Bourne again shell (bash) 基本编程


2000 年 3 月 01 日

通过学习如何使用 bash 脚本语言编程，将使 Linux 的日常交互更有趣和有生产力，同时还可以利用那些已熟悉和喜爱的标准 UNIX 概念（如管道和重定向）。在此三部分系列中，Daniel Robbins 将以示例指导您如何用 bash 编程。他将讲述非常基本的知识（这使此系列十分适合初学者），并在后续系列中逐步引入更高级特性。

您可能要问：为什么要学习 Bash 编程？好，以下是几条令人信服的理由：

 

如果查看一下，可能会发现：您现在正在运行 bash。因为 bash 是标准 Linux shell，并用于各种目的，所以，即使更改了缺省 shell，bash 可能 仍 在系统中某处运行。因为 bash 已在运行，以后运行的任何 bash 脚本都天生是有效利用内存的，因为它们与任何已运行的 bash 进程共享内存。如果正在运行的工具可以胜任工作，并且做得很好，为什么还要装入一个 500K 的解释器？




 

不仅在运行 bash，实际上，您每天还在与 bash 打交道。它总在那里，因此学习如何最大限度使用它是有意义的。这样做将使您的 bash 经验更有趣和有生产力。但是为什么要学习 bash 编程 ？很简单，因为您已在考虑如何运行命令、CPing 文件以及管道化和重定向输出。为什么不学习一种语言，以便使用和利用那些已熟悉和喜爱的强大省时的概念？命令 shell 开启了 UNIX 系统的潜能，而 bash 正是 这个 Linux shell。它是您和机器之间的高级纽带。增长 bash 知识吧，这将自动提高您在 Linux 和 UNIX 中的生产力 -- 就那么简单。



 

以错误方式学习 bash 令人十分困惑。许多新手输入 "man bash" 来查看 bash 帮助页，但只得到非常简单和技术方面的 shell 功能性描述。还有人输入 "info bash"（来查看 GNU 信息文档），只能得到重新显示的帮助页，或者（如果幸运）略为友好的信息文档。

尽管这可能使初学者有些失望，但标准 bash 文档无法满足所有人的要求，它只适合那些已大体熟悉 shell 编程的人。帮助页中确实有很多极好的技术信息，但对初学者的帮助却有限。

这就是本系列的目的所在。在本系列中，我将讲述如何实际使用 bash 编程概念，以便编写自己的脚本。与技术描述不同，我将以简单的语言为您解释，使您不仅知道事情做什么，还知道应在何时使用。在此三部分系列末尾，您将可以自己编写复杂的 bash 脚本，并可以自如地使用 bash 以及通过阅读（和理解）标准 bash 文档来补充知识。让我们开始吧。




 

在 bash 和几乎所有其它 shell 中，用户可以定义环境变量，这些环境变量在以 ASCII 字符串存储。环境变量的最便利之处在于：它们是 UNIX 进程模型的标准部分。这意味着：环境变量不仅由 shell 脚本独用，而且还可以由编译过的标准程序使用。当在 bash 中“导出”环境变量时，以后运行的任何程序，不管是不是 shell 脚本，都可以读取设置。一个很好的例子是 vipw 命令，它通常允许 root 用户编辑系统口令文件。通过将 EDITOR 环境变量设置成喜爱的文本编辑器名称，可以配置 vipw，使其使用该编辑器，而不使用 vi，如果习惯于 xemacs 而确实不喜欢 vi，那么这是很便利的。

在 bash 中定义环境变量的标准方法是：


$ myvar='This is my environment variable!'


