shell编程lesson11

        计算机程序其实就是处理数据。很多编程问题需要使用到更小的数据单元，例如字符串和数字。shell提供了多种字符串操作的参数扩展。除了算术扩展，还有一个常见的叫做bc的命令行程序，它能执行更高层次的数学运算。

参数扩展（Parameter Expansion）

基本参数

        参数扩展的最简单形式体现在平常对变量的使用中。

$a扩展后成为变量a所包含的内容，无论a包含什么。简单参数也可以被花括号包围，例如${a}，这对扩展本身毫无影响。

但是，当变量相邻与其他文本时，则必须使用花括号，否则shell可能混淆。

a="foo"

echo $a_file

输出的结果是：空，

因为shell会试图扩展名为a_file的变量而不是a变量。可以通过加上花括号解决

a="foo"

echo ${a}_file 

输出结果是：foo_file

综上，变量的使用，建议一直添加花括号来进行扩展，避免扩展不存在的变量。 

大于9的位置参数也是需要给相应数字加上花括号来使用。例如，访问第11个位置变量，${11}。

空变量扩展的管理

        有的参数扩展用于处理不存在的变量或者空变量。这些参数扩展在处理缺失的位置参数和给参数赋默认值时很有用处。

常见的空变量扩展包括：

${var:-word}：如果变量 var 未定义或为空字符串，则返回 word，否则返回 var 的值。
${var:=word}：如果变量 var 未定义或为空字符串，则将 var 的值设置为 word，并返回 word，否则返回 var 的值。（位置参数不能以这种方式赋值，会报错）
${var:+word}：如果变量 var 定义且非空，则返回 word，否则返回空字符串。
${var:?message}：如果变量 var 未定义或为空字符串，则输出错误信息 message，并退出脚本，否则返回 var 的值。
${var:offset:length}：如果变量 var 定义且非空，则返回从位置 offset 开始、长度为 length 的子字符串，否则返回空字符串。

以上是一些常见的空字符串扩展，还有更多的用法可以参考 bash 的文档。

需要注意的是，在进行空字符串扩展时，需要将变量名或表达式用大括号括起来。

返回变量名的扩展

bash 获取变量名扩展

在 bash 中，具有返回变量名的功能。这种功能在相当特殊的情况下才会被用到。
${!prefix*}：该扩展返回所有以 prefix 开头的变量名。
${!prefix@}：该扩展返回所有以 prefix 开头的变量名，以数组的形式返回。

注意不要缺失* 或者 @

echo ${!BASH*}

 输出结果，返回所有的以BASH开头的变量名。   

BASH BASHOPTS BASHPID BASH_ALIASES BASH_ARGC BASH_ARGV BASH_CMDS BASH_COMMAND BASH_LINENO BASH_SOURCE BASH_SUBSHELL BASH_VERSINFO BASH_VERSION

字符串操作

        bash 字符串变量大写小写转换扩展

        在bash中，可以使用${变量名^^}将字符串变量中所有字符转换为大写，${变量名,,}将字符串变量中所有字符转换为小写。
        例如，假设有一个变量str，其值为Hello World，那么${str^^}将返回HELLO WORLD，${str,,}将返回hello world。

        在 bash 中，可以使用字符串扩展来操作字符串。常见的字符串扩展包括：

        ${#parameter}：获取字符串的长度。一般来说，参数parameter是个字符串。如果参数parameter是“@”或“*”，即${#@}或者${#*}，那么扩展结果就是位置参数的个数。

        ${parameter:offset:length}：获取从位置 offset 开始、长度为 length 的子字符串，如果设置有length，length不能小于0；length如果不指定，直到字符串末尾，即 ${parameter:offset}；如果offset的值为负，默认表示它从字符串末尾开始，而不是字符串开头。注意！负值前必须有一个空格，以防和${parameter:-word}扩展混淆；

        如果参数parameter是"@"，扩展的结果是位置参数的从offset开始，length为需要获取的位置参数个数，${@:1:2}表示扩展为从$1到$2的位置参数值。

        ${parameter#pattern}：从字符串开头删除最短匹配的子字符串。

        ${parameter##pattern}：从字符串开头删除最长匹配的子字符串。

        ${parameter%pattern}：从字符串结尾删除最短匹配的子字符串。

        ${parameter%%pattern}：从字符串结尾删除最长匹配的子字符串。

        ${parameter/old/new}：用 new 替换字符串中第一个匹配的 old。

        ${parameter//old/new}：用 new 替换字符串中所有匹配的 old。

        ${parameter/#substring/new}：如果字符串以 substring 开头，则用 new 替换 substring。

        ${parameter/%substring/new}：如果字符串以 substring 结尾，则用 new 替换 substring。

以上是一些常见的字符串扩展，还有更多的用法可以参考 bash 的文档。

        参数扩展是一个比较重要的功能，进行字符串操作的扩展可以替代其他常用的命令。扩展通过取代外部程序，改善了脚本的执行效率。比如 通过参数扩展 ${#j}来取代$(echo $j | wc -c)。

