Linux Bash Shell入门教程

一、BASH的基本语法

1.1、最简单的例子 —— Hello World!

        用 vi 编辑器编辑一个 hello 文件如下：

#!/bin/bash
# This is a very simple example
echo Hello World

        这样最简单的一个 BASH 程序就编写完了。这里有几个问题需要说明一下：

        1、“#!”是说明 hello 这个文件的类型的，有点类似于 Windows 系统下用不同文件后缀来表示不同文件类型的意思(但不相同)。Linux 系统根据"#!"及该字串后面的信息确定该文件的类型，关于这一问题可以通过 "man magic"命令及 /usr/share/magic 文件来了解这方面的更多内容。在 BASH 中第一行的 "#!" 及后面的 "/bin/bash" 就表明该文件是一个BASH程序，需要由"/bin“目录下的bash程序来解释执行。BASH这个程序一般是存放在”/bin“目录下，如果你的Linux系统比较特别，bash也有可能被存放在 /sbin 、/usr/local/bin 、/usr/bin 、/usr/sbin 或 /usr/local/sbin 这样的目录下。如果还找不到，你可以用 "locate bash" "find / -name bash 2> /dev/null" 或 "whereis bash" 这三个命令找出bash所在的位置；如果仍然找不到，那你可能需要自己动手安装一个BASH软件包了。
        2、第二行的 "# This is a ..." 就是BASH程序的注释，在BASH程序中从“#”号(注意：后面紧接着是“!”号的除外)开始到行尾均被看作是程序的注释。
        3、第三行的"echo"语句的功能是把echo后面的字符串输出到标准输出中去。由于echo后跟的是 "Hello World" 这个字符串，因此 "Hello World"这个字串就被显示在控制台终端的屏幕上了。需要注意的是BASH中的绝大多数语句结尾处都没有分号。
        4、如何执行该程序呢？有两种方法：一种是显式制定 BASH 去执行：

       $ bash hello 或
        $ sh hello (这里 sh 是指向 bash 的一个链接，“lrwxrwxrwx 1 root root 4 Aug 20 05:41 /bin/sh -> bash”)

        或者可以先将hello文件改为可以执行的文件，然后直接运行它，此时由于hello文件第一行的 "#! /bin/bash" 的作用，系统会自动用/bin/bash 程序去解释执行hello文件的：

        $ chmod u+x hello
        $ ./hello

        此处没有直接 “$ hello”是因为当前目录不是当前用户可执行文件的默认目录，而将当前目录“.”设为默认目录是一个不安全的设置。

        需要注意的是，BASH程序被执行后，实际上Linux系统是另外开设了一个进程来运行的。

1.2、关于输入、输出和错误输出

        在字符终端环境中，标准输入/标准输出的概念很好理解。输入即指对一个应用程序或命令的输入，无论是从键盘输入还是从别的文件输入。输出即指应用程序或命令产生的一些信息。与 Windows系统下不同的是，Linux系统下还有一个标准错误输出的概念，这个概念主要是为程序调试和系统维护目的而设置的，错误输出于标准输出分开可以让一些高级的错误信息不干扰正常的输出信息，从而方便一般用户的使用。

        在Linux系统中，标准输入(stdin)默认为键盘输入，标准输出(stdout)默认为屏幕输出，标准错误输出(stderr)默认也是输出到屏幕(上面的 std 表示 standard)。

        输入、输出及标准错误输出主要用于I/O重定向，就是说需要改变他们的默认设置。先看这个例子：

        $ ls > ls_result
        $ ls -l >> ls_result

        上面这两个命令分别将 ls 命令的结果输出重定向到ls_result文件中和追加到ls_result文件中，而不是输出到屏幕上。">"就是输出(标准输出和标准错误输出)重定向的代表符号，连续两个 ">" 符号，即 ">>" 则表示不清除原来的而追加输出。下面再来看一个稍微复杂的例子：

