三十分钟学会Shell（上）

Shell

​ Shell 本身并不是内核的一部分，它只是站在内核的基础上编写的一个应用程序，是用户和Linux文件系统之间的桥梁。Shell 有自己的特殊性，就是开机立马启动，并呈现在用户面前；用户通过 Shell 来使用 Linux，不启动 Shell 的话，用户就没办法使用Linux。

1. shell的基础概念

​ Shell是一种解释性的命令行界面（CLI），它为用户提供了与操作系统内核进行交互的方式。在Linux和UNIX系统中，Shell是一种基本的用户界面工具，用于执行命令、管理文件系统、启动程序等。

​ 常见的Shell有Bourne Shell（sh）、Bash（Bourne Again SHell）、C Shell（csh）和Korn Shell（ksh）等。其中，Bash是最常用的Shell，也是许多Linux发行版的默认Shell。

以下是Shell的一些主要特点和功能：

1. 命令执行：Shell允许用户在命令行中输入命令，并将其传递给操作系统执行。用户可以执行各种任务，如文件操作、进程管理、软件安装等。
2. 脚本编程：Shell还提供了脚本编程的功能，用户可以编写一系列的Shell命令并保存为脚本文件。这个脚本文件可以被执行，从而自动完成一系列的操作，提高效率和自动化任务。
3. 变量和环境：Shell中可以定义和使用变量，用于存储数据和结果。用户可以通过变量来传递参数、存储临时数据等。此外，Shell还提供了环境变量，用于存储系统级别的配置信息，如路径、用户设置等。
4. 通配符和通道：Shell支持通配符（如*、?）来匹配文件名和路径，从而方便进行文件操作。同时，Shell还支持管道（|）操作符，允许将一个命令的输出作为另一个命令的输入，实现数据流的传递和处理。
5. 控制结构和循环：Shell提供了条件语句（如if-else）、循环语句（如for、while）等控制结构，使得用户可以根据条件执行不同的命令块或重复执行一系列的命令。
6. 命令历史和自动补全：Shell会保存用户输入的命令历史记录，方便用户查找和重复执行之前执行过的命令。此外，Shell还支持自动补全，当用户输入命令或文件路径时，可以通过按下Tab键来自动完成。

Shell是Linux系统中强大且灵活的工具，它为用户提供了直接与操作系统交互的方式，可以根据用户需求执行各种任务和操作。通过学习和熟悉Shell，用户可以更好地管理和控制他们的系统。

1.1 Shell分类

​ Shell 是提供与内核沟通接口的命令解释器程序，但实际上 Shell 是这种解释器的统称，Linux 系统的 Shell 种类很多，包括 Bourne Shell（简称 sh）、Bourne Again Shell（简称 bash）、C Shell（简称 csh）、K shell（简称 ksh）等等。如下图：

​ 也就是说 sh 和 bash 都是 Linux 系统 Shell 的一种，其中 bash 命令是 sh 命令的超集，大多数 sh 脚本都可以在 bash 下运行。Linux 系统中预设默认使用的就是 bash。

1.2 She Bang

She Bang是Shell脚本的第一行：#!/bin/bash，通常是用来指定要运行的脚本的解释器。

• #! 就是告诉系统解释此脚本文件的 Shell 程序在哪（其后路径所指定的程序）
• /bin/bash是解释器的路径。

所以 She Bang的格式重要，格式不正确会导致命令工作不正常。其中大家要记住的是：

• She Bang应在脚本的第一行。
• 在 #! 和解释器的路径之间， # 之前不应有任何空格。

1.3 运行脚本的方式

• sh和bash
  • 开启一个新进程运行脚本
  • 变量不能共享
• source和.
  • 在当前进程中运行脚本（所以环境变量要使用source，不然新进程中访问不到）
  • 变量可以共享
  • .代表带路径运行
• 带路径运行
  • 运行的脚本必须有执行权限

1.4 脚本

​ 在计算机编程中，脚本是用于适当的运行时环境的一组命令，这些命令用于自动执行任务。

我们经常说的 Shell 脚本，其实就是利用 Shell 的功能，编写能够直接运行的脚本文件。

2. Shell 基础

2.1 注释

: '
	这就是注释
 '

