Bash——Shell编程总结

整体说明

Shell 脚本是一种用命令行解释器（Shell）来执行的程序
常用语自动化重复性的任务、编写复杂的程序流程

Shell 脚本执行相关基础

通常，Shell 脚本文件的扩展名是 .sh，但这不是强制的
编写并执行一个 shell 脚本的步骤
第一步，创建文件和编写代码:
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#!/bin/bash
# 这是一个简单的脚本，用于打印 "Hello, Shell!"

echo "Hello, Shell!"
- #!/bin/bash: 这被称为 Shebang
  - 这行代码告诉系统使用 /bin/bash 这个解释器来执行这个脚本（建议指定）
- #: 井号 # 后的内容是注释
- echo: 用于在终端上打印文本的命令
第二步，赋予执行权限: 默认情况下，新创建的文件没有执行权限，需要使用 chmod 命令来添加它
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chmod +x hello.sh
- +x 表示添加执行权限
第三步，运行脚本: 现在，可以通过以下方式运行的脚本
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./hello.sh
- ./ 表示在当前目录执行
- 若没有执行权限的脚本可以使用 sh ./hello.sh 来执行（此时不再使用指定的解释器）
  - Shebang 只有在直接运行脚本时才生效

变量的使用

变量用于存储数据，在 Shell 脚本中，定义变量不需要声明类型
定义变量
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name="Gemini"
age=25
- 注意：赋值号 = 的两边不能有空格

使用变量：要使用变量，需要在变量名前面加上美元符号 $

#!/bin/bash

name="Alice"
echo "我的名字是 $name。"

# 也可以用大括号括起来，这在某些情况下很有用，比如变量名紧跟在其他文本后面
echo "我的名字是 ${name}，今年 ${age} 岁。"

环境变量的读取：环境变量是系统预设的变量，可以在任何地方访问
- 例如，$PATH 存储了系统命令的搜索路径，$HOME 存储了用户的主目录
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  echo "我的主目录是 $HOME"

特殊变量

Shell 提供了一些特殊的变量，用于获取脚本运行时的信息

变量名	含义
`$0`	脚本文件名
`$1`, `$2`, …	命令行参数。`$1` 是第一个参数，`$2` 是第二个，以此类推。
`$#`	传递给脚本的参数个数
`$*`	所有的命令行参数，作为一个字符串
`$@`	所有的命令行参数，每个参数是独立的字符串
`$?`	上一个命令的退出状态码。`0` 表示成功，非 `0` 表示失败。
`$$`	当前脚本的进程 ID

特殊变量使用示例

#!/bin/bash

echo "脚本名称: $0"
echo "参数个数: $#"
echo "第一个参数: $1"
echo "所有参数: $*"

保存为 args.sh，然后运行 bash args.sh apple banana cherry，观察输出

脚本名称: hello.sh
参数个数: 3
第一个参数: apple
所有参数: apple banana cherry

条件判断（`if` 语句）

if 语句用于根据条件执行不同的代码块

if 基本语法

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if [ 条件 ]; then
    # 如果条件为真，执行这里的代码
fi

if 完整语法

if [ 条件 ]; then
    # 如果条件为真
elif [ 其他条件 ]; then
    # 如果第一个条件为假，且第二个条件为真
else
    # 所有条件都为假
fi

特别注意 ： [ 和 ] 之间必须有空格

`if` 语句相关的常用条件运算符号/表达式

字符串比较：
- = 或 ==: 字符串相等
- !=: 字符串不相等
- -z: 字符串为空
- -n: 字符串不为空
数字比较：
- -eq: 相等（Equal）
- -ne: 不相等（Not Equal）
- -gt: 大于（Greater Than）
- -lt: 小于（Less Than）
- -ge: 大于等于（Greater than or Equal）
- -le: 小于等于（Less than or Equal）
文件测试：
- -e: 文件或目录存在
- -f: 是文件
- -d: 是目录
- -r: 可读
- -w: 可写
- -x: 可执行

