一站式学习 Shell 脚本语法与编程技巧，踏出自动化的第一步

文章目录

1. 初识 Shell 解释器
- 1.1 Shell 类型
- 1.2 Shell 的父子关系
2. 编写第一个 Shell 脚本
3. Shell 脚本语法
- 3.1 脚本格式
- 3.2 注释
- - 3.2.1 单行注释
  - 3.2.2 多行注释
- 3.3 Shell 变量
- - 3.3.1 系统预定义变量（环境变量）
  - - printenv 查看所有环境变量
    - set 查看所有 Shell 变量
  - 3.3.2 声明变量
  - - 字符串变量
    - 数组变量
    - 关联数组（Map）变量
  - 3.3.3 引用变量
  - 3.3.4 变量的作用域
  - - 全局变量
    - 局部变量
    - 只读变量
  - 3.3.5 撤销变量

1. 初识 Shell 解释器

在 Linux 系统中，Shell 是用户与操作系统之间的接口，它充当了命令行界面（CLI，Command Line Interface）和操作系统内核之间的桥梁。用户通过 Shell 输入命令，Shell 则将这些命令解析并执行。Shell 解释器不仅支持用户通过 CLI 输入单个命令，还可以将多个命令放入文件中作为程序执行，这就是 Shell 脚本的基础。

1.1 Shell 类型

Linux 的发行版众多，大多数都会包含多个 Shell，但通常会采用其中一个作为默认 Shell。常见的 Shell 解释器包括：

Shell 名称	描述
Sh	Bourne Shell，早期 Unix 系统中的标准 Shell
Bash	Bourne Again Shell，最流行的 Shell，许多 Linux 发行版的默认 Shell
Zsh	Z-Shell，功能强大，提供用户友好的特性，Bash 的扩展版本
Csh	C-Shell，语法类似C语言，适合程序员使用
Ksh	Korn Shell，结合了 Bourne Shell 和 C Shell 的特点。
Fish	Friendly Interactive Shell，专为用户友好性设计
Dash	Debian Almquist Shell，轻量级的 Shell，启动速度快，资源占用低，常用于 Debian 系统中的系统脚本和启动脚本

以 CentOS7.8 为例，我们要查看系统支持的所有 Shell 类型时，可以通过以下命令查看 /etc/shells 文件:

cat /etc/shells

该文件包含了系统上安装的所有可用 Shell 以及对应的路径：

如果要查看当前用户默认使用的 Shell，可以通过环境变量 $SHELL 来查看：

echo $SHELL

也可以通过查看 /etc/passwd 文件，/etc/passwd 文件中包含了系统中每个用户的信息，在用户ID记录的第7个字段中列出了默认的 Shell 程序。使用 grep 命令查找当前用户的条目：

grep "^$(whoami):" /etc/passwd

该命令会输出类似于以下格式的信息：

在这里插入图片描述

其中最后一个字段（/bin/bash）就是当前用户的默认 Shell。

1.2 Shell 的父子关系

Shell 不仅是一种命令行界面（CLI），它还是一个持续运行的复杂交互式程序。当用户登录到系统或打开一个终端窗口时，默认的 Shell（如 Bash、Zsh 等）会被启动，系统会自动运行默认的 Shell 程序，这个 Shell 作为 父Shell 持续运行并等待用户的命令输入。

当用户在 父Shell 中输入 /bin/bash 或其他等效的命令时，系统会创建一个新的Shell实例，这个新的 Shell 称为 子Shell。

子Shell的特性如下：

独立性：子Shell相对于父Shell是独立的，它可以有自己的环境变量、目录、作业控制等。
层次结构：可以创建多个子Shell，每个子Shell又可以创建自己的子Shell，从而形成一个层次结构。父子关系可以用树状结构表示。
退出行为：当子Shell退出时，它会将控制权返回给父Shell，父Shell可以继续执行后续的命令。如果子Shell 在后台运行，则父Shell 也可以继续运行其他命令而不受影响。