<< EOF
 用分界符注释
 不是EOF也可以，但是EOF是规范
EOF 

2.2 变量

在Shell中，变量是用来存储数据的一种方式。它们可以是数字、字符串或任何其他类型的数据。

Shell中的变量名是以美元符号（$）开头的字符串，其后跟着变量名。不能在变量名中使用空格或标点符号（除了下划线），也不能以数字开头。变量名区分大小写。

下面是一些常见的Shell变量：

1. 环境变量：这些变量包含了有关系统和用户环境的信息。例如，PATH变量定义了Shell在哪些目录中查找可执行文件。
2. 用户定义变量：这些变量由用户自己定义，用于存储特定的数据。例如，可以定义一个变量来存储一个目录的路径名。
3. 位置参数变量：这些变量用于存储命令行参数。例如，$0表示命令本身的名称，$1、$2等表示命令行中的第一个、第二个参数等。
4. 预定义变量：这些变量由Shell预先定义，用于存储有关Shell状态和配置的信息。例如，$HOME变量存储当前用户的主目录路径。

Shell中使用等号（=）来给变量赋值，例如：

MY_VAR="Hello, world!"

在Shell中，可以使用echo命令来显示变量的值，例如：

echo $MY_VAR

输出结果为：

Hello, world!

可以使用unset命令来删除一个变量，例如：

unset MY_VAR

以上就是Shell中的变量的基本知识。掌握了变量的使用方法，可以更加灵活地编写Shell脚本。

2.3 引号

在Shell中，引号用于将字符串括起来。引号可以是单引号、双引号或反引号。

1. 单引号：单引号内的所有字符都被视为普通字符，也可以原样输出，包括变量和命令替换。例如：

echo 'Hello $USER'

输出结果为：

Hello $USER

2. 双引号：双引号内的变量和命令将会被展开。例如：

echo "Hello $USER"

输出结果为：

Hello username

3. 反引号：反引号用于执行命令并将其输出作为字符串。例如：

echo "The date is `date`"

输出结果为：

The date is Wed Nov 24 04:27:38 UTC 2021

需要注意的是，在使用双引号时，如果想要将某些特殊字符视为普通字符而不进行转义，可以使用反斜杠（\）对其进行转义。例如：

echo "Hello \$USER"

输出结果为：

Hello $USER

在一些情况下，引号的使用可以影响变量的展开和命令的执行结果。因此，在编写Shell脚本时，需要根据具体情况来选择合适的引号。

2.4 位置参数

Shell中的位置参数指的是命令行上给定的参数，它们按照出现的顺序被依次编号为$1、$2等。其中，$0表示命令本身的名称。

例如，假设有一个名为test.sh的脚本，可以这样在命令行上给其传递参数：

./test.sh arg1 arg2 arg3

在test.sh脚本中，可以使用位置参数来获取这些参数值：

echo "第一个参数为：$1"
echo "第二个参数为：$2"
echo "第三个参数为：$3"

输出结果为：

第一个参数为：arg1
第二个参数为：arg2
第三个参数为：arg3

如果需要获取所有的位置参数，可以使用$@或$*来表示。这两个变量都表示所有的位置参数，不同之处在于如果将它们放在引号内，$\ast 会将所有参数解释成一个字符串，而$@则会将每个参数解释成一个独立的字符串。

例如：

#!/bin/bash
echo "所有的参数为：$*"
echo "所有的参数为：$@"

执行命令：

./test.sh arg1 arg2 arg3

输出结果为：

所有的参数为：arg1 arg2 arg3
所有的参数为：arg1 arg2 arg3

需要注意的是，如果参数中包含空格等特殊字符，需要用引号将其括起来以避免解释错误。例如：

./test.sh "arg1 with space" arg2 "arg3 with space"

在脚本中使用位置参数时，也可以通过shift命令将参数左移一位，以便获取下一个参数。例如：

#!/bin/bash
echo "第一个参数为：$1"
shift
echo "第二个参数为：$1"

执行命令：

./test.sh arg1 arg2 arg3

输出结果为：

第一个参数为：arg1
第二个参数为：arg2

这就是Shell中的位置参数。通过它们，可以让Shell脚本处理多个参数，并根据具体需求对其进行处理。

2.5 特殊变量

Shell中有一些特殊变量，它们具有特定的含义和功能。以下是一些常见的Shell特殊变量：

1. $0

这个变量保存了当前脚本或命令的名称。例如，在一个名为myscript.sh的Shell脚本中，$0将会是myscript.sh。

#!/bin/bash

echo "The name of this script is: $0"

执行上述脚本，输出结果为：

The name of this script is: myscript.sh

2. $1, $2, …

这些变量用来表示位置参数，即命令行上给定的参数。例如，在执行脚本时，可以使用$1来获取第一个参数，使用$2来获取第二个参数，以此类推。

#!/bin/bash

echo "The first argument is: $1"
echo "The second argument is: $2"