        $ find /home -name lost* 2> err_result

        这个命令在 ">" 符号之前多了一个 "2"，"2>" 表示将标准错误输出重定向。由于 /home 目录下有些目录由于权限限制不能访问，因此会产生一些标准错误输出被存放在 err_result 文件中。大家可以设想一下 find /home -name lost* 2>>err_result 命令会产生什么结果？

        如果直接执行 find /home -name lost* > all_result ，其结果是只有标准输出被存入 all_result 文件中，要想让标准错误输出和标准输入一样都被存入到文件中，那该怎么办呢？看下面这个例子：

       $ find /home -name lost* > all_result 2>& 1

        上面这个例子中将首先将标准错误输出也重定向到标准输出中，再将标准输出重定向到 all_result 这个文件中。这样我们就可以将所有的输出都存储到文件中了。为实现上述功能，还有一种简便的写法如下：

       $ find /home -name lost* >& all_result

        如果那些出错信息并不重要，下面这个命令可以让你避开众多无用出错信息的干扰：

       $ find /home -name lost* 2> /dev/null

        $ find /home -name lost* > all_result 1>& 2
        $ find /home -name lost* 2> all_result 1>& 2
        $ find /home -name lost* 2>& 1 > all_result

        另外一个非常有用的重定向操作符是 "-"，请看下面这个例子：

        $ (cd /source/directory && tar cf - . ) | (cd /dest/directory && tar xvfp -)

        该命令表示把 /source/directory 目录下的所有文件通过压缩和解压，快速的全部移动到"/dest/directory”目录下去，这个命令在“/source/directory”和“/dest/directory”不处在同一个文件系统下时将显示出特别的优势。

        下面还几种不常见的用法：

        n<&- 表示将 n 号输入关闭
        <&- 表示关闭标准输入（键盘）
        n>&- 表示将 n 号输出关闭
        >&- 表示将标准输出关闭

1.3、BASH中对变量的规定(与C语言的异同)

1.3.1、BASH中的变量介绍

        我们先来从整体上把握一下BASH中变量的用法，然后再去分析BASH中变量使用与C语言中的不同。BASH中的变量都是不能含有保留字，不能含有 "-" 等保留字符，也不能含有空格。

1.3.1.1、简单变量

        在BASH中变量定义是不需要的，没有 "int i" 这样的定义过程。如果想用一个变量，只要他没有在前面被定义过，就直接可以用，当然你使用该变量的第一条语句应该是对他赋初值了，如果你不赋初值也没关系，只不过该变量是空(注意：是 NULL，不是 0)。不给变量赋初值虽然语法上不反对，但不是一个好的编程习惯。我们看看下面的例子：

        首先用 vi 编辑下面这个文件 hello2：

#!/bin/bash
# give the initialize value to STR
STR="Hello World"
echo $STR

        在上面这个程序中我们需要注意下面几点：

        1、变量赋值时，'='左右两边都不能有空格；
        2、BASH中的语句结尾不需要分号(";")；
        3、除了在变量赋值和在FOR循环语句头中，BASH中使用变量时必须在变量前加"$"符号，如果将上面程序中第三行改为 "echo STR" ，那么输出为“STR”。
        4、由于BASH程序是在一个新的进程中运行的，所以该程序中的变量定义和赋值不会改变其他进程或原始Shell中同名变量的值，也不会影响他们的运行。

        更细致的文档甚至提到以引号括起来的变量将不被BASH解释为变量，如 '$STR' ，而被看成为纯粹的字符串。而且更为标准的变量引用方式是 ${STR} 这样的，$STR不过是对${STR}的一种简化。在复杂情况下(即有可能产生歧义的地方)最好用带"{}"的表示方式。

        BASH中的变量既然不需要定义，也就没有类型一说，一个变量即可以被定义为一个字符串，也可以被再定义为整数。如果对该变量进行整数运算，他就被解释为整数；如果对他进行字符串操作，他就被看作为一个字符串。请看下面的例子：