父Shell与子Shell的流程演示：

在这里插入图片描述

当我们登录到系统时，Linux 会启动一个默认的 Shell 程序（例如 Bash），这个 Shell 就是 父Shell。通过 ps -f 命令可以查看到它的进程ID是16229（PID），运行的是 bash shell 程序（CMD）。
在 父Shell 中输入 /bin/bash 命令后，系统会创建一个新的Shell实例，这个新的 Shell 称为 子Shell 。尽管窗口没有变化，但实际上我们已经进入了一个新的 Shell 环境，再次使用 ps -f 命令，可以查看到 子Shell 的进程信息（第二行）：进程 ID 是16299（PID），运行的是 bash shell 程序（CMD）。
使用 echo $PPID 命令，可以看到 子Shell 的父进程ID（PPID）与 父Shell 的 PID 相同，这确认了 子Shell 是由 父Shell 创建的。
如果我们想返回到 父Shell ，只需在 子Shell 中输入 exit 命令， 子Shell 就会终止。此时， 父Shell 继续运行，等待我们的输入。
如果在 父Shell 中输入 exit 命令，父Shell 将会终止，整个终端会话结束，用户将被登出控制台终端。

2. 编写第一个 Shell 脚本

Tips：Shell 可以将多个命令串起来，一次执行完成。如果要多个命令一起运行，可以把它们放在同一行中，彼此间用分号隔开。

对 Shell 解释器有了基本的认识后，我们就可以编写第一个 Shell 脚本了。

创建 Shell 脚本最基本的方式是使用分号（;）将多个命令串在一起，Shell 会按顺序逐个执行命令，例如：

命令1; 命令2; 命令3

这样，Shell 会先执行命令1，完成后再执行命令2，最后执行命令3。此外，如果我们希望在前一个命令成功执行后再执行下一个命令，可以使用 && 连接：

命令1 && 命令2 && 命令3

这样，只有当命令1成功执行（返回状态为0）时，命令2才会执行。这种办法只要不超过最大命令行字符数（255）限制，就能将任意多个命令串连在一起使用。

此外，我们可以将多个命令写入到文本文件中，每次执行时，直接执行文件即可，不需要每次手动输入这些命令。例如：

使用 vi 或其他文本编辑器创建脚本文件：
```
vi hello_world.sh
```
编辑脚本，在文件中输入以下内容，按 Esc 键，输入 :wq 然后按 Enter 保存并退出。
```
#!/bin/bash
echo 'HelloWOlrd'
```
通过以下命令运行脚本：
```
sh hello_world.sh
```
运行后，应该会看到以下输出：

3. Shell 脚本语法

3.1 脚本格式

每个 Shell 脚本文件的第一行以 #! 开头，后跟解释器的路径，例如 /bin/bash、/bin/sh，这告诉系统用哪个 Shell 解释器来执行脚本，格式为：

#!/bin/bash

3.2 注释

3.2.1 单行注释

Shell 脚本中单行注释以 # 开头，表示注释一行，直到行尾。示例：

# 这是一个注释
echo "Hello, World!"  # 输出文本

3.2.2 多行注释

Shell 脚本没有专门的多行注释语法，要实现多行注释，可以使用 # 注释每一行：

# 这是一段多行注释
# 可以写很多内容
# 每一行前都要加 #

还可以通过 Here Document（here doc） 方式实现多行注释的效果，格式如下：

command <<DELIMITER
多行文本
...
DELIMITER

command 是你想要执行的命令。
DELIMITER 是一个自定义的标识符，可以是任意字符串，用于标记文本块的开始和结束。

由于冒号 : 是一个空命令，可以优化为 : + 空格 + 单引号 的格式实现多行注释：

: '
这是注释的部分。
可以有多行内容。
'

