $product_2 $product_3
程序的输出结果为：
HD-RK3506-IOT HD-RK3506-IOT
HD-RK3506-IOT HD-${chipName}-IOT
3.3.2 获取字符串长度
string="vanxoak"
echo ${#string} # 输出 7
3.3.3 提取子字符串
以下实例从字符串第 2 个字符开始截取 4 个字符：
string="vanxoak"
echo ${string:1:4} # 输出 anxo
3.3.4 字符串操作表达式
| 表达式 | 涵义 |
|---|---|
${#string} | $string的长度 |
${string:position} | 在s t r i n g 中 , 从 位 置 string中, 从位置string中,从位置position开始提取子串 |
${string:position:length} | 在s t r i n g 中 , 从 位 置 string中, 从位置string中,从位置position开始提取长度为$length的子串 |
${string#substring} | 从变量s t r i n g 的 开 头 , 删 除 最 短 匹 配 string的开头, 删除最短匹配string的开头,删除最短匹配substring的子串 |
${string##substring} | 从变量s t r i n g 的 开 头 , 删 除 最 长 匹 配 string的开头, 删除最长匹配string的开头,删除最长匹配substring的 |
${string%substring} | 从变量s t r i n g 的 结 尾 , 删 除 最 短 匹 配 string的结尾, 删除最短匹配string的结尾,删除最短匹配substring的子串 |
${string%%substring} | 从变量s t r i n g 的 结 尾 , 删 除 最 长 匹 配 string的结尾, 删除最长匹配string的结尾,删除最长匹配substring的子串 |
${string/substring/replacement} | 使用r e p l a c e m e n t , 来 代 替 第 一 个 匹 配 的 replacement, 来代替第一个匹配的replacement,来代替第一个匹配的substring |
${string//substring/replacement} | 使用r e p l a c e m e n t , 代 替 ∗ 所 有 ∗ 匹 配 的 replacement, 代替所有匹配的replacement,代替∗所有∗匹配的substring |
${string/#substring/replacement} | 如果s t r i n g 的 ∗ 前 缀 ∗ 匹 配 string的前缀匹配string的∗前缀∗匹配substring, 那么就用r e p l a c e m e n t 来 代 替 匹 配 到 的 replacement来代替匹配到的replacement来代替匹配到的substring |
${string/%substring/replacement} | 如果s t r i n g 的 ∗ 后 缀 ∗ 匹 配 string的后缀匹配string的∗后缀∗匹配substring, 那么就用r e p l a c e m e n t 来 代 替 匹 配 到 的 replacement来代替匹配到的replacement来代替匹配到的substring |
4. 操作符与表达式
对于shell来说，每一个命令也是一个逻辑表达式，用命令或者函数的返回值来代表它们的真值，返回0为真，返回非0为假，这个值可用“$?”来获取。
Bash支持基本的数学运算符号和各种逻辑操作符。
数学运算符：+、-、、/、***、%。
除了代表的幂运算外，其它运算符与对应的C语言运算符意义相同。但Bash只支持整数运算，如果需要浮点运算，应该需要调用外部的工具。一般不建议在脚本里进行浮点运算。
像bc或者dc这样功能强大的计算器程序，可以完成浮点和更复杂的数学运算和求值。感兴趣的同学可以看这两个命令的手册。
逻辑操作符：&&和||，分别代表逻辑“与”和逻辑“或”。
对于&&来说，若左边的表达式为假，右边表达式将不用被执行即可确定整个表达式结果为假；反之需要求值右边的表达式才能求得整个表达式的真值。
对于||来说，若左边的表达式为真，则右边的表达式将不用被执行即可以确定整个表达式为真；反之需要求值右边的表达式才能求得整个表达式的真值。
4.1 算术运算
shell支持的常用的如下表，举例中这里假定变量 a 为 10，变量 b 为 20：
| 运算符 | 说明 | 举例 |
|---|---|---|
| + | 加法 | expr $a + $b 结果为 30 |
| - | 减法 | expr $a - $b 结果为 -10 |