算术计算和扩展

        用来对整数进行算术运算，基本形式如下所示：

$((expression))，其中expression是一个有效的算术表达式。

数字进制

        在算术表达式中，shell支持任何进制表示的整数。

不同的数字进制

符号	描述
Number	默认情况下，number没有任何符号，将作为十进制数字
0Number	在数字表达式中，以0开始的数字被认为是八进制数字
0xnumber	在数字表达式中，以0x开始的数字被认为是十六进制数字
base#number	base进制的number

echo $((0xff)) 表示十进制整数255；

echo $((2#11111111))表示十进制整数255。

一元运算符

有两种一元运算符：+和-。它们分别用于指示一个数字是正或是负。

简单算术

算术操作符

操作符	描述
+	加法
-	减法
*	乘法
/	整除
**	求幂
%	取模（余数）

计算余数（取模）在循环中很有用。

考虑一个场景，显示了一行数字，其中5的倍数突出展示 

#!/bin/bash

# modulo: demonstrate the modulo operator

for ((i=1;i<=20;i++));do
        # todo
        if ((i % 5 == 0));then
                # todo
                printf "<%d> " $i
        else
                printf "%d " $i
        fi
done

赋值

赋值操作符

运算符	描述
parameter=value	简单赋值运算。赋予parameter值为value
parameter+=value	加法运算。等价于parameter=parameter+value
parameter-=value	减法运算。等价于parameter=parameter-value
parameter*=value	乘法运算。等价于parameter=parameter*value
parameter/=value	整除运算。等价于parameter=parameter÷value
parameter%=value	取模运算。等价于parameter=parameter%value
parameter++	变量后增量运算。等价于parameter=parameter+1
parameter--	变量后减量运算。等价于parameter=parameter-1
++parameter	变量前增量运算。等价于parameter=parameter+1
--parameter	变量前减量运算。等价于parameter=parameter-1

        以上，增量（++）和减量（--）运算特别有意义，它们以1为间隔 增加或减少参数的值。这种风格的表示法是从C语言衍生而来的，并且已经被其他几种编程语言采用，其中包括bash。

        ++ -- 既可能在参数前部也可能在参数尾部出现。虽然它们都以1为间隔增加或减少参数的值，两者的位置安排有一个微妙的区别。

        如果在参数前部，参数在返回前增加（或减少）。如果在参数尾部，该操作在参数返回后执行。对于大部分shell应用，前置运算操作比较常用。

位操作

有一种操作符以一种非同寻常的方式巧妙的进行数字运算，这些操作符在位层面进行执行运算。

逻辑操作

逻辑操作，比较运算 复合命令(( ))支持多种比较操作。

comparison operators

操作符	描述
<=	小于或等于
>=	大于或等于
<	小于
>	大于
==	等于
!=	不等于
&&	且 逻辑与
||	或 逻辑或
expression1?expression2:expression3	三元操作符。如果表达式expression1成立（非零，为true），那么执行expression2，否则执行expression3

 

三元操作expression1?expression2:expression3（该操作模仿C语言中的相应操作）执行一个独立的逻辑测试。它可以被用作某种意义上的if/then/else语句。它作用于三个算术表达式上（不可以是字符串），并且如果第一个表达式为真，就执行第二个表达式，否则执行第三个表达式。

#!/bin/bash

a=0
((a<1?++a:--a))
echo $a
((a<1?++a:--a))
echo $a

这是一个三元操作，本例实现了一个来回切换，每次操作被执行，变量a的值从0变为1，或从1变为0。

请注意！！在表达式内赋值操作并不能简单使用。当试图这样做时，bash将输出一个错误。

a=0
((a<1?a+=1:a-=1))

输出报错信息：

bash: ((: a<1?a+=1:a-=1: attempted assignment to non-variable (error token is "-=1")

这个问题可以通过使用括号包围赋值表达式来解决。报错原因是bash没有把a-=1当做一个整体处理。

((a<1?(a+=1):(a-=1)))

一个综合的例子，该例用到上述的知识点，输出一个简单的数字表

#!/bin/bash

# arith-loop: script to demonstrate arithmetic operators

finished=0
a=0
printf "a\ta**2\ta**3\n"
printf "=\t====\t====\n"

until ((finished));do
        b=$((a**2))
        c=$((a**3))
        printf "%d\t%d\t%d\n" $a $b $c
        ((a<10?++a:(finished=1)))
done

输出结果

a       a**2    a**3
=       ====    ====
0       0       0
1       1       1
2       4       8
3       9       27
4       16      64
5       25      125
6       36      216
7       49      343
8       64      512
9       81      729
10      100     1000

bc：一种任意精度计算语言

        shell可以处理所有的整数运算。但是如果需要执行更高级的数学运算，或者用浮点数怎么办呢？答案是无法实现。至少无法用shell直接实现。

        想要达到上述目的，需要使用外部程序。比如Perl或AWK是一个可能的解决方案或者使用专门的计算器程序bc，大多数linux系统都支持程序bc。

随着脚本编程经验的增长，有效而巧妙地操纵字符串和数字将会是非常重要的！