#!/bin/bash
x=1999
let "x = $x + 1"
echo $x
x="olympic'"$x
echo $x

        关于整数变量计算，有如下几种：" + - * / % "，他们的意思和字面意思相同。整数运算一般通过let和expr这两个指令来实现，如对变量x加1可以写作：let "x = $x + 1" 或者 x=`expr $x + 1`。在比较操作上，整数变量和字符串变量各不相同，详见下表：

对应的操作	整数操作	字符串操作
相同	-eq	=
不同	-ne	!=
大于	-gt	>
小于	-lt	<
大于或等于	-ge
小于或等于	-le
为空		-z
不为空		-n

        比如：

        比较字符串a和b是否相等就写作：if [ $a = $b ]
        判断字符串a是否为空就写作： if [ -z $a ]
        判断整数变量a是否大于b就写作：if [ $a -gt $b ]

        更细致的文档推荐在字符串比较时尽量不要使用 -n ，而用 ! -z 来代替。（其中符号 "!" 表示求反操作）

        BASH中的变量除了用于对整数和字符串进行操作以外，另一个作用是作为文件变量。BASH是Linux 操作系统的Shell，因此系统的文件必然是BASH需要操作的重要对象，如 if [ -x /root ] 可以用于判断"/root"目录是否可以被当前用户进入。下表列出了BASH中用于判断文件属性的操作符：

运算符	含义（ 满足下面要求时返回 TRUE ）
-e file	文件 file 已经存在
-f file	文件 file 是普通文件
-s file	文件 file 大小不为零
-d file	文件 file 是一个目录
-r file	文件 file 对当前用户可以读取
-w file	文件 file 对当前用户可以写入
-x file	文件 file 对当前用户可以执行
-g file	文件 file 的 GID 标志被设置
-u file	文件 file 的 UID 标志被设置
-O file	文件 file 是属于当前用户的
-G file	文件 file 的组 ID 和当前用户相同
file1 -nt file2	文件 file1 比 file2 更新
file1 -ot file2	文件 file1 比 file2 更老

        注意：上表中的 file 及 file1、file2 都是指某个文件或目录的路径。

1.3.1.2、关于局部变量

        在BASH程序中如果一个变量被使用了，那么直到该程序的结尾，该变量都一直有效。为了使得某个变量存在于一个局部程序块中，就引入了局部变量的概念。BASH中，在变量首次被赋初值时加上local关键字就可以声明一个局部变量，如下面这个例子：

#!/bin/bash
HELLO=Hello
function hello {
local HELLO=World
echo $HELLO
}
echo $HELLO
hello
echo $HELLO

        该程序的执行结果是：

        Hello
        World
        Hello

        这个执行结果表明全局变量 $HELLO 的值在执行函数 hello 时并没有被改变。也就是说局部变量 $HELLO 的影响只存在于函数那个程序块中。

1.3.2、BASH中的变量与C语言中变量的区别

       总结一下在BASH环境中使用变量需要注意的问题。

        1、BASH中的变量在引用时都需要在变量前加上 "$" 符号(第一次赋值及在For循环的头部不用加 "$"符号)；
        2、BASH中没有浮点运算，因此也就没有浮点类型的变量可用；
        3、BASH中的整形变量的比较符号与C语言中完全不同，而且整形变量的算术运算也需要经过let或expr语句来处理；

1.4、BASH中的基本流程控制语法

        BASH中几乎含有C语言中常用的所有控制结构，如条件分支、循环等，下面逐一介绍。

1.4.1、if...then...else

        if语句用于判断和分支，其语法规则和C语言的if非常相似。其几种基本结构为：

        if [ expression ]
        then
        statments
        fi

        或者

        if [ expression ]
        then
        statments
        else
        statments
        fi

        或者

        if [ expression ]
        then
        statments
        else if [ expression ]
        then
        statments
        else
        statments
        fi

        或者

        if [ expression ]
        then
        statments
        elif [ expression ]
        then
        statments
        else
        statments
        fi