常用条件表达式示例

#!/bin/bash

if [ -f "test.txt" ]; then
    echo "文件 test.txt 存在。"
else
    echo "文件 test.txt 不存在。"
fi

if [ 10 -gt 5 ]; then
    echo "10 大于 5。"
fi

循环语句

循环用于重复执行一段代码，直到满足特定条件

`for` 循环

for 循环用于遍历列表中的项目

#!/bin/bash

# 遍历一个列表
for fruit in apple banana cherry; do
    echo "水果: $fruit"
done

# 遍历数字范围
for i in {1..5}; do
    echo "数字: $i"
done

`while` 循环

当条件为真时，持续执行循环

#!/bin/bash

count=1

while [ $count -le 5 ]; do
    echo "计数: $count"
    count=$((count + 1))  # 算术运算
done

$((...)) 是 Shell 中的算术扩展，用于执行数学运算

函数

定义函数方式一：

function my_func {
    # 函数体
    echo "这是一个函数。"
}

定义函数方式二：

my_func() {
    # 函数体
    echo "这也是一个函数。"
}

调用函数
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my_func
函数参数：函数内部的参数使用 $1, $2 等来访问，与脚本的命令行参数类似（定义时不需要指定参数）
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#!/bin/bash

greet() {
echo "Hello, $1!"
return 0
}

greet "Bob" # 调用函数并传递参数 "Bob"
- return 命令可以返回一个退出状态码，通常 0 表示成功，非 0 表示失败

附录：最佳实践（持续更新）

常用实践

为了避免因为文件名中含有空格而导致的错误，始终使用双引号来引用变量
- 如 "$name"
使用 $((...)) 进行算术运算
- 例如 $((a+b))，要特别注意是$加双括号
使用 $(...) 来执行命令并获取其输出（注意是$加单括号）
- 例如 current_date=$(date)，这比老式的反引号 `` 更推荐使用

脚本开头的常用设置

在 Shell 脚本的开头，通常会看到一些 set 命令，这些设置可以编写更健壮、更可靠的脚本，有效避免一些常见的错误

通常，一个健壮的 Shell 脚本开头会包含以下几行：

#!/bin/bash

# 遇到错误立即退出
set -e

# 如果管道中的任何一个命令失败，整个管道命令就失败
set -o pipefail

# 打印所有执行的命令，方便调试
# set -x

# 未设置的变量会立即报错退出
set -u

这些命令可以单独使用，也可以组合在一起，比如 set -e -o pipefail 或更简洁的 set -euo pipefail

对常见组合 set -xeo pipefail 的详解，包含了以下几个命令
- set -e 或 set -o errexit
  - 含义是如果脚本中的任何命令失败（返回非零退出状态），脚本会立即退出
  - 可以防止脚本在遇到错误后继续执行，从而导致意想不到的后果
    - 例如，正在删除一个目录，但 rm 命令失败了，如果没有 -e，脚本会继续执行下面的命令，可能导致数据不一致或更严重的错误
- set -x 或 set -o xtrace
  - 含义是在执行每个命令之前，先打印该命令及其所有参数
  - 对于调试非常有用，当运行脚本时，你会看到每个命令的完整展开形式，帮助你追踪脚本的执行流程和变量的值
    - 在调试完成后，通常会注释掉或删除 -x
- set -o pipefail
  - 含义是如果管道（|）中的任何一个命令失败，整个管道命令的退出状态就是失败
    - 注：不论前面的管道命令是否成功，后面的管道都会执行，且整个管道的状态由最后一个状态决定
  - 默认情况下，管道命令的退出状态只取决于最后一个命令
    - 问题在于这意味着 command1 | command2，即使 command1 失败了，只要 command2 成功，整个命令依然被认为是成功的
    - pipefail 解决了这个问题，确保你不会忽略管道中间的错误
- set -u 或 set -o nounset
  - 含义是如果尝试使用一个未设置的变量，脚本会立即报错并退出（注意：如果不设置这个参数是不会报错，也不会退出的，shell 脚本会跳过这行命令）
  - 这行命令可以避免因拼写错误或变量未正确赋值而引发的问题
    - 例如，如果想使用 $user，但无意中写成了 $userr，set -u 会立即提醒你，而不是让脚本使用一个空值继续执行