以上命令定义了一个名为 "myvar" 的环境变量，并包含字符串 "This is my environment variable!"。以上有几点注意事项：第一，在等号 "=" 的两边没有空格，任何空格将导致错误（试一下看看）。第二个件要注意的事是：虽然在定义一个字时可以省略引号，但是当定义的环境变量值多于一个字时（包含空格或制表键），引号是必须的。

第三，虽然通常可以用双引号来替代单引号，但在上例中，这样做会导致错误。为什么呢？因为使用单引号禁用了称为扩展的 bash 特性，其中，特殊字符和字符系列由值替换。例如，"!" 字符是历史扩展字符，bash 通常将其替换为前面输入的命令。（本系列文章中将不讲述历史扩展，因为它在 bash 编程中不常用。有关历史扩展的详细信息，请参阅 bash 帮助页中的“历史扩展”一节。）尽管这个类似于宏的功能很便利，但我们现在只想在环境变量后面加上一个简单的感叹号，而不是宏。

现在，让我们看一下如何实际使用环境变量。这有一个例子：

$ echo $myvar
This is my environment variable!


通过在环境变量的前面加上一个 $，可以使 bash 用 myvar 的值替换它。这在 bash 术语中叫做“变量扩展”。但是，这样做将怎样：

$ echo foo$myvarbar
foo


我们希望回显 "fooThis is my environment variable!bar"，但却不是这样。错在哪里？简单地说，bash 变量扩展设施陷入了困惑。它无法识别要扩展哪一个变量：$m、$my、$myvar 、$myvarbar 等等。如何更明确清楚地告述 bash 引用哪一个变量？试一下这个：

$ echo foo${myvar}bar
fooThis is my environment variable!bar


如您所见，当环境变量没有与周围文本明显分开时，可以用花括号将它括起。虽然 $myvar 可以更快输入，并且在大多数情况下正确工作，但 ${myvar} 却能在几乎所有情况下正确通过语法分析。除此之外，二者相同，将在本系列的余下部分看到变量扩展的两种形式。请记住：当环境变量没有用空白（空格或制表键）与周围文本分开时，请使用更明确的花括号形式。

回想一下，我们还提到过可以“导出”变量。当导出环境变量时，它可以自动地由以后运行的任何脚本或可执行程序环境使用。shell 脚本可以使用 shell 的内置环境变量支持“到达”环境变量，而 C 程序可以使用 getenv() 函数调用。这里有一些 C 代码示例，输入并编译它们 -- 它将帮助我们从 C 的角度理解环境变量：



#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(void) {
  char *myenvvar=getenv("EDITOR");
  printf("The editor environment variable is set to %s\n",myenvvar);
}


将上面的代码保存到文件 myenv.c 中，然后发出以下命令进行编译：

$ gcc myenv.c -o myenv


现在，目录中将有一个可执行程序，它在运行时将打印 EDITOR 环境变量的值（如果有值的话）。这是在我机器上运行时的情况：

$ ./myenv
The editor environment variable is set to (null)


啊... 因为没有将 EDITOR 环境变量设置成任何值，所以 C 程序得到一个空字符串。让我们试着将它设置成特定值：

$ EDITOR=xemacs
$ ./myenv
The editor environment variable is set to (null)


虽然希望 myenv 打印值 "xemacs"，但是因为还没有导出环境变量，所以它却没有很好地工作。这次让它正确工作：

$ export EDITOR
$ ./myenv
The editor environment variable is set to xemacs


现在，如您亲眼所见：不导出环境变量，另一个进程（在本例中是示例 C 程序）就看不到环境变量。顺便提一句，如果愿意，可以在一行定义并导出环境变量，如下所示：

$ export EDITOR=xemacs


这与两行版本的效果相同。现在该演示如何使用 unset 来除去环境变量：

$ unset EDITOR
$ ./myenv
The editor environment variable is set to (null)





 

截断字符串是将初始字符串截断成较小的独立块，它是一般 shell 脚本每天执行的任务之一。很多时候，shell 脚本需要采用全限定路径，并找到结束的文件或目录。虽然可以用 bash 编码实现（而且有趣），但标准 basename UNIX 可执行程序可以极好地完成此工作：

$ basename /usr/local/share/doc/foo/foo.txt
foo.txt
$ basename /usr/home/drobbins
drobbins


Basename 是一个截断字符串的极简便工具。它的相关命令 dirname 返回 basename 丢弃的“另”一部分路径。

$ dirname /usr/local/share/doc/foo/foo.txt
/usr/local/share/doc/foo
$ dirname /usr/home/drobbins/
/usr/home