        值得说明的是如果你将 if 和 then 简洁的写在一行里面，就必须在 then 前面加上分号，如：if [ expression ]; then ... 。下面这个例子说明了如何使用 if 条件判断语句：

#!/bin/bash

if [ $1 -gt 90 ]
then
echo "Good, $1"
elif [ $1 -gt 70 ]
then
echo "OK, $1"
else
echo "Bad, $1"
fi

exit 0

        上面例子中的 $1 是指命令行的第一个参数，这个会在后面的“BASH中的特殊保留字”中讲解。

1.4.2、for

        for 循环结构与C语言中有所不同，在BASH中for循环的基本结构是：

        for $var in     

        do

        statments

        done

        其中$var是循环控制变量，

        是$var需要遍历的一个集合，do/done对包含了循环体，相当于C语言中的一对大括号。另外如果do和for被写在同一行，必须在do前面加上 ";"。如： for $var in ; do 。下面是一个运用for进行循环的例子：

#!/bin/bash

for day in Sun Mon Tue Wed Thu Fri Sat
do
echo $day
done

    如果列表被包含在一对双引号中，则被认为是一个元素。

for day in "Sun Mon Tue Wed Thu Fri Sat"
do
echo $day
done

exit 0

        注意上面的例子中，在for所在那行的变量day是没有加 "$" 符号的，而在循环体内，echo所在行变量$day是必须加上"$"符号的。另外如果写成for day而没有后面的 in部分，则day将取遍命令行的所有参数。如这个程序：

#!/bin/bash

for param
do
echo $param
done

exit 0

        上面这个程序将列出所有命令行参数。for循环结构的循环体被包含在“do/done"对中，这也是后面的while、until循环所具有的特点。

1.4.3、while

        while循环的基本结构是：

        while [ condition ]
        do
        statments
        done

1.4.4、until

        until循环的基本结构是：

        until [ condition is TRUE ]
        do
        statments
        done

1.4.5、case

        BASH中的case结构与C语言中的switch语句的功能比较类似，可以用于进行多项分支控制。其基本结构是：

        case "$var" in
        condition1 )
        statments1;;
        condition2 )
        statments2;;
        ...
        * )
        default statments;;
        esac

        下面这个程序是运用 case 结构进行分支执行的例子：

#!/bin/bash

echo "Hit a key, then hit return."
read Keypress

case "$Keypress" in
[a-z] ) echo "Lowercase letter";;
[A-Z] ) echo "Uppercase letter";;
[0-9] ) echo "Digit";;
* ) echo "Punctuation, whitespace, or other";;
esac

exit 0

        上面例子中的第四行"read Keypress"一句中的"read"语句表示从键盘上读取输入。这个命令将在本讲义的BASH的其他高级问题中讲解。

1.4.6、break/continue

        熟悉C语言编程的都很熟悉break语句和continue语句。BASH中同样有这两条语句，而且作用和用法也和C语言中相同，break语句可以让程序流程从当前循环体中完全跳出，而continue语句可以跳过当次循环的剩余部分并直接进入下一次循环。

1.5、函数的使用

        BASH是一个相对简单的脚本语言，不过为了方便结构化的设计，BASH中也提供了函数定义的功能。BASH中的函数定义很简单，只要向下面这样写就可以了：

        function my_funcname {
        code block
        }

        或者

        my_funcname() {
        code block
        }

        上面的第二种写法更接近于C语言中的写法。BASH中要求函数的定义必须在函数使用之前，这是和C语言用头文件说明函数方法的不同。

        更进一步的问题是如何给函数传递参数和获得返回值。BASH中函数参数的定义并不需要在函数定义处就制定，而只需要在函数被调用时用BASH的保留变量"$1 $2 ... "来引用就可以了；BASH的返回值可以用return语句来指定返回一个特定的整数，如果没有return语句显式的返回一个返回值，则返回值就是该函数最后一条语句执行的结果(一般为0，如果执行失败返回错误码)。函数的返回值在调用该函数的程序体中通过 $? 保留字来获得。下面我们就来看一个用函数来计算整数平方的例子：

