【Linux基础及shell脚本】for循环语句

1. 什么是for循环语句

for循环是一种控制流语句，用于在编程中重复执行一段代码。这种循环结构常常用于遍历序列（如列表或数组）或执行固定次数的迭代。

1.1 for循环语句的基本概念

在Shell脚本中，for循环的基本语法如下：

for VARIABLE in ITEM1 ITEM2 ... ITEMN
do
    command1
    command2
    commandN
done

这里，VARIABLE是我们定义的变量，ITEM1，ITEM2，…，ITEMN是一个元素列表，这些元素可以是数字、字符串或任何我们想要遍历的值。在do和done之间的command1，command2，…，commandN是我们想要重复执行的命令或操作。

例如，我们可以使用for循环打印出一系列的数字：

for i in 1 2 3 4 5
do
   echo "Number is $i"
done

运行这个脚本，会依次打印出"Number is 1"，“Number is 2”，“Number is 3”，“Number is 4”，“Number is 5”。

1.2 for循环语句的应用场景

for循环语句在许多场景中都有应用。以下是一些常见的应用场景：

1. 遍历数组：在Shell脚本中，我们可以使用for循环遍历数组中的每一个元素。例如：

   array=("element1" "element2" "element3")
   for i in "${array[@]}"
   do
      echo "$i"
   done
   

2. 读取文件：我们也可以使用for循环来读取文件的每一行。例如：

   for line in $(cat filename)
   do
      echo "$line"
   done
   

3. 执行固定次数的任务：我们可以使用for循环来执行固定次数的任务，比如测试性能、生成测试数据等。

这些只是for循环在Shell脚本中的一些常见应用，实际上，它的使用场景远不止这些，只要涉及到需要重复执行的操作，都可以考虑使用for循环来完成。

2. Shell脚本中for循环的语法

在Shell脚本中，我们主要使用两种风格的for循环：标准for循环和C语言风格的for循环。下面我们将分别对这两种for循环进行介绍。

2.1 标准for循环的语法

在Shell脚本中，标准的for循环语法如下：

for VARIABLE in ITEM1 ITEM2 ... ITEMN
do
    command1
    command2
    commandN
done

这里，VARIABLE是我们定义的变量，ITEM1，ITEM2，…，ITEMN是一个元素列表。在do和done之间的command1，command2，…，commandN是我们想要重复执行的命令或操作。

例如，如果我们想要遍历一组字符串，我们可以这样写：

for name in Alice Bob Charlie
do
   echo "Hello, $name"
done

这个脚本会依次打印出"Hello, Alice"，“Hello, Bob”，“Hello, Charlie”。

2.2 C语言风格的for循环语法

Shell脚本也支持C语言风格的for循环。这种for循环的语法如下：

for (( EXP1; EXP2; EXP3 ))
do
    command1
    command2
    commandN
done

这里，EXP1，EXP2，和EXP3是表达式，用于初始化循环变量，判断循环条件，以及更新循环变量。

例如，我们可以使用C语言风格的for循环来打印1到5的数字：

for (( i=1; i<=5; i++ ))
do
   echo "Number is $i"
done

运行这个脚本，会依次打印出"Number is 1"，“Number is 2”，“Number is 3”，“Number is 4”，“Number is 5”。

注意，C语言风格的for循环需要在一些支持此语法的Shell中运行，如bash、ksh等，但在某些较老或较简化的Shell如dash中则不支持。

3. Shell脚本中for循环的使用示例

3.1 使用for循环遍历数组

在Shell脚本中，我们可以使用for循环遍历数组的每一个元素。以下是一个示例：

# 定义一个数组
array=("Apple" "Banana" "Cherry")

# 使用for循环遍历数组
for fruit in "${array[@]}"
do
   echo "$fruit"
done

在这个示例中，我们首先定义了一个包含三个元素的数组。然后，我们使用for循环遍历这个数组，每次循环都会将数组的一个元素赋值给变量fruit，然后打印出这个元素。

运行这个脚本，会依次打印出"Apple"，“Banana”，“Cherry”。

3.2 使用for循环读取文件内容

我们也可以使用for循环来读取文件的每一行。以下是一个示例：

# 使用for循环读取文件的每一行
for line in $(cat filename.txt)
do
   echo "$line"
done

在这个示例中，我们使用cat命令读取文件filename.txt的内容，然后使用for循环遍历读取的每一行。每次循环都会将文件的一行内容赋值给变量line，然后打印出这一行的内容。

注意：这种方法可能会在处理包含空格或特殊字符的文件时出现问题。一个更为安全的方法是使用while循环和read命令来读取文件，如下：

# 使用while循环和read命令读取文件的每一行
while IFS= read -r line
do
   echo "$line"
done < filename.txt

4. for循环的高级应用

4.1 使用for循环与其他shell控制结构联用

for循环可以和其他Shell控制结构如if语句、case语句、while语句等联用，从而实现更复杂的功能。以下是一个示例：

# 使用for循环和if语句联用
for num in 1 2 3 4 5
do
   if [[ $num -eq 3 ]]
   then
      echo "Number is three"
   else
      echo "Number is not three, it is $num"
   fi
done

在这个示例中，我们遍历了一组数字，然后使用if语句检查每个数字是否等于3。如果等于3，就打印"Number is three"；否则，打印"Number is not three, it is $num"。

