《Linux操作系統(tǒng)原理與應用》課件-第9章

第9章 Shell程序設計9.1Shell語言概述9.2Shell特殊字符9.3Shell變量9.4Shell表達式9.5Shell控制結(jié)構(gòu)9.6

Shell程序綜合舉例

9.1 Shell語言概述

Shell是命令語言的解釋器，它定義了Shell命令的語法和語義規(guī)范。只有遵守這種規(guī)范的命令行才能被Shell理解和執(zhí)行。Shell命令所使用的語言稱為Shell語言，它具備了編程語言的基本要素，如定義參數(shù)與變量、使用控制結(jié)構(gòu)等，因而可以實現(xiàn)各種復雜的處理邏輯。

9.1.1 Shell語言的特點

與其他編程語言相比，Shell語言具有如下特點：

（1）Shell是一種解釋性語言。

（2）Shell是基于字符串的語言。

（3）Shell是命令級語言。

需要說明的是，不同版本的Shell程序不完全兼容，差別可能是細微的，也可能是明顯的。本章介紹的是bash的編程，它的應用較廣泛，兼容性也很好。

9.1.2 Shell程序

Shell程序是由一系列Shell命令構(gòu)成的文本文件，也稱為Shell腳本（script）。簡單的Shell程序可以只是一個命令序列，高級Shell程序中還可以包含復雜的命令組合和控制結(jié)構(gòu)。

例9.1第1個Shell程序。

9.1.3 Shell程序的建立與執(zhí)行

Shell腳本是文本文件，因此可以用任何文本編輯器來編輯腳本。Shell腳本文件的名稱沒有限定的后綴名，通常不帶后綴名或帶“.sh”后綴名。

Shell腳本的執(zhí)行方式主要有3種：

（1） 將腳本作為可執(zhí)行文件直接執(zhí)行：

這種方式是將腳本作為Shell的外部命令來執(zhí)行的。

（2）派生一個Shell執(zhí)行腳本文件：

此命令將啟動一個bash子進程，專用于執(zhí)行參數(shù)指定的腳本。

（3）讓當前Shell執(zhí)行腳本文件：

source命令（也可以寫作“.”命令）是Shell的內(nèi)部命令，功能是讀取參數(shù)指定的文件，執(zhí)行其內(nèi)容。此命令就是讓當前Shell執(zhí)行腳本，而不是派生子Shell去執(zhí)行。

通常情況下，以上3種方式都可以使用，但需注意到可能存在的差異。如果腳本中有對Shell環(huán)境的修改操作，比如執(zhí)行cd命令改變當前目錄，則前2種執(zhí)行方式不會對當前Shell產(chǎn)生影響，而第3種方式會直接作用于當前Shell。

9.2 Shell特殊字符

Shell定義了一些特殊的字符，稱為元字符（meta-characters），它們對Shell有特殊的含義。Shell在讀入命令行后，要先對命令行進行掃描，找出元字符并進行相應的替換或處理。恰當?shù)剡\用元字符能使命令的功效充分發(fā)揮。

9.2.1 通配符

通配符用于描述命令行中的文件名參數(shù)。當Shell遇到帶有通配符的文件名模式時，它將當前目錄中的所有文件與該模式進行匹配，并用匹配的文件名替換命令行中的文件名模式。表9-1列出了常用的通配符。

例9.2通配符的匹配作用。

9.2.2 輸入/輸出重定向與管道符

輸入/輸出重定向和管道符的作用是改變命令的輸入/輸出環(huán)境。當Shell在命令行中遇到輸入/輸出重定向或管道符時，它將對命令的標準輸入/輸出文件作相應的更改，然后再執(zhí)行命令。表9-2列出了常用的輸入/輸出重定向與管道符。

1. 標準輸入/輸出重定向

“<”是標準輸入重定向符，它將標準輸入stdin重定向到一個文件?！?gt;”是標準輸出重定向符，它將標準輸出重定向到一個文件。為了區(qū)分是哪種輸出重定向，可以在符號前加一個文件描述符fd。stdout的fd是1，stderr的fd是2，所以“1>”表示標準輸出重定向，“2>”表示標準錯誤輸出重定向。未指定fd時，默認地表示是“1>”。

例9.3將標準輸入改為infile文件，標準輸出改為outfile文件，標準錯誤輸出改為errfile文件。

2. 合并重定向與歸并重定向

“&>”是標準輸出合并重定向符，它將標準輸出與標準錯誤輸出合在一起重定向到一個文件?！?gt;&”是標準輸出歸并重定向符，它將一種標準輸出歸并到另一種標準輸出流中。符號的前后各用一個fd來表示歸并的方式。“1>&2”或“>&2”表示將stdout歸并到stderr流中；“2>&1”表示將stderr歸并到stdout流中。

3. 附加重定向

“>>”是標準輸出附加重定向符，它將標準輸出或標準錯誤輸出用追加的方式重定向到一個文件?！?>>”或“>>”表示stdout附加重定向；“2>>”表示stderr附加重定向。

例9.7在.bash_profile文件的尾部添加一行。

4. here文檔

“<<”是一種特殊的標準輸入重定向機制，稱為“here文檔”（heredocument）。here文檔的表示格式是“<<結(jié)束標記字符串”，它的作用是指示Shell將本命令行后面的輸入行作為命令的標準輸入傳給命令，直到遇到結(jié)束標記字符串為止。