脚本输出

将脚本的输出重定向到文件，方便调试和后续查看，例如 my_script.sh > log.txt 2>&1
- 这个命令将脚本的 标准输出 和 标准错误 都重定向到一个文件中
> log.txt 2>&1 这个命令可以分解为以下几个部分来理解：
- 标准输出 (Standard Output, stdout) ：文件描述符为 1
- 标准错误 (Standard Error, stderr) ：文件描述符为 2
- >：标准输出（stdout）重定向
  - 注意这个操作符的定义是标准输出重定向 ，相当于是 1> 的简写
- 2> 标准错误（stderr）重定向
- log.txt：这是重定向的目标文件，标准输出的内容将被写入到这个文件中
- &1：这是一种特殊的写法，表示将文件描述符 2（标准错误）重定向到与文件描述符 1（标准输出）相同的位置
- 总体来看，这行命令将有两个效果：
  - 将文件描述符 2（标准错误）重定向到与文件描述符 1（标准输出）相同的位置
  - 将 1（标准输出）重定向到文件
TLDR：my_script.sh > log.txt 2>&1 表示 执行 my_script.sh，并将所有成功输出和错误输出都发送到 log.txt 文件中

输出脚本同时打印到屏幕

如果想既将输出和错误记录到文件，又同时在屏幕上看到它们，可以使用 tee 命令
tee 命令的作用是“分流”输入，它将标准输入的内容复制一份到标准输出，同时写入一个或多个文件

将所有输出都分流

使用 tee 命令，可以这样写：
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my_script.sh 2>&1 | tee log.txt
- my_script.sh 2>&1：首先，将脚本的标准错误（2）合并到标准输出（1）
  - 这样，所有的成功信息和错误信息都变成了“标准输出”
- |：这是一个管道符号，它将前一个命令的标准输出作为下一个命令的标准输入
- tee log.txt：将管道接收到的所有内容（即脚本的所有输出）打印到屏幕（标准输出），同时将其 写入 log.txt 文件

只将标准输出分流，错误输出只打印到屏幕

如果只希望将成功信息记录到文件，而错误信息只在屏幕上显示，可以这样：
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my_script.sh | tee log.txt
- 在这种情况下
  - 标准输出会通过管道传输给 tee，并同时显示在屏幕和写入文件；
  - 标准错误不会被管道捕获 ，它会直接打印到屏幕上

eval 命令的使用

shell 脚本中，eval 是一个用于执行字符串作为命令的内置命令
- eval 会先对传入的参数进行二次解析 ，然后执行解析后的结果作为 shell 命令
具体来说，eval 的功能包括：
- 1）将所有参数拼接成一个字符串
- 2）shell 会对这个字符串进行再次解析（包括变量替换、通配符扩展等）
- 3）最后执行解析后的命令

eval 命令使用示例

动态执行命令：当命令需要动态生成时（比如包含变量）
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cmd="ls -l"
eval $cmd # 相当于直接执行 `ls -l`

处理复杂变量引用：特别是多层变量嵌套时

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var1="hello"
var2="var1"
eval echo \$$var2  # 输出 hello，相当于 `echo $var1`，并最终等价于 `echo hello`

动态生成变量名：

for i in 1 2 3; do
    eval "num$i=$i"  # 生成变量 num1=1, num2=2, num3=3
done
echo $num1 # 输出 1
echo $num2 # 输出 2

eval 命令使用注意事项

eval 会执行任何解析后的命令，使用不当可能带来安全风险（特别是处理用户输入时）
- 危险示例：下面的示例中，如果 user_input 包含恶意命令（如 ; rm -rf /），会被执行
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  user_input="some input"
  eval "echo $user_input"
由于会进行二次解析，可能导致意想不到的结果，建议谨慎使用
复杂场景下，有时可以用函数或数组替代 eval 实现更安全的逻辑