3.3 Shell 变量

Shell 脚本中的变量包括系统预定义变量（环境变量）和用户自定义变量；按照类型又分为局部变量、全局变量和只读变量。

3.3.1 系统预定义变量（环境变量）

系统预定义变量是由 Linux 操作系统提供的变量，包含了系统的配置信息和环境设置。这些变量可以直接在 Shell 脚本和命令行中使用。常见的环境变量如下：

环境变量	说明
`XDG_SESSION_ID`	当前用户会话的唯一标识符，可用于跟踪用户会话
`HOSTNAME`	当前系统的主机名，用于在网络中识别计算机，可以通过修改 `/etc/hostname` 文件来更改它
`TERM`	当前终端类型，例如 `xterm-256color`，影响终端的功能和外观
`SHELL`	显示用户的默认 Shell 程序的路径，例如 `/bin/bash`
`HISTSIZE`	控制命令历史记录的大小，通常为1000
`USER`	当前登录用户的用户名，例如 `root`
`PATH`	定义 Shell 查找可执行程序的路径。当用户输入命令时，系统会在这些路径中查找相应的可执行文件
`PWD`	显示当前工作目录的绝对路径
`LANG`	系统的语言设置，影响程序的输出和本地化设置，例如 `zh_CN.UTF-8`
`SHLVL`	用于指示当前的 Shell 嵌套级别。每当启动一个新的 Shell 实例，该值就会增加
`HOME`	当前用户的主目录，例如 `/root`。
`SSH_CONNECTION`	当通过SSH连接到远程服务器时，提供有关连接的信息，包括客户端和服务器的IP地址及端口
`LESSOPEN`	用于设置 `less` 命令的预处理器，允许在查看文件时进行处理，例如文本高亮
`SSH_CLIENT`	类似于 `SSH_CONNECTION`，SSH客户端的IP地址、源端口和服务端口

printenv 查看所有环境变量

在 Linux 操作系统中可以使用 printenv 命令以键值对的形式输出当前所有的环境变量。

基本用法：
```
printenv
```
运行这个命令会列出所有当前的环境变量及其值，以键值对的形式显示。例如：
```
USER=john
HOME=/home/john
SHELL=/bin/bash
PATH=/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin
```
查看特定变量：
```
printenv VARIABLE_NAME
```
可以通过指定变量名来查看某个特定环境变量的值。例如：
```
printenv PATH
```
这将只输出 PATH 环境变量的值：
```
/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin
```

set 查看所有 Shell 变量

set 命令是 Linux 的一个 Shell 内建命令，用于设置、显示或取消 Shell 的环境变量和 Shell 选项。 Shell 变量是指在 Shell 环境中定义的任何变量。它们可以是系统预定义变量（如 $PATH）或者用户自定义变量。

显示所有变量：
```
set
```
运行此命令会列出当前 Shell 环境中的所有变量（包括环境变量和用户自定义变量）及其值。输出通常包含各个变量的名称和对应的值。例如：
```
BASH=/bin/bash
BASH_VERSION='5.0.17(1)-release'
USER=john
...
```
设置变量：
```
set VARIABLE_NAME=value
```
直接使用 set 可以为变量赋值，但这种方式只在当前 Shell 会话中有效。示例：
```
set myvar=Hello
echo $myvar  # 输出 Hello
```

3.3.2 声明变量

用户可以在 Shell 脚本中自定义变量存储数据、结果或其他信息，并在脚本上下文中引用。

Shell 脚本声明变量需要遵循以下规则：

格式：变量名和等号之间不能有空格。例如，VAR=value 是正确的，而 VAR = value 是错误的。
命名规则：
- 只包含字母、数字和下划线：变量名可以包含字母（大小写敏感）、数字和下划线（_），但不能包含其他特殊字符。
- 不能以数字开头：变量名不能以数字开头，但可以包含数字。例如，VAR1 是有效的，而 1VAR 是无效的。
- 避免使用 Shell 关键字：不应使用 Shell 的关键字（如 if、then、else、fi、for、while 等）作为变量名，以免引起混淆。
- 使用大写字母表示常量：常量的变量名通常使用大写字母，例如 PI=3.14。
- 避免使用特殊符号：尽量避免在变量名中使用特殊符号，因为它们可能与 Shell 的语法产生冲突。
- 避免使用空格：变量名中不应包含空格，因为空格通常用于分隔命令和参数。