| * | 乘法 | expr $a \* $b 结果为 200 |
| / | 除法 | expr $b / $a 结果为 2 |
| % | 取余 | expr $b % $a 结果为 0 |
| = | 赋值 | a=$b 将把变量 b 的值赋给 a |
| == | 相等。用于比较两个数字，相同则返回 true | [ $a == $b ] 返回 false |
| != | 不相等。用于比较两个数字，不相同则返回 true | [ $a != $b ] 返回 true |
4.2 关系运算
shell使用特殊的字符表示关系运算符，并且只支持数字，不支持字符串，除非字符串是数字，下表为常用关系运算符，同样指定a为10，b为20：
| 运算符 | 说明 | 举例 |
|---|---|---|
| -eq | 检测两个数是否相等，相等返回 true | [ $a -eq $b ] 返回 false |
| -ne | 检测两个数是否不相等，不相等返回 true | [ $a -ne $b ] 返回 true |
| -gt | 检测左边的数是否大于右边的，如果是，则返回 true | [ $a -gt $b ] 返回 false |
| -lt | 检测左边的数是否小于右边的，如果是，则返回 true | [ $a -lt $b ] 返回 true |
| -ge | 检测左边的数是否大于等于右边的，如果是，则返回 true | [ $a -ge $b ] 返回 false |
| -le | 检测左边的数是否小于等于右边的，如果是，则返回 true | [ $a -le $b ] 返回 true |
4.3 布尔运算
指定a为10，b为20，shell支持的布尔运算如下表：
| 运算符 | 说明 | 举例 |
|---|---|---|
| ! | 非运算，表达式为 true 则返回 false，否则返回 true | [ ! false ] 返回 true |
| -o | 或运算，有一个表达式为 true 则返回 true | [ $a -lt 20 -o $b -gt 100 ] 返回 true |
| -a | 与运算，两个表达式都为 true 才返回 true | [ $a -lt 20 -a $b -gt 100 ] 返回 false |
4.4 逻辑运算
假定变量 a 为 10，变量 b 为 20，shell支持的逻辑运算示例如下：
| 运算符 | 说明 | 举例 |
|---|---|---|
| && | 逻辑的 AND | [[ $a -lt 100 && $b -gt 100 ]] 返回 false |
| || | 逻辑的 OR | [[ $a -lt 100 || $b -gt 100 ]] 返回 true |
4.5 字符串比较
假定变量 a 为“abc”，变量 b 为“efg”，shell支持的字符串比较示例如下：
| 运算符 | 说明 | 举例 |
|---|---|---|
| =/== | 检测两个字符串是否相等，相等返回 true,==在[[]]和[]中行为可能不同 | [ $a = $b ] 返回 false |
| != | 检测两个字符串是否相等，不相等返回 true | [ $a != $b ] 返回 true |
| -z | 检测字符串长度是否为0，为0返回 true | [ -z $a ] 返回 false |
| -n | 检测字符串长度是否不为 0，不为 0 返回 true | [ -n “$a” ] 返回 true |
| $ | 检测字符串是否为空，不为空返回 true | [ $a ] 返回 true |
| > | 按照ASCII字母顺序比较，在[]中需要转义写成> | [“$a” >“$b” ]返回 true |
< | 按照ASCII字母顺序比较，在[]中需要转义写成< | [“$a” <”$b” ]回 false |
5. 流程控制
5.1 if else条件
shell中的if else条件具有一定的模版。其调用格式为：
if condition
then
command1
command2
...
commandN
fi
写成单行：
if condition;then command1; command2;fi
如果存在不满足的条件的情况：
if condition
then
command1
command2
...
commandN
else
command
fi
在多层嵌套条件情况：
if condition1
then
command1
elif condition2
then
command2
else
commandN
fi
5.2 case条件
shell中case语句为多功能选择语句，与其他语言相通的是，可以用case语句匹配一个值与一个模式，如果匹配成功，执行相匹配的命令。case语句调用格式如下：
case 值 in
模式1)
command1
command2
...