执行上述脚本并传递两个参数，输出结果为：

The first argument is: arg1
The second argument is: arg2

3. $@

这个变量表示所有的位置参数。它将所有传递给脚本或命令的参数看作一个整体，可以使用循环来遍历所有参数。

#!/bin/bash

echo "All arguments are: $@"

执行上述脚本并传递三个参数，输出结果为：

All arguments are: arg1 arg2 arg3

可以将$@用于循环中，以便遍历所有位置参数：

#!/bin/bash

for arg in "$@"
do
    echo "Argument: $arg"
done

执行上述脚本并传递三个参数，输出结果为：

Argument: arg1
Argument: arg2
Argument: arg3

4. $#

这个变量表示位置参数的个数，不包括脚本或命令本身的名称。

#!/bin/bash

echo "The number of arguments is: $#"

执行上述脚本并传递三个参数，输出结果为：

The number of arguments is: 3

5. $?

这个变量表示上一个命令的退出状态码。如果命令执行成功，则其值为0；如果命令执行失败，则其值为非零。

#!/bin/bash

ls /notexist
echo "The exit status of the previous command is: $?"

执行上述脚本，由于ls /notexist命令找不到指定目录，其退出状态码为1，因此输出结果为：

ls: cannot access '/notexist': No such file or directory
The exit status of the previous command is: 1

6. $$

这个变量表示当前脚本或命令的进程ID（PID）。它在脚本中可以用来标识当前进程的唯一性。

#!/bin/bash

echo "The PID of this script is: $$"

执行上述脚本，输出结果为：

The PID of this script is: 1234

7. $!

这个变量表示最后一个在后台运行的命令的进程ID。可以用来获取最后一个后台任务的PID。

#!/bin/bash

sleep 5 &
echo "The PID of the last background command is: $!"

执行上述脚本，由于sleep 5 &命令被放到后台运行，其PID为1234，因此输出结果为：

The PID of the last background command is: 1234

8. $*

这个变量表示所有的位置参数作为单个字符串。它将所有参数解释成一个字符串，而不是一个数组。可以使用引号将其括起来，以保留参数之间的空格。

#!/bin/bash

echo "All arguments as a single string: $*"

执行上述脚本并传递三个参数，输出结果为：

All arguments as a single string: arg1 arg2 arg3

9. $IFS

这个变量表示内部字段分隔符（Internal Field Separator）。它定义了Shell将输入拆分成字段（或单词）的分隔符，默认情况下，它包含空格、制表符和换行符。

#!/bin/bash

echo "The default value of IFS is: '$IFS'"

IFS=":"
echo "After changing IFS to ':', it is: '$IFS'"

执行上述脚本，输出结果为：

The default value of IFS is: ' 	
'
After changing IFS to ':', it is: ':'

10. $HOME

这个变量表示当前用户的主目录。

#!/bin/bash

echo "The home directory of the current user is: $HOME"

执行上述脚本，输出结果为：

The home directory of the current user is: /home/user

11. $PWD

这个变量表示当前工作目录的路径。

#!/bin/bash

echo "The current working directory is: $PWD"

执行上述脚本，输出结果为：

The current working directory is: /home/user

这些特殊变量可以在Shell脚本中使用，让你可以获取和处理各种信息，以及控制脚本的行为。通过利用这些变量，你可以编写更灵活、可配置的Shell脚本。

2.6 字符串

在Shell编程中，字符串是一个由字符组成的序列。Shell提供了多种方式来处理字符串，包括字符串拼接、提取子串、替换等操作。

1. 字符串的定义

   • 单引号：使用单引号'可以定义一个单行字符串，其中的内容会被原样输出，不会进行变量替换和转义字符的解释。

     str='Hello, World!'
     

   • 双引号：使用双引号"可以定义一个单行字符串，其中的内容可以包含变量、转义字符和命令替换。

     name='Alice'
     str="Hello, $name!"
     

   • Here文档：使用Here文档可以定义包含多行内容的字符串，可以使用任意的定界符。

     str=$(cat <<EOF
     Hello,
     World!
     EOF
     )
     

2. 字符串拼接
   使用连接操作符.可以将两个字符串拼接在一起。

   str1='Hello,'
   str2=' World!'
   result=$str1$str2
   echo $result  # 输出：Hello, World!
   