字符串变量

在 Shell 中，变量默认被视为字符串类型，支持使用单引号 ' 和双引号 " 来定义字符串：

使用单引号 ' 定义：单引号中的所有字符都被视为字面值，完全不进行变量替换或转义
```
my_string='Hello, $USER!'
echo "$my_string"  # 输出: Hello, $USER!
```
在这个例子中，$USER 被视为普通文本，不会被替换为实际的用户名。
使用双引号 " 定义：双引号中的变量会被替换为对应的变量值，某些转义字符（如 \n、\t 等）也会被解析
```
my_string="Hello, $USER!"
echo "$my_string"  # 输出: Hello, Alice!
```

对字符串变量常用的操作如下：

双引号 " 实现多个字符串拼接：

greeting="Hello"
name="Alice"
full_greeting="$greeting, $name!"
echo "$full_greeting"	# 输出: Hello, Alice!

使用 ${#var} 来获取字符串的长度：

length=${#my_string}
echo "字符串长度: $length"  # 输出: 字符串长度: 13

使用 ${var:start:length} 截取字符串：

substring=${my_string:7:5}  # 从索引 7 开始，长度为 5
echo "$substring"  # 输出: World

如果需要从指定位置截取到末尾，可以使用 ${var:start} 语法，而不需要指定长度：

my_string="Hello, World!"
substring=${my_string:7}  # 从索引 7 开始截取到末尾
echo "$substring"  # 输出: World!

使用 ${var/old/new} 来替换字符串中的部分内容：

my_string="Hello, World!"
new_string=${my_string/World/Bash}
echo "$new_string"  # 输出: Hello, Bash!

Tips：
单引号里的任何字符都会原样输出，单引号字符串中的变量是无效的；
在单引号字符串中，不能直接包含单独的单引号。如果需要在字符串中使用单引号，可以成对出现，或通过拼接来实现。比如：
echo 'It'\''s a test'  # 输出: It's a test
'：先结束当前的单引号字符串。
\'：转义单引号，插入一个字面值的单引号。
'：再开始一个新的单引号字符串。

数组变量

Shell 只支持一维数组（不支持多维数组），初始化时不需要指定数组大小，元素的下标由 0 开始，其声明的方式如下：

使用括号 () 定义数组：
```
my_array=(element1 element2 element3)
```

使用 declare -a 定义数组：

declare -a my_array
my_array=(element1 element2 element3)

数组支持的常用操作如下：

通过 ${array[index]} 来访问指定下标的数组元素：
```
echo "${my_array[0]}"  # 输出: element1
```

使用 ${#array[@]} 获取数组的长度：

length=${#my_array[@]}
echo "数组长度: $length"  # 输出: 数组长度: 3

使用 @ 或 * 可以获取数组中的所有元素：

echo "${my_array[@]}"  # 输出: element1 element2 element3

使用 for 循环遍历数组的所有元素：

for item in "${my_array[@]}"; do
    echo "$item"
done

通过索引直接修改数组的某个元素：

my_array[1]="new_value"  # 修改第二个元素
echo "${my_array[1]}"  # 输出: new_value

使用 += 添加新元素：

my_array+=("element4")  # 添加新元素
echo "${my_array[@]}"  # 输出: element1 element2 element3 element4

Tips：

在定义数组时，数组元素之间需要以空格进行分隔
访问或打印数组时，元素之间会自动以空格拆分

关联数组（Map）变量

关联数组（也称为字典或哈希表）允许使用非整数索引来存储键值对。使用 declare -A 命令来定义：

declare -A fruits
fruits=(["apple"]="red" ["banana"]="yellow" ["cherry"]="red")