commandN
;;
模式2）
command1
command2
...
commandN
;;
esac
需要注意的点：
- 取值后面需要加上in；
- 每一模式必须以右括号结束；
- 每个模式结束后使用
;;符号结尾； - case需要搭配
esac结尾。
case中想要跳出循环有两个命令：break和continue
- break命令：允许跳出所有循环（中止执行后面所有的循环）；
- continue命令：与break命令类似，只有它不会跳出所有循环，仅仅跳出当前循环，这一点和其他类型的语言相同。
5.3 for循环
重复执行一系列命令在编程中很常见，你经常需要重复多个命令直到达到某个特定的条件，shell提供for命令，允许创建一些列值的循环，每次迭代都使用其中一个值来执行已定义好的一组命令。for循环的基本格式如下：
for var in item1 item2 ... itemN
do
command1
command2
...
commandN
done
5.4 while循环
while命令在某种程度上结合了if-then条件语句和for循环，while命令允许定义一个要测试的命令，只要该测试命令返回退出状态码为0，就循环执行一组命令。while循环的基本格式如下：
while condition
do
command
done
condition 一般为条件表达式，如果返回值为 true，则继续执行循环体内的语句，否则跳出循环。
5.5 until循环
until 循环执行一系列命令直至条件为 true 时停止。until 循环与 while 循环在处理方式上刚好相反。一般 while 循环优于 until 循环，但在某些时候until 循环更加有用。until循环调用格式：
until condition
do
command
done
condition 一般为条件表达式，如果返回值为 false，则继续执行循环体内的语句，否则跳出循环。
6. 函数
6.1 定义函数
和很多编程语言一样，如果我们需要在程序的多个地方使用同一段代码，就需要考虑降这部分代码定义为函数。shell也提供了函数支持，我们可以定义一个脚本代码块为一个函数，然后在需要使用这部分代码块时，直接写函数名即可（即调用函数），有两种方法定义函数：
# 方式1
function name {
action;
[return int;]
}
# 方式2
name () {
actions
[return int;]
}
可以使用关键字function来定义函数，也可以在函数名后跟上一个空括号来表明正在定义的是一个函数。
当然，左花括号 { 可以写在新一行的开头，可以依据个人的风格喜好来选择。可以使用return返回一个int数值），如果不使用，将默认以最后一条命令运行的结果作为返回值。
注意：所有的函数在使用前必须定义，这是因为shell解释器是顺序逐层执行的，当shell解释器发现定义的函数时，才会找到其对应的功能，进而执行。
6.2 函数参数
想要使用shell函数传递参数时，需要在函数体的内部，通过 $n 的形式来获取参数的值，与其他语言不同的是，这不是在定义函数的时候就给定参数，而是在函数体中获取到的参数，例如，$1表示第一个参数，$2表示第二个参数，函数名保存在$0变量中，可以用$#变量来确定传给函数的参数数量。
6.3 获取函数返回值
在定义函数时可以显式调用return整形值返回，若没有显示调用return语句则使用函数中最后一条shell指令的执行结果作为返回值，那如何获取到这个返回值呢？又如何获取函数的非整形结果呢？
有以下两种方式：
- 用变量接收函数输出值，函数用echo等标准输出将要返回的东西打印出来；
- 用$?来接收函数的执行状态。
#! /bin/sh
test() {
echo "test here"
return 100
}
DD=`test`
echo "return: $?"
echo "DD: $DD"
DD=$(test)
echo "DD: $DD"
echo "return: $?"
上面脚本运行结果将会是：
return: 100
DD: test here
DD: test here
return: 0
为什么最后一条是输出的0呢，因为$?总是保存着前一个程序或者函数的返回值，所以这个0值代表的是echo "DD: $DD"这个程序调用的结果，因此，若要后续判断函数执行结果，应尽快将$?的值保存到另一变量中，以免$?被后面的函数调用结果覆盖。
注意：echo命令的实现原理取决于操作系统和Shell的实现。一般来说，echo命令是由Shell内建的一个命令，它不需要调用外部的程序来执行。