“Linux跟我学”系列专栏（之四）——Linux Shell编程入门
2005-04-01   网络

　　在上一篇文章中，我们讲述了Linux下常见命令的使用方法。在本期文章中，我们将以此为基础，结合实例学习在Linux中进行Shell脚本编程的基础知识。
　　一期，我们将会对一些著名的Linux网站和书籍进行资源汇总，作为本系列的结束。

　　从程序员的角度来看，Shell本身是一种用C语言编写的程序；从用户的角度来看，Shell是用户与Linux操作系统沟通的桥梁。用户既可以输入命令执行，又可以利用Shell脚本编程，完成更加复杂的操作。在Linux GUI日益完善的今天，在系统管理等领域，Shell编程仍然起着不可忽视的作用。深入地了解和熟练地掌握Shell编程，是每一个Linux用户的必修功课之一。
　　Linux的Shell种类众多，常见的有：Bourne Shell（/usr/bin/sh或/bin/sh）、Bourne Again Shell（/bin/bash）、C Shell（/usr/bin/csh）、K Shell（/usr/bin/ksh）、Shell for Root（/sbin/sh），等等。不同的Shell语言的语法有所不同，所以不能交换使用。每种Shell都有其特色之处，基本上，掌握其中任何一种就足够了。在本文中，我们关注的重点是Bash，也就是Bourne Again Shell，由于易用和免费，Bash在日常工作中被广泛使用；同时，Bash也是大多数Linux系统默认的Shell。在一般情况下，人们并不区分Bourne Shell和Bourne Again Shell，所以，在下面的文字中，我们可以看到#!/bin/sh，它同样也可以改为#!/bin/bash。
　　利用vi等文本编辑器编写Shell脚本的格式是固定的，如下：

#!/bin/sh
#comments
Your commands go here

　　首行中的符号#!告诉系统其后路径所指定的程序即是解释此脚本文件的Shell程序。如果首行没有这句话，在执行脚本文件的时候，将会出现错误。后续的部分就是主程序，Shell脚本像高级语言一样，也有变量赋值，也有控制语句。除第一行外，以#开头的行就是注释行，直到此行的结束。如果一行未完成，可以在行尾加上，这个符号表明下一行与此行会合并为同一行。
　　编辑完毕，将脚本存盘为filename.sh，文件名后缀sh表明这是一个Bash脚本文件。执行脚本的时候，要先将脚本文件的属性改为可执行的：

chmod +x filename.sh

　　执行脚本的方法是：

./filename.sh

　　下面我们从经典的“hello world”入手，看一看最简单的Shell脚本的模样。

#!/bin/sh
#print hello world in the console window
a = "hello world"
echo $a

　　Shell Script是一种弱类型语言，使用变量的时候无需首先声明其类型。新的变量会在本地数据区分配内存进行存储，这个变量归当前的Shell所有，任何子进程都不能访问本地变量。这些变量与环境变量不同，环境变量被存储在另一内存区，叫做用户环境区，这块内存中的变量可以被子进程访问。变量赋值的方式是：

variable_name = variable_value

　　如果对一个已经有值的变量赋值，新值将取代旧值。取值的时候要在变量名前加$，$variable_name可以在引号中使用，这一点和其他高级语言是明显不同的。如果出现混淆的情况，可以使用花括号来区分，例如：

echo "Hi, $as"

　　就不会输出“Hi, hello worlds”，而是输出“Hi，”。这是因为Shell把$as当成一个变量，而$as未被赋值，其值为空。正确的方法是：

echo "Hi, ${a}s"

　　单引号中的变量不会进行变量替换操作。
　　关于变量，还需要知道几个与其相关的Linux命令。
env用于显示用户环境区中的变量及其取值；set用于显示本地数据区和用户环境区中的变量及其取值；unset用于删除指定变量当前的取值，该值将被指定为NULL；export命令用于将本地数据区中的变量转移到用户环境区。
　　下面我们来看一个更复杂的例子，结合这个例子，我们来讲述Shell Script的语法。

1 #!/bin/bash
2 # we have less than 3 arguments. Print the help text:
3 if [ $# -lt 3 ] ; then
4 cat <5 ren -- renames a number of files using sed regular expressions
6
7 USAGE: ren regexp replacement files...
8 EXAMPLE: rename all *.HTM files in *.html:
9 　ren HTM$ html *.HTM
10
11 HELP
12 　exit 0
13 fi
14 OLD="$1"
15 NEW="$2"
16 # The shift command removes one argument from the list of
17 # command line arguments.
18 shift
19 shift
20 # $* contains now all the files:
21 for file in $*; do
22 if [ -f "$file" ] ; then
23 　　　newfile=`echo "$file" | sed "s/${OLD}/${NEW}/g"`
24 　　　if [ -f "$newfile" ]; then
25 　　　　echo "ERROR: $newfile exists already"
26 　　　else
27 　　　　echo "renaming $file to $newfile ..."
28 　　　　mv "$file" "$newfile"
29 　　　fi
30 fi
31 done

　　我们从头来看，前面两行上一个例子中已经解释过了，从第三行开始，有新的内容。if语句和其他编程语言相似，都是流程控制语句。它的语法是：

if …; then
…
elif …; then
…
else
…
fi

　　与其他语言不同，Shell Script中if语句的条件部分要以分号来分隔。第三行中的[]表示条件测试，常用的条件测试有下面几种：

[ -f "$file" ] 判断$file是否是一个文件
[ $a -lt 3 ] 判断$a的值是否小于3，同样-gt和-le分别表示大于或小于等于
[ -x "$file" ] 判断$file是否存在且有可执行权限，同样-r测试文件可读性
[ -n "$a" ] 判断变量$a是否有值，测试空串用-z
[ "$a" = "$b" ] 判断$a和$b的取值是否相等
[ cond1 -a cond2 ] 判断cond1和cond2是否同时成立，-o表示cond1和cond2有一成立