 

需要知道一个简便操作：如何创建一个包含可执行命令结果的环境变量。这很容易：

$ MYDIR=`dirname /usr/local/share/doc/foo/foo.txt`
$ echo $MYDIR
/usr/local/share/doc/foo


上面所做的称为“命令替换”。此例中有几点需要指出。在第一行，简单地将要执行的命令以 反引号 括起。那不是标准的单引号，而是键盘中通常位于 Tab 键之上的单引号。可以用 bash 备用命令替换语法来做同样的事：

$ MYDIR=$(dirname /usr/local/share/doc/foo/foo.txt)
$ echo $MYDIR
/usr/local/share/doc/foo


如您所见，bash 提供多种方法来执行完全一样的操作。使用命令替换可以将任何命令或命令管道放在 ` ` 或 $( ) 之间，并将其分配给环境变量。真方便！下面是一个例子，演示如何在命令替换中使用管道：

MYFILES=$(ls /etc | grep pa)
bash-2.03$ echo $MYFILES
pam.d passwd





 

尽管 basename 和 dirname 是很好的工具，但有时可能需要执行更高级的字符串“截断”，而不只是标准的路径名操作。当需要更强的说服力时，可以利用 bash 内置的变量扩展功能。已经使用了类似于 ${MYVAR} 的标准类型的变量扩展。但是 bash 自身也可以执行一些便利的字符串截断。看一下这些例子：

$ MYVAR=foodforthought.jpg
$ echo ${MYVAR##*fo}
rthought.jpg
$ echo ${MYVAR#*fo}
odforthought.jpg


在第一个例子中，输入了 ${MYVAR##*fo}。它的确切含义是什么？基本上，在 ${ } 中输入环境变量名称，两个 ##，然后是通配符 ("*fo")。然后，bash 取得 MYVAR，找到从字符串 "foodforthought.jpg" 开始处开始、且匹配通配符 "*fo" 的 最长 子字符串，然后将其从字符串的开始处截去。刚开始理解时会有些困难，为了感受一下这个特殊的 "##" 选项如何工作，让我们一步步地看看 bash 如何完成这个扩展。首先，它从 "foodforthought.jpg" 的开始处搜索与 "*fo" 通配符匹配的子字符串。以下是检查到的子字符串：

f   
fo      MATCHES *fo
foo 
food
foodf       
foodfo      MATCHES *fo
foodfor
foodfort    
foodforth
foodfortho  
foodforthou
foodforthoug
foodforthought
foodforthought.j
foodforthought.jp
foodforthought.jpg


在搜索了匹配的字符串之后，可以看到 bash 找到两个匹配。它选择最长的匹配，从初始字符串的开始处除去，然后返回结果。

上面所示的第二个变量扩展形式看起来与第一个相同，但是它只使用一个 "#" -- 并且 bash 执行 几乎 同样的过程。它查看与第一个例子相同的子字符串系列，但是 bash 从初始字符串除去 最短 的匹配，然后返回结果。所以，一查到 "fo" 子字符串，它就从字符串中除去 "fo"，然后返回 "odforthought.jpg"。

这样说可能会令人十分困惑，下面以一简单方式记住这个功能。当搜索最长匹配时，使用 ##（因为 ## 比 # 长）。当搜索最短匹配时，使用 #。看，不难记吧！等一下，怎样记住应该使用 '#' 字符来从字符串开始部分除去？很简单！注意到了吗：在美国键盘上，shift-4 是 "$"，它是 bash 变量扩展字符。在键盘上，紧靠 "$" 左边的是 "#"。这样，可以看到："#" 位于 "$" 的“开始处”，因此（根据我们的记忆法），"#" 从字符串的开始处除去字符。您可能要问：如何从字符串末尾除去字符。如果猜到我们使用美国键盘上紧靠 "$" 右边 的字符 ("%)，那就猜对了。这里有一些简单的例子，解释如何截去字符串的末尾部分：