也可以在声明时初始化：

declare -A fruits=(["apple"]="red" ["banana"]="yellow" ["cherry"]="red")

常用操作如下：

通过 ${map[key]} 来访问关联数组中指定 Key 对应的 Value：
```
echo "${fruits[apple]}"  # 输出: red
```

${!map[@]} 在数组前添加感叹号 ! 可以获取数组的所有键：

echo "所有水果: ${!fruits[@]}"  # 输出: apple banana cherry

${map[@]} 使用 @ 或 * 可以获取数组中的所有元素：
```
echo "${fruits[@]}" # 输出: red yellow red
```

使用 for 循环遍历关联数组的所有键及其对应的值：

for key in "${!fruits[@]}"; do
    echo "$key: ${fruits[$key]}"
done

修改元素:
```
map[key]="new_value"
```
新增元素：
```
map[new_key]="new_value"
```
使用 unset 命令删除关联数组中的某个元素：
```
unset map[key]
```

3.3.3 引用变量

在脚本上下文中，我们可以在变量名称之前加上美元符（$）来引用声明的变量以及系统环境变量。以下是几种常用的引用方法：

使用 $variable 形式引用变量：
```
echo $PATH
```
使用花括号 ${variable} 形式引用的变量：
```
echo "Value: ${my_var}"
echo "Value: ${my_var}123"  # 输出：Value: Hello, World!123
```
当变量后面紧跟其他字符时，花括号 {} 可以使变量边界更清晰。

Tips：

对一个变量进行赋值时不使用 $ 符号
引用一个变量值时必须使用美元符（$）
在赋值语句中使用其他变量的值时，必须使用 $ 符号
#!/bin/bash

# 1. 赋值时不使用美元符
value1="Hello"
value2="World"

# 2. 在赋值语句中使用 value1 的值时，必须使用美元符
greeting="$value1, $value2!"

# 3. 引用变量值时使用美元符
echo "$greeting"

3.3.4 变量的作用域

全局变量

全局变量是指允许在整个脚本中（以及在其启动的所有子进程（即子Shell）中）访问的变量，全局变量可以直接在脚本的顶部或函数外部定义：

MY_GLOBAL_VAR="Hello, World!"  # 定义全局变量
echo $MY_GLOBAL_VAR              # 输出变量的值

可以使用 export 命令将其导出为环境变量，以便在子进程（即子Shell）中访问。

局部变量

局部变量是在特定的作用域内定义的变量，通常是在函数内定义：

my_function() {
    local MY_LOCAL_VAR="This is a local variable"  # 定义局部变量
    echo $MY_LOCAL_VAR                                # 在函数内访问
}

my_function            # 调用函数
echo $MY_LOCAL_VAR     # 输出为空，无法访问局部变量

当函数执行完毕后，局部变量会被销毁，无法在函数外部访问。

Tips：使用 local 定义的变量是局部的,只在其所在的函数内有效，无法通过 export 导出为环境变量供子进程（即子Shell）使用。

只读变量

只读变量是定义后无法被修改的变量。使用 readonly 命令可以将变量设置为只读，这样在脚本的后续部分尝试修改该变量将会报错。

# 定义只读变量
readonly MY_READONLY_VAR="This variable is read-only"

# 输出变量的值
echo $MY_READONLY_VAR                                     

# 尝试修改只读变量，将报错：cannot assign to read-only variable
MY_READONLY_VAR="New Value"

3.3.5 撤销变量

后续不再需要声明的变量时，可以使用 unset 命令来撤销已经声明的变量：

MY_VAR="Some value"  # 定义变量
unset MY_VAR        # 撤销变量

echo $MY_VAR        # 不会输出任何内容

撤销后，该变量不再存在，尝试引用将不会返回任何值，unset 命令不能删除只读变量。