Linux Shell 編程入門

從程式員的角度來看， Shell本身是一種用C語言編寫的程式，從使用者的角度來看，Shell是使用者與Linux作業系統溝通的橋樑。使用者既可以輸入命令執行，又可以利用 Shell指令碼編程，完成更加複雜的操作。在Linux GUI日益完善的今天，在系統管理等領域，Shell編程仍然起著不可忽視的作用。深入地瞭解和熟練地掌握Shell編程，是每一個Linux使用者的必修 功課之一。

Linux的Shell種類眾多，常見的有：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語言的文法有所不同，所以不能交換使用。每種Shell都有其特色之處，基本上，掌握其中任何一種
就足夠了。在本文中，我們關注的重點是Bash，也就是Bourne Again Shell，由於易用和免費，Bash在日常工作中被廣泛使用；同時，Bash也是大多數Linux系統預設的Shell。在一般情況下，人們並不區分 Bourne Shell和Bourne Again Shell，所以，在下面的文字中，我們可以看到#!/bin/sh，它同樣也可以改為#!/bin/bash。

利用vi等文字編輯器編寫Shell指令碼的格式是固定的，如下：

#!/bin/sh

#comments

Your commands go here

首行中的符號#!告訴系統其後路徑所指定的程式即是解釋此指令檔的Shell程 序。如果首行沒有這句話，在執行指令檔的時候，將會出現錯誤。後續的部分就是主程式，Shell指令碼像進階語言一樣，也有變數賦值，也有控制語句。除第 一行外，以#開頭的行就是注釋行，直到此行的結束。如果一行未完成，可以在行尾加上"，這個符號表明下一行與此行會合并為同一行。

編輯完畢，將指令碼存檔為filename.sh，檔案名稱尾碼sh表明這是一個Bash指令檔。執行指令碼的時候，要先將指令檔的屬性改為可執行檔：

chmod +x filename.sh

執行指令碼的方法是：

./filename.sh

下面我們從經典的“hello world”入手，看一看最簡單的Shell指令碼的模樣。

#!/bin/sh

#print hello world in the console window

a = "hello world"

echo $a

Shell Script是一種弱類型語言，使用變數的時候無需首先聲明其類型。新的變數會在本機資料區分配記憶體進行儲存，這個變數歸當前的Shell所有，任何子進 程都不能訪問本地變數。這些變數與環境變數不同，環境變數被儲存在另一記憶體區，叫做使用者環境區，這塊記憶體中的變數可以被子進程訪問。變數賦值的方式是：

variable_name = variable_value

如果對一個已經有值的變數賦值，新值將取代舊值。取值的時候要在變數名前加$，$variable_name可以在引號中使用，這一點和其他進階語言是明顯不同的。如果出現混淆的情況，可以使用花括弧來區分，例如：

echo "Hi, $as"

就不會輸出“Hi, hello worlds”，而是輸出“Hi，”。這是因為Shell把$as當成一個變數，而$as未被賦值，其值為空白。正確的方法是：

echo "Hi, ${a}s"

單引號中的變數不會進行變數替換操作。 

關於變數，還需要知道幾個與其相關的Linux命令。

env用於顯示使用者環境區中的變數及其取值；set用於顯示本機資料區和使用者環境區中的變數及其取值；unset用於刪除指定變數當前的取值，該值將被指定為NULL；export命令用於將本機資料區中的變數轉移到使用者環境區。

下面我們來看一個更複雜的例子，結合這個例子，我們來講述Shell Script的文法。 

 1 #!/bin/bash
 2 # we have less than 3 arguments. Print the help text:
 3 if [ $# -lt 3 ]; then
 4 cat<<HELP
 5      ren -- renames a number of files using sed regular expressions
 6 
 7      USAGE: ren 'regexp' 'replacement' files
 8      EXAMPLE: rename all *.HTM files in *.html:
 9      ren 'HTM$' '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

我們從頭來看，前面兩行上一個例子中已經解釋過了，從第三行開始，有新的內容。if語句和其他程式設計語言相似，都是流程式控制制語句。它的文法是：

if …; then

…

elif …; then

…

else

…

fi

與其他語言不同，Shell Script中if語句的條件部分要以分號來分隔。第三行中的[]表示條件測試，常用的條件測試有下面幾種：

[ -f "$file" ] 判斷$file是否是一個檔案

[ $a -lt 3 ] 判斷$a的值是否小於3，同樣-gt和-le分別表示大於或小於等於

[ -x "$file" ] 判斷$file是否存在且有可執行許可權，同樣-r測試檔案可讀性

[ -n "$a" ] 判斷變數$a是否有值，測試空串用-z

[ "$a" = "$b" ] 判斷$a和$b的取值是否相等

[ cond1 -a cond2 ] 判斷cond1和cond2是否同時成立，-o表示cond1和cond2有一成立

要注意條件測試部分中的空格。在方括弧的兩側都有空格，在-f、-lt、=等符號兩側同樣也有空格。如果沒有這些空格，Shell解釋指令碼的時候就會出錯。

$#表示包括$0在內的命令列參數的個數。在Shell中，指令碼名稱本身是$0，剩下的依次是$0、$1、$2…、${10}、${11}，等等。$*表示整個參數列表，不包括$0，也就是說不包括檔案名稱的參數列表。

