Shell 脚本基础教程

引言

本教程将基于您提供的主题结构，逐步介绍 Shell 脚本的核心概念。我会使用中文解释，并提供清晰的代码示例（基于 Bash Shell）。所有内容真实可靠，参考了标准 Shell 编程实践。代码示例使用 Markdown 代码块，数学表达式（如变量操作）按规范格式化。

1.1 简介

Shell 脚本是一种自动化任务脚本语言，常用于 Linux/Unix 系统管理。它通过命令行解释器执行，能简化重复操作，如文件处理或系统监控。Shell 脚本的优势包括易学性和高效性，适合初学者入门。

1.2 Shell 解释器

Shell 解释器是执行脚本的核心程序，常见的有 Bash（Bourne Again SHell）。它读取用户命令并调用系统内核执行。例如，Bash 是大多数 Linux 发行版的默认解释器。

• 检查当前解释器：

echo $SHELL  # 输出当前 Shell 路径，如 /bin/bash

2.1 编写 Shell 脚本

编写 Shell 脚本需创建文本文件，首行指定解释器（如 #!/bin/bash），后续添加命令。脚本文件通常以 .sh 结尾。

• 示例脚本：创建一个简单脚本打印欢迎信息。

#!/bin/bash
# 这是一个注释：打印欢迎消息
echo "Hello, Shell World!"  # echo 命令输出文本

2.2 执行 Shell 脚本

执行脚本前需赋予可执行权限，然后通过路径或解释器直接运行。

• 步骤：

chmod +x script.sh  # 添加执行权限
./script.sh        # 运行脚本，输出：Hello, Shell World!

• 或直接使用解释器：

bash script.sh     # 无需权限，直接执行

3. Shell 程序：变量

变量用于存储数据，是脚本的核心元素。Shell 变量无严格类型，但需遵循语法规则。

3.1 语法格式

变量定义使用 变量名=值 格式，等号两侧无空格。变量名以字母或下划线开头，区分大小写。

• 示例：

name="Alice"  # 定义字符串变量
age=30        # 定义数值变量

3.2 变量使用

引用变量需加 $ 符号，如 $变量名。变量可用于命令参数或计算。

• 示例：

echo "Name: $name, Age: $age"  # 输出：Name: Alice, Age: 30
sum=$((age + 5))               # 算术计算，结果存储到 sum
echo "Sum: $sum"               # 输出：Sum: 35

• 在数学表达式中，计算如 $sum = age + 5$ 使用 $(( )) 语法。

3.3 变量类型

Shell 变量主要分两类：

• 局部变量：仅在当前脚本生效，通过 变量名=值 定义。
• 环境变量：全局生效，通过 export 变量名=值 定义，如 PATH。

export MY_VAR="Global"  # 设置为环境变量
echo $MY_VAR            # 输出：Global

4. 字符串

字符串是 Shell 中常见的数据类型，支持多种操作。

4.1 单引号

单引号 ' ' 内字符原样输出，不解析变量或转义符。

• 示例：

str='Hello $name'  # $name 不被解析
echo $str          # 输出：Hello $name

4.2 双引号

双引号 " " 可解析变量和转义符（如 \n）。

• 示例：

str="Hello, $name!\nWelcome."  # 解析 $name 和 \n
echo -e $str                   # 输出带换行的文本

4.3 获取字符串长度

使用 ${#字符串} 获取长度，长度值 $n$ 为整数。

• 示例：

str="Shell"
len=${#str}        # 获取长度
echo "Length: $len" # 输出：Length: 5

• 数学表示：长度 $n = \text{len}(str)$，其中 $\text{len}$ 是长度函数。

4.4 提取子字符串

语法 ${字符串:起始位置:长度}，位置从 0 开始计数。

• 示例：

str="HelloWorld"
sub=${str:1:4}     # 从索引 1 开始提取 4 个字符
echo "Substring: $sub" # 输出：ello

• 数学表示：子串 $s = \text{substr}(str, start, length)$。

4.5 查找子字符串

使用 expr index "$字符串" "子串" 查找子串首次出现的位置，位置索引从 1 开始。

• 示例：

str="BashScript"
pos=$(expr index "$str" "Sc")  # 查找 "Sc" 的位置
echo "Position: $pos"          # 输出：5（因为 'S' 在索引 5）

• 数学表示：位置 $p = \text{index}(str, substr)$，其中 $\text{index}$ 返回索引值。

Shell 传递参数

在 Shell 脚本中，参数传递是处理用户输入的基础功能。通过命令行执行脚本时，可以传递多个参数，脚本内部使用特殊变量来访问这些参数。下面我将逐步解释参数传递机制和相关特殊变量，确保内容清晰可靠。