$ MYFOO="chickensoup.tar.gz"
$ echo ${MYFOO%%.*}
chickensoup
$ echo ${MYFOO%.*}
chickensoup.tar


正如您所见，除了将匹配通配符从字符串末尾除去之外，% 和 %% 变量扩展选项与 # 和 ## 的工作方式相同。请注意：如果要从末尾除去特定子字符串，不必使用 "*" 字符：

MYFOOD="chickensoup"
$ echo ${MYFOOD%%soup}
chicken


在此例中，使用 "%%" 或 "%" 并不重要，因为只能有一个匹配。还要记住：如果忘记了应该使用 "#" 还是 "%"，则看一下键盘上的 3、4 和 5 键，然后猜出来。

可以根据特定字符偏移和长度，使用另一种形式的变量扩展，来选择特定子字符串。试着在 bash 中输入以下行：

$ EXCLAIM=cowabunga
$ echo ${EXCLAIM:0:3}
cow
$ echo ${EXCLAIM:3:7}
abunga


这种形式的字符串截断非常简便，只需用冒号分开来指定起始字符和子字符串长度。




 

现在我们已经学习了所有截断字符串的知识，下面写一个简单短小的 shell 脚本。我们的脚本将接受一个文件作为自变量，然后打印：该文件是否是一个 tar 文件。要确定它是否是 tar 文件，将在文件末尾查找模式 ".tar"。如下所示：


mytar.sh -- 一个简单的脚本

#!/bin/bash
if [ "${1##*.}" = "tar" ]
then 
    echo This appears to be a tarball.
else
    echo At first glance, this does not appear to be a tarball.
fi


要运行此脚本，将它输入到文件 mytar.sh 中，然后输入 "chmod 755 mytar.sh"，生成可执行文件。然后，如下做一下 tar 文件试验：

$ ./mytar.sh thisfile.tar
This appears to be a tarball.
$ ./mytar.sh thatfile.gz
At first glance, this does not appear to be a tarball.


好，成功运行，但是不太实用。在使它更实用之前，先看一下上面使用的 "if" 语句。语句中使用了一个布尔表达式。在 bash 中，"=" 比较运算符检查字符串是否相等。在 bash 中，所有布尔表达式都用方括号括起。但是布尔表达式实际上测试什么？让我们看一下左边。根据前面所学的字符串截断知识，"${1##*.}" 将从环境变量 "1" 包含的字符串开始部分除去最长的 "*." 匹配，并返回结果。这将返回文件中最后一个 "." 之后的所有部分。显然，如果文件以 ".tar" 结束，结果将是 "tar"，条件也为真。

您可能会想：开始处的 "1" 环境变量是什么。很简单 -- $1 是传给脚本的第一个命令行自变量，$2 是第二个，以此类推。好，已经回顾了功能，下面来初探 "if" 语句。




 

与大多数语言一样，bash 有自己的条件形式。在使用时，要遵循以上格式；即，将 "if" 和 "then" 放在不同行，并使 "else" 和结束处必需的 "fi" 与它们水平对齐。这将使代码易于阅读和调试。除了 "if,else" 形式之外，还有其它形式的 "if" 语句：

if [ condition ]
then 
    action
fi


只有当 condition 为真时，该语句才执行操作，否则不执行操作，并继续执行 "fi" 之后的任何行。

if [ condition ]
then 
    action
elif [ condition2 ]
then 
    action2
.
.
.
elif [ condition3 ]
then 
else
    actionx
fi


以上 "elif" 形式将连续测试每个条件，并执行符合第一个 真 条件的操作。如果没有条件为真，则将执行 "else" 操作，如果有一个条件为真，则继续执行整个 "if,elif,else" 语句之后的行。




 

我们已经学习了最基本的 bash 功能，现在要加快脚步，准备编写一些实际脚本。在下一篇中，将讲述循环概念、函数、名称空间和其它重要主题。然后，将准备好编写一些更复杂的脚本。在第三篇中，将重点讲述一些非常复杂的脚本和功能，以及几个 bash 脚本设计选项。再见！