現在我們明白第三行的含義是如果指令檔的參數少於三個，則執行if和fi語句之間 的內容。然後，從第四行到第十一行之間的內容在Shell Script編程中被稱為Here文檔，Here文檔用於將多行文本傳遞給某一命令。Here文檔的格式是以<<開始，後跟一個字串，在 Here文檔結束的時候，這個字串同樣也要出現，表示文檔結束。在本例中，Here文檔被輸出給cat命令，也即將文檔內容列印在螢幕上，起到顯示協助 資訊的作用。

第十二行的exit是Linux的命令，表示退出當前進程。在Shell指令碼中可以使用所有的Linux命令，利用上面的cat和exit，從一方面來說，熟練使用Linux命令也可以大大減少Shell指令碼的長度。

十四、十五兩句是指派陳述式，分別將第一和第二參數賦值給變數OLD和NEW。緊接下來的兩句是注釋，注釋下面的兩條shift的作用是將參數列表中的第一個和第二個參數刪除，後面的參數依次變為新的第一和第二參數，注意參數列表原本也不包括$0。

然後，自二十一行到三十一行是一個迴圈語句。Shell Script中的迴圈有下面幾種格式：

while [ cond1 ] && { || } [ cond2 ] …; do

…

done

for var in …; do

…

done

for (( cond1; cond2; cond3 )) do

…

done

until [ cond1 ] && { || } [ cond2 ] …; do

…

done

在上面這些迴圈中，也可以使用類似C語言中的break和continue語句中斷 當前的迴圈操作。第二十一行的迴圈是將參數列表中的參數一個一個地放入變數file中。然後進入迴圈，判斷file是否為一個檔案，如果是檔案的話，則用 sed命令搜尋和產生新的檔案名稱。sed基本上可以看成一個尋找替換程式，從標準輸入，例如管道讀入文本，並將結果輸出到標準輸出，sed使用Regex 進行搜尋。在第二十三行中，backtick（`）的作用是取出兩個backtick之間的命令輸出結果，在這裡，也就是將結果取出賦給變數
newfile。此後，判斷newfile是否已經存在，否則就把file改成newfile。這樣我們就明白這個指令碼的作用了，Shell Script編寫的其他指令碼與此相似，只不過是文法和用法稍有不同而已。

通過這個例子我們明白了Shell Script的編寫規則，但還有幾件事情需要講述一下。

第一個，除了if語句之外，Shell Script中也有類似C語言中多分支結構的case語句，它的文法是：

case var in

pattern 1 )

… ;;

pattern 2 )

… ;;

*)

… ;;

esac

我們再就下面一個例子，看看case語句的用法。

while getopts vc: OPTION

do

case $OPTION in

c) COPIES=$OPTARG

     ehco "$COPIES";;

v) echo "suyang";;

\?) exit 1;;

esac

done

上面的getopts類似於C語言提供的函數getopts，在Shell Script中，getopts經常和while語句聯合起來使用。getopts的文法如下：

getopts option_string variable

option_string中包含一串單字元選項，若getopts在命令列參數中 發現了連字號，那麼它會將連字號之後的字元與option_string進行比較，若匹配成功，則把變數variable的值設為該選項，若無匹配，則把 變數的值設為？。有時候，選項還會帶一個值，例如-c5等，這時要在option_string中該選項字母后面加上一個冒號，getopts發現冒號 後，會讀取該值，然後將該值放入特殊變數OPTARG中。這個命令比較複雜，如有需要，讀者可以詳細參閱Shell編寫的相關資料。

上面這個迴圈的作用就是依次取出指令碼名稱後面的選項，進行處理，如果輸入了非法選項，則進入"?指定的部分，退出指令碼程式。

第二個，Bash提供了一種用於互動式應用的擴充select，使用者可以從一組不同的值中進行選擇。其文法如下：

select var in …; do

break;

done

例如，下面這段程式的輸出是：

#!/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中也可以使用自訂的函數，其文法形式如下：

functionname()

{

…

}

例如我們可以把上面第二個例子中第四到第十二行放入一個名為help函數體內，以後每次調用的時候直接寫help即可。函數中處理函數調用參數的方法是，直接用上面講過的$1、$2來分別表示第一、第二個參數，用$*表示參數列表。

第四，我們也可以在Shell下調試Shell Script指令碼，當然最簡單的方法就是用echo輸出查看變數取值了。Bash也提供了真正的調試方法，就是執行指令碼的時候用-x參數。

sh ?x filename.sh

這會執行指令碼並顯示指令碼中所有變數的取值，也可以使用參數-n，它並不執行指令碼，只是返回所有的語法錯誤。