5.1 Shell 传递参数的基本方式

当执行 Shell 脚本时，参数通过命令行提供，格式为 ./脚本名 参数1 参数2 ... 参数n。例如，运行 ./demo04.sh apple banana cherry，其中：

• ./demo04.sh 是脚本文件名。
• apple 是第一个参数。
• banana 是第二个参数。
• cherry 是第三个参数。

脚本内部使用位置变量 $n 来访问这些参数，其中 n 是一个数字（从 1 开始）。例如：

• $1 表示第一个参数。
• $2 表示第二个参数。
• 以此类推。

5.2 Shell 中的特殊变量

除了位置参数，Shell 还提供了一些特殊变量来处理参数集合、状态和进程信息。这些变量在脚本中自动可用，无需声明。以下是关键变量及其用途：

• $*：将所有参数作为一个完整的字符串输出。例如，如果参数是 apple banana cherry，$* 会输出 "apple banana cherry"（一个字符串）。
• $@：将所有参数作为列表输出。每个参数被视为独立项，便于循环处理。例如，在 for 循环中，$@ 会迭代为 apple、banana、cherry。
• $#：输出参数的个数。例如，如果传递了三个参数，$# 的值是 $3$。
• $?：查看上一个命令的退出状态。值为 $0$ 表示成功（命令正确执行），非零值表示错误（如 $1$ 表示一般错误）。
• $$：输出当前脚本运行的进程 ID（PID）。这是一个唯一数字，用于标识脚本实例。
• $!：输出后台运行的最后一个进程的 PID。例如，如果启动一个后台进程，$! 会存储其 ID。

这些变量在脚本调试和逻辑控制中非常有用，确保参数处理高效可靠。

6. Shell 运算符

在 Shell 中，运算符用于执行各种计算，包括算术、关系、逻辑和字符串操作。Shell 本身不支持直接数学表达式，但可以通过内置工具如 expr、let 或算术扩展 $(( )) 来实现。运算符使用时需注意转义，因为某些字符（如 *）在 Shell 中有特殊含义（通配符）。以下是主要运算符类别：

算术运算符

用于数值计算，常见运算符包括：

• 加： $+$
• 减： $-$
• 乘： $\times$（需转义为 \*，因为 * 是通配符）
• 除： $\div$（使用 /）
• 取余： $%$

例如，计算 $10 \times 5$ 时，必须转义乘法符号为 \*，否则 Shell 会误解释为通配符。

关系运算符

用于比较数值，通常在 test 或 [ ] 命令中使用：

• 等于： -eq
• 不等于： -ne
• 小于： -lt
• 大于： -gt
• 小于等于： -le
• 大于等于： -ge

例如，检查 $a$ 是否等于 $b$，使用 [ $a -eq $b ]。

逻辑运算符

用于布尔逻辑操作：

• 与： &&（AND）
• 或： ||（OR）
• 非： !（NOT）

例如，条件 [ $a -gt 0 ] && [ $b -lt 10 ] 表示 $a > 0$ 且 $b < 10$。

字符串运算符

用于字符串处理：

• 相等： =
• 不相等： !=
• 字符串长度为零： -z
• 字符串长度非零： -n

例如，检查字符串是否为空： [ -z "$str" ]。

代码示例

以下 Shell 脚本演示了参数传递和运算符的使用。脚本保存为 demo.sh，运行方式如 ./demo.sh 10 5。

#!/bin/bash# 1. 演示参数传递
echo "第一个参数: $1"
echo "第二个参数: $2"
echo "所有参数（字符串）: $*"
echo "所有参数（列表）: $@"
echo "参数个数: $#"
echo "上一个命令状态: $?"  # 通常为0，表示成功# 2. 演示算术运算（使用 expr 工具，需转义 *）
a=$1
b=$2
sum=$(expr $a + $b)
product=$(expr $a \* $b)  # 转义 * 为 \*
echo "和: $sum"
echo "积: $product"# 3. 演示关系运算
if [ $a -gt $b ]; thenecho "$a 大于 $b"
elseecho "$a 不大于 $b"
fi# 4. 演示进程 ID
echo "当前脚本 PID: $$"
# 启动一个后台进程
sleep 5 &
echo "后台进程 PID: $!"

解释说明：

• 参数处理：脚本接受两个参数（如数字），通过 $1 和 $2 访问。
• 算术运算：使用 expr 工具计算和与积，注意乘法必须转义（\*）。
• 关系运算：使用 [ ] 和 -gt 比较参数大小。
• 进程信息：$$ 显示当前脚本 PID，$! 显示后台进程 PID。
• 运行后，$? 会显示上一个命令的退出状态（成功时为 $0$）。

这个脚本覆盖了用户查询的所有点，确保真实可靠。测试时，确保脚本有执行权限（chmod +x demo.sh）。