#!/bin/bash

square() {
let "res = $1 * $1"
return $res
}

square $1
result=$?
echo $result

exit 0

二、BASH中的特殊保留字

2.1、保留变量

        BASH中有一些保留变量，下面列出了一些：
        $IFS　　这个变量中保存了用于分割输入参数的分割字符，默认识空格。
        $HOME 　这个变量中存储了当前用户的根目录路径。
        $PATH 　这个变量中存储了当前 Shell 的默认路径字符串。
        $PS1　　表示第一个系统提示符。
        $PS2　　表示的二个系统提示符。
        $PWD　　表示当前工作路径。
        $EDITOR 表示系统的默认编辑器名称。
        $BASH 　表示当前 Shell 的路径字符串。
        $0, $1, $2, ...    表示系统传给脚本程序或脚本程序传给函数的第0个、第1个、第2个...参数。
        $#　　　表示脚本程序的命令参数个数或函数的参数个数。
        $$　　　表示该脚本程序的进程号，常用于生成文件名唯一的临时文件。
        $?　　　表示脚本程序或函数的返回状态值，正常为 0，否则为非零的错误号。
        $*　　　表示所有的脚本参数或函数参数。
        $@　　　和 $* 涵义相似，但是比 $* 更安全。
        $!　　　表示最近一个在后台运行的进程的进程号。

2.2、随机数

        随机数是经常要用到的，BASH中也提供了这个功能，如下：

#!/bin/bash

# Prints different random integer from 1 to 65536

a=$RANDOM
echo $a

exit 0

        这个程序可以在每次执行的时候随机的打印出一个大小在1到65536之间的整数。

2.3、运算符

        算术运算符：
        + - * / % 表示加减乘除和取余运算
        += -= *= /= 同 C 语言中的含义

        位操作符：
        << <<= >> >>= 表示位左右移一位操作
        & &= | |= 表示按位与、位或操作
        ~ ! 表示非操作
        ^ ^= 表示异或操作

        关系运算符：
        < > <= >= == != 表示大于、小于、大于等于、小于等于、等于、不等于操作
        && || 逻辑与、逻辑或操作

2.4、变量的特殊操作

        BASH 中还有一些对变量的简洁、快速的操作，对“${var}”进行一些变化就可以产生一些新功能：
        ${var-default}：如果变量$var还没有设置，则保持$var没有设置的状态，并返回后面的默认值default。
        ${var=default}：如果变量$var还没有设置，则取后面的默认值default。
        ${var+otherwise}：如果变量$var已经设置，则返回otherwise的值，否则返回空(null)。
        ${var?err_msg}：如果变量 $var 已经设置，则返回该变量的值，否则将后面的“err_msg”输出到标准错误输出上。

#!/bin/bash

echo ${var?There is an error}

exit 0

        还有下面一些用法，这些用法主要用于从文件路径字符串中提取有用信息：
        ${var#pattern}, ${var##pattern}：从变量“$var”中剥去最短(最长)的和pattern相匹配的最左侧的串。
        ${var%pattern}, ${var%%pattern}：从变量“$var”中剥去最短(最长)的和pattern相匹配的最右侧的串。

        另外中还加入下面一些操作：
        ${var:pos}：去掉变量$var中前pos个字符。
        ${var:pos:len}：变量$var中去掉前pos个字符后的剩余字符串的前 len 个字符。
        ${var/pattern/replacement}：将变量$var中第一个出现的pattern模式替换为replacement字符串。
        ${var//pattern/replacement}：将变量$var中出现的所有pattern模式全部都替换为replacment字符串。

三、BASH中的其他高级问题

3.1、BASH中对返回值的处理

        无论是在Shell中对BASH脚本返回值的处理，还是在脚本中对函数返回值的处理，都是通过 "$?" 系统变量来获得。BASH要求返回值必须为一个整数，不能用“return”语句返回字符串变量。