3. 字符串长度
   使用${#string}可以获取字符串的长度。

   str='Hello, World!'
   len=${#str}
   echo $len  # 输出：13
   

4. 子串提取

   • 从左边开始提取指定长度的子串：${string:start:length}

     str='Hello, World!'
     sub=${str:0:5}
     echo $sub  # 输出：Hello
     

   • 从右边开始提取指定长度的子串：${string:start-length}

     str='Hello, World!'
     sub=${str:7-5:5}
     echo $sub  # 输出：World
     

5. 字符串替换

   • 替换第一个匹配的子串：${string/substring/replacement}

     str='Hello, World!'
     new_str=${str/World/China}
     echo $new_str  # 输出：Hello, China!
     

   • 替换所有匹配的子串：${string//substring/replacement}

     str='Hello, World!'
     new_str=${str//o/O}
     echo $new_str  # 输出：HellO, WOrld!
     

6. 字符串切割为数组
   使用IFS（内部字段分隔符）将字符串切割为数组。

   str='apple,banana,cherry'
   IFS=',' read -ra arr <<< "$str"
   echo ${arr[1]}  # 输出：banana
   

7. 字符串比较
   使用=、!=、>、<等符号进行字符串比较。

   str1='apple'
   str2='banana'
   if [[ $str1 == $str2 ]]; then
     echo 'Equal'
   else
     echo 'Not equal'  # 输出：Not equal
   fi
   

8. 在Shell中，#*和%*是用于字符串处理的特殊符号，用于匹配和删除字符串中的特定模式。

   1. #*：

      • 语法：${variable#*pattern}

      • 功能：从变量${variable}的开头开始，删除第一个匹配pattern的字符串及其左边的内容，返回剩余的部分。

      • 示例：

        str="Hello, World!"
        echo ${str#*o}  # 输出：llo, World!
        

      在这个示例中，${str#*o}会删除str变量中第一个匹配字母o及其左边的所有字符，返回剩余的部分llo, World!。

   2. %*：

      • 语法：${variable%pattern*}

      • 功能：从变量${variable}的结尾开始，删除最后一个匹配pattern的字符串及其右边的内容，返回剩余的部分。

      • 示例：

        str="Hello, World!"
        echo ${str%o*}  # 输出：Hello, W
        

      在这个示例中，${str%o*}会删除str变量中最后一个匹配字母o及其右边的所有字符，返回剩余的部分Hello, W。

这些是Shell中处理字符串的一些常用操作和技巧。通过灵活运用这些操作，可以对字符串进行各种处理和转换，从而实现复杂的逻辑和功能。

2.7 数组

在Shell脚本中，数组是一种特殊的变量类型，用于存储一组相关的值。Shell支持一维数组，即只能存储一列值。

1. 声明数组：

   • 语法：array_name=(value1 value2 ... valuen)

   • 示例：

     fruits=("apple" "banana" "orange")
     

   在这个示例中，我们声明了一个名为fruits的数组，并初始化了三个元素"apple"、"banana"和"orange"。

2. 读取数组元素：

   • 语法：${array_name[index]}

   • 示例：

     echo ${fruits[0]}  # 输出：apple
     

   数组元素可以通过索引（从0开始）来访问。${fruits[0]}表示fruits数组中的第一个元素。

3. 修改数组元素：

   • 语法：array_name[index]=new_value

   • 示例：

     fruits[1]="grape"
     echo ${fruits[1]}  # 输出：grape
     

   fruits[1]="grape"将fruits数组中索引为1的元素修改为"grape"。

4. 获取数组长度：

   • 语法：${#array_name[@]}

   • 示例：

     length=${#fruits[@]}
     echo $length  # 输出：3
     

   ${#fruits[@]}返回fruits数组的长度，即元素的个数。

5. 遍历数组：

   • 示例：

     for fruit in ${fruits[@]}; do
         echo $fruit
     done
     

   这个示例中，通过for循环遍历fruits数组的所有元素，并逐个输出。

6. 添加新元素到数组：

   • 示例：

     shell复制代码fruits+=("pear")
     echo ${fruits[@]}  # 输出：apple banana orange grape pear
     

   通过使用+=操作符，可以向数组末尾添加新的元素。

7. 删除数组元素：

   • 示例：

     shell复制代码unset fruits[1]
     echo ${fruits[@]}  # 输出：apple orange grape
     

​ 使用unset命令可以删除数组中指定索引位置的元素。

8. 切片数组：

   • 示例：

     shell复制代码echo ${fruits[@]:1:2}  # 输出：orange grape
     

​ ${fruits[@]:1:2}表示从索引为1的位置开始，取2个元素，形成切片数组。

数组在Shell脚本中用于存储多个相关的值，可以方便地进行数据的组织和处理。通过索引访问、修改元素，获取数组长度以及遍历数组等操作，可以灵活地操作和处理数组中的数据。