　　要注意条件测试部分中的空格。在方括号的两侧都有空格，在-f、-lt、=等符号两侧同样也有空格。如果没有这些空格，Shell解释脚本的时候就会出错。
　　$#表示包括$0在内的命令行参数的个数。在Shell中，脚本名称本身是$0，剩下的依次是$0、$1、$2…、${10}、${11}，等等。$*表示整个参数列表，不包括$0，也就是说不包括文件名的参数列表。
现在我们明白第三行的含义是如果脚本文件的参数少于三个，则执行if和fi语句之间的内容。然后，从第四行到第十一行之间的内容在Shell Script编程中被称为Here文档，Here文档用于将多行文本传递给某一命令。Here文档的格式是以<<开始，后跟一个字符串，在Here文档结束的时候，这个字符串同样也要出现，表示文档结束。在本例中，Here文档被输出给cat命令，也即将文档内容打印在屏幕上，起到显示帮助信息的作用。
　　第十二行的exit是Linux的命令，表示退出当前进程。在Shell脚本中可以使用所有的Linux命令，利用上面的cat和exit，从一方面来说，熟练使用Linux命令也可以大大减少Shell脚本的长度。
　　十四、十五两句是赋值语句，分别将第一和第二参数赋值给变量OLD和NEW。紧接下来的两句是注释，注释下面的两条shift的作用是将参数列表中的第一个和第二个参数删除，后面的参数依次变为新的第一和第二参数，注意参数列表原本也不包括$0。
　　然后，自二十一行到三十一行是一个循环语句。Shell Script中的循环有下面几种格式：

while [ cond1 ] && { || } [ cond2 ] …; do
…
done
for var in …; do
…
done
for (( cond1; cond2; cond3 )) do
…
done
until [ cond1 ] && { || } [ cond2 ] …; do
…
done

　　在上面这些循环中，也可以使用类似C语言中的break和continue语句中断当前的循环操作。第二十一行的循环是将参数列表中的参数一个一个地放入变量file中。然后进入循环，判断file是否为一个文件，如果是文件的话，则用sed命令搜索和生成新的文件名。sed基本上可以看成一个查找替换程序，从标准输入，例如管道读入文本，并将结果输出到标准输出，sed使用正则表达式进行搜索。在第二十三行中，backtick（`）的作用是取出两个backtick之间的命令输出结果，在这里，也就是将结果取出赋给变量newfile。此后，判断newfile是否已经存在，否则就把file改成newfile。这样我们就明白这个脚本的作用了，Shell Script编写的其他脚本与此相似，只不过是语法和用法稍有不同而已。
　　通过这个例子我们明白了Shell Script的编写规则，但还有几件事情需要讲述一下。
　　第一个，除了if语句之外，Shell Script中也有类似C语言中多分支结构的case语句，它的语法是：

case var in
pattern 1 )
… ;;
pattern 2 )
… ;;
*)
… ;;
esac

　　我们再就下面一个例子，看看case语句的用法。

while getopts vc:OPTION
do
case $OPTION
in
c) COPIES = $OPTARG;;
v) …;;
?) exit 1;;
esac
done

　　上面的getopts类似于C语言提供的函数getopts，在Shell Script中，getopts经常和while语句联合起来使用。getopts的语法如下：

getopts option_string variable

　　option_string中包含一串单字符选项，若getopts在命令行参数中发现了连字符，那么它会将连字符之后的字符与option_string进行比较，若匹配成功，则把变量variable的值设为该选项，若无匹配，则把变量的值设为？。有时候，选项还会带一个值，例如-c5等，这时要在option_string中该选项字母后面加上一个冒号，getopts发现冒号后，会读取该值，然后将该值放入特殊变量OPTARG中。这个命令比较复杂，如有需要，读者可以详细参阅Shell编写的相关资料。
　　上面这个循环的作用就是依次取出脚本名称后面的选项，进行处理，如果输入了非法选项，则进入?指定的部分，退出脚本程序。
　　第二个，Bash提供了一种用于交互式应用的扩展select，用户可以从一组不同的值中进行选择。其语法如下：

select var in …; do
break;
done

　　例如，下面这段程序的输出是：

#!/bin/bash
echo "Your choice?"
select var in "a" "b" "c"; do
break
done
echo $var
----------------------------
Your choice?
1) a
2) b
3) c

　　第三，Shell Script中也可以使用自定义的函数，其语法形式如下：

functionname()
{
…
}

　　例如我们可以把上面第二个例子中第四到第十二行放入一个名为help函数体内，以后每次调用的时候直接写help即可。函数中处理函数调用参数的方法是，直接用上面讲过的$1、$2来分别表示第一、第二个参数，用$*表示参数列表。
　　第四，我们也可以在Shell下调试Shell Script脚本，当然最简单的方法就是用echo输出查看变量取值了。Bash也提供了真正的调试方法，就是执行脚本的时候用-x参数。

sh x filename.sh

　　这会执行脚本并显示脚本中所有变量的取值，也可以使用参数-n，它并不执行脚本，只是返回所有的语法错误。