3.2、用BASH设计简单用户界面

        BASH中提供了一个小的语句格式，可以让程序快速的设计出一个字符界面的用户交互选择的菜单，该功能就是由select语句来实现的，select 语句的语法为：

        select var in

        do

        statments use $var

        done

        上面的语法结构在执行后，BASH会将其中的所有项加上数字列在屏幕上等待用户选择，在用户作出选择后，变量“$var”中就包含了那个被选中的字符串，然后就可以对该变量进行需要的操作了。我们可以从下面的例子中更直观的来理解这个功能：

#!/bin/bash
OPTIONS="Hello Quit"

select opt in $OPTIONS; do
if [ ${REPLY} = "Quit" ]; then
    echo "done"
    exit
elif [ ${REPLY} = "Hello" ]; then
    echo "Hello World"
else
    clear
    echo "bad option"
fi
done


exit 0

        $REPLY是保留变量，所有用户的任何合法或非法的输入都赋值给它。

3.3、在BASH中读取用户输入

        BASH中通过read函数来实现读取用户输入的功能，如下面这段程序：

#!/bin/bash

echo Please enter your name
read NAME
echo "Hi! $NAME !"

exit 0

        上面这个脚本读取用户的输入，并回显在屏幕上。

        另外BASH中还提供另外一种称为“here documents”的结构，可以将用户需要通过键盘输入的字符串改为从程序体中直接读入，如密码。下面的小程序演示了这个功能：

#!/bin/bash

passwd="aka@tsinghua"
ftp -n localhost <<FTPFTP
user anonymous $passwd
binary
bye
FTPFTP

exit 0

      另外一个例子：

passwd << EOF
105958
105958
EOF

        通过此处可以直接向终端输入密码而不用使用键盘。
        这个程序在用户需要通过键盘敲入一些字符时，通过程序内部的动作来模拟键盘输入。请注意“here documents”的基本结构为：

command << SOMESPECIALSTRING
statments
...
SOMESPECIALSTRING

        这里要求在需要键盘输入的命令后，直接加上 <<符号，然后跟上一个特别的字符串，在该串后按顺序输入本来应该由键盘输入的所有字符，在所有需要输入的字符都结束后，重复一遍前面“<<”符号后的“特别的字符串”即表示该输入到此结束。

3.4、一些特殊的惯用法

        在BASH中“()”一对括号一般被用于求取括号中表达式的值或命令的执行结果，如：(a=hello; echo $a) ，其作用相当于 `...` 。

        : 有两个含义，一是表示空语句，有点类似于 C 语言中的单个 ";" 。表示该行是一个空命令，如果被用在 while/until 的头结构中，则表示值 0，会使循环一直进行下去，如下例：

        while :
        do
        operation-1
        operation-2
        ...
        operation-n
        done

        另外 : 还可以用于求取后面变量的值，比如：

#!/bin/bash

: ${HOSTNAME?} {USER?} {MAIL?}
echo $HOSTNAME
echo $USER
echo $MAIL

exit 0

        在BASH中"export“命令用于将系统变量输出到外层的Shell中，其参数包括：
        -f 　：[变量名称]中为函数名称。 　
        -n    ：删除指定的变量。变量实际上并未删除，只是不会输出到后续指令的执行环境中。 　
        -p    ：列出所有的shell赋予程序的环境变量。

3.5、BASH程序的调试

        用”bash -x bash-script“命令，可以查看一个出错的BASH脚本到底错在什么地方，可以帮助程序员找出脚本中的错误。

        另外用trap语句可以在BASH脚本出错退出时打印出一些变量的值，以供程序员检查。trap语句必须作为继 "#!/bin/bash" 后的第一句非注释代码，一般trap命令被写作：trap 'message $checkvar1 $checkvar2' EXIT 。

3.6、关于BASH2

        使用”bash -version“命令可以看出当前你正在使用的BASH是什么版本，一般版本号为1.14或其他版本。而现在机器上一般还安装了一个版本号为2.0的BASH 。该BASH也在”/bin“目录下。BASH2提供了一些新功能，直接“man bash2”即可。