4.2 利用for循环进行批量操作

for循环可以用来进行批量操作，例如批量重命名文件、批量处理数据等。以下是一个示例，用for循环批量创建文件：

# 使用for循环批量创建文件
for num in {1..10}
do
   touch "file$num.txt"
done

在这个示例中，我们使用for循环创建了10个文件，文件名分别是file1.txt，file2.txt，…，file10.txt。

5. 常见的for循环问题和解决办法

5.1 for循环中的变量作用域问题

在Shell脚本中，变量的作用域通常是全局的，也就是说，你在脚本的任何地方定义的变量，在脚本的其他部分也都可以访问。这包括在for循环中定义的变量。例如：

for i in 1 2 3
do
   a=$i
done
echo $a

在这个例子中，变量a在for循环中被定义和赋值，但是在for循环外部我们仍然可以访问到它。因此，如果你在for循环中定义了一个变量，并且在循环外部有一个同名的变量，那么在循环内部定义的变量将覆盖循环外部的变量。

解决这个问题的一种方法是在循环内部使用局部变量。在Shell脚本中，我们可以使用local关键字来定义局部变量。然而，local只能在函数内部使用。所以，如果你需要在循环内部使用局部变量，你可以把循环放在一个函数里。例如：

function loop {
    for i in 1 2 3
    do
       local a=$i
       echo "Inside loop: $a"
    done
}

loop
echo "Outside loop: $a"

在这个例子中，a是一个局部变量，只在函数loop内部有效。因此，Outside loop: $a会输出空值，因为在函数外部，变量a未被定义。

5.2 解决for循环的无限循环问题

在使用for循环时，我们有时可能会遇到无限循环的问题。这通常是因为循环条件的设置不正确导致的。例如，如果我们错误地使用了C语言风格的for循环，可能会导致无限循环：

for (( i=1; i!=0; i++ ))
do
   echo "Number is $i"
done

在这个例子中，循环的终止条件是i不等于0，但是在循环体内，我们一直在增加i的值，所以i永远不会等于0，导致循环无法结束。

解决这个问题的方法是正确地设置循环的终止条件。例如，如果我们想要打印出1到5的数字，我们可以这样设置循环的终止条件：

for (( i=1; i<=5; i++ ))
do
   echo "Number is $i"
done

在这个例子中，当i的值大于5时，循环就会结束，这样我们就可以避免无限循环的问题。

6. 实例讲解

以下是一些使用for循环的典型示例。这些示例涵盖了不同的场景，代码的复杂度和量也会逐渐增加。

6.1 实例1：打印当前目录的所有文件和目录

for item in *
do
    echo $item
done

此脚本使用通配符*代表当前目录下的所有文件和目录，然后使用for循环遍历并打印每一项。

6.2 实例2：批量修改文件扩展名

for file in *.txt
do
    mv "$file" "${file%.txt}.md"
done

此脚本找到当前目录下所有的.txt文件，并使用mv命令将其重命名为.md文件。其中"${file%.txt}.md"使用了Shell的参数替换功能，将.txt扩展名替换为.md。

6.3 实例3：打印1到100的所有偶数

for num in {1..100}
do
    if ((num % 2 == 0))
    then
        echo $num
    fi
done

此脚本使用for循环遍历1到100的所有数字，然后使用if语句检查每个数字是否为偶数。如果是偶数，就将其打印出来。

6.4 实例4：统计一个目录下的文件数量和目录数量

file_count=0
dir_count=0

for item in *
do
    if [[ -f $item ]]
    then
        ((file_count++))
    elif [[ -d $item ]]
    then
        ((dir_count++))
    fi
done

echo "Files: $file_count"
echo "Directories: $dir_count"

此脚本遍历当前目录下的所有文件和目录。对于每一项，它检查该项是否为文件还是目录，并对文件数量和目录数量进行计数。最后，它打印出文件数量和目录数量。

6.5 实例5：批量下载图片

假设我们有一个文本文件，其中每行都是一个图片的URL。我们可以使用for循环批量下载这些图片：

for url in $(cat images.txt)
do
    wget $url
done

此脚本从images.txt文件中读取每一行（即每个URL），然后使用wget命令下载图片。

这只是一个基本的示例，实际上，你可能需要处理各种各样的情况，例如下载失败的重试、改变图片的保存位置和名称等等。你可以在这个基础上增加更多的逻辑来满足你的需求。

6.6 实例6：批量生成用户

在Linux系统管理中，我们有时需要批量创建用户。我们可以使用for循环来完成这个任务：

for user in user1 user2 user3
do
    useradd $user
done

此脚本为每个用户执行useradd命令，从而创建用户。注意，此脚本需要root权限才能运行。

6.7 实例7：批量检查网站可用性

for url in $(cat websites.txt)
do
    if curl --output /dev/null --silent --head --fail "$url"; then
        echo "URL $url is reachable"
    else
        echo "URL $url is not reachable"
    fi
done

此脚本从一个文件中读取网址，并使用curl命令检查每个网址的可达性。如果网址可达，它会打印出"URL is reachable"，否则，它会打印出"URL is not reachable"。

6.8 实例8：批量压缩目录

for dir in */
do
    tar -czf "${dir%/}.tar.gz" "$dir"
done

此脚本将当前目录下的每个子目录压缩为一个.tar.gz文件。例如，如果有一个名为example的目录，它会被压缩为example.tar.gz。

6.9 实例9：统计每个文件的行数

for file in *.txt
do
    count=$(wc -l < "$file")
    echo "$file has $count lines"
done

此脚本对当前目录下的每个.txt文件执行wc -l命令，计算文件的行数，然后打印出文件名和行数。

6.10 实例10：分析日志文件

error_count=0

for line in $(cat /var/log/syslog)
do
    if [[ $line == *"error"* ]]
    then
        ((error_count++))
    fi
done

echo "Found $error_count error lines in syslog"

此脚本从syslog文件中读取每一行，并检查行中是否包含"error"这个词。如果包含，就将错误计数器加1。最后，打印出在syslog中找到的错误行数。