例9.8here文檔的使用。

5. 管道

“|”是管道符，它將前一命令的標準輸出作為后一命令的標準輸入?！皘

tee”是T型管道符，它將前一命令的標準輸出存入一個文件中，并傳遞給后一命令作為標準輸入。

9.2.3 命令執(zhí)行控制符

命令執(zhí)行控制符用于控制命令的執(zhí)行方式，指示Shell該如何執(zhí)行命令。表9-3列出了常用的命令執(zhí)行控制符。

1. 順序執(zhí)行

“;”是順序執(zhí)行符，它將兩個或多個命令組合在一個命令行中，指示Shell順序執(zhí)行這些命令。

例9.11轉(zhuǎn)到上一級目錄，顯示目錄的路徑名和目錄的文件列表。

2. 條件執(zhí)行

“&&”是邏輯與執(zhí)行符，它將兩個或多個命令組合在一個命令行中，指示Shell依次執(zhí)行這些命令直到某個命令失敗為止?！皘|”是邏輯或執(zhí)行符，它將兩個或多個命令組合在一個命令行中，指示Shell依次執(zhí)行這些命令直到某個命令成功為止。

3. 后臺執(zhí)行

“&”是后臺執(zhí)行符，它指示Shell將該命令放在后臺執(zhí)行。后臺執(zhí)行的命令不占用終端與用戶交互，因此Shell在執(zhí)行后臺命令后可以立即返回提示符。

例9.14在后臺運行yes命令，丟棄輸出。

9.2.4 命令組合符

命令組合符的作用是指示Shell將多個命令組合在一起執(zhí)行。組合的目的是對這些命令統(tǒng)一進行某種操作，如管道、后臺運行、輸入/輸出重定向等。

9.2.5 命令替換符

當一個字符串被括在反撇號中，如`字符串`，則該字符串將先被Shell作為命令解釋執(zhí)行，然后用命令執(zhí)行后的輸出結(jié)果替換`字符串`。

例9.19命令替換符的用法。

9.2.6 其他元字符

表9-4列出了其他幾個常用的元字符。

例9.20使用注釋符對命令進行說明。

9.2.7 元字符的引用

當需要引用元字符的原始含義，而不是它的特殊含義時，就必須用引用符對它進行轉(zhuǎn)義，消除其特殊含義。當Shell遇到引用符時，它將該引用符作用范圍內(nèi)的字符看作是普通字符。常用的引用符有3種，即轉(zhuǎn)義符、單引號和雙引號。表9-5列出了它們的含義。

例9.21在命令行中引用元字符。

9.3 Shell變量9.3.1 變量的定義與使用1. 定義變量定義變量時要注意變量的命名規(guī)則。變量的名字必須以字母或下畫線開頭，可以包括字母、數(shù)字和下畫線。例如：user1、birth_day、_time都是合法的變量名，而2user、birth-day則不是。在Shell中，對變量的定義與賦值是同時完成的。通常可采用兩種方式，即用賦值命令直接賦值，或用read命令從終端讀入賦值。格式如下：

2. 引用變量

引用變量即是求出變量的值（字符串），替換在發(fā)生引用的位置。引用變量的方法是在變量名前加引用字符“$”，格式是：

例9.24在命令中引用變量。

例9.25引用變量的方法。

3. 設置只讀變量

為了防止變量的值被修改，可以用readonly命令定義只讀變量，格式是：

readonly變量名[=字符串]

例9.26設置只讀變量。

4. 清除變量

用unset命令清除變量。清除后的變量變?yōu)槲炊x變量，引用其值將得到空字符串。注意，只讀變量是不能被清除的。unset命令的格式是：

unset變量名[變量名…]

例9.27清除變量。

9.3.2 變量的作用域

變量的作用域是指變量可以被引用的范圍。根據(jù)變量的作用域來劃分，Shell變量可以分為兩類，即本地變量和導出變量。

1. 本地變量

在一個Shell中定義的變量默認只在此Shell中才有意義，也就是說它們的作用是局部的，這種變量稱為本地變量。

例9.28本地變量的作用域。

2. 導出變量

當Shell執(zhí)行一個命令或腳本時，它通常會派生出一個子進程來執(zhí)行命令。如果希望Shell的變量在其子進程中也可用，可以通過導出操作將變量傳遞給子進程。導出的變量稱為導出變量，它與本地變量的區(qū)別在于：導出變量可以被任何子進程引用，而本地變量僅在定義它的進程環(huán)境下才能使用。導出變量的命令是export，格式是：

export變量名[=字符串]

例9.29導出變量與本地變量的使用。

9.3.3 變量的分類

1. 用戶變量

用戶變量是用戶為實現(xiàn)某種應用目的而定義的變量。

2. 環(huán)境變量

環(huán)境變量是由系統(tǒng)預定義的一組變量，用于為Shell提供有關運行環(huán)境的信息。

3. 特殊變量

特殊變量是由Shell自定義的一組變量，用于記錄有關Shell當前運行狀態(tài)的一些信息，如運行參數(shù)、進程號等。

9.3.4 環(huán)境變量

1. 環(huán)境與環(huán)境變量

Shell執(zhí)行時需要了解一些有關系統(tǒng)和用戶的基本信息以及一些默認設置信息。這些信息以變量的形式提供，稱為環(huán)境變量。環(huán)境變量的全體就稱為Shell的執(zhí)行環(huán)境。

系統(tǒng)環(huán)境變量是系統(tǒng)預定義的，用戶也可以根據(jù)需要添加自己的環(huán)境變量。系統(tǒng)環(huán)境變量的名稱是系統(tǒng)預留的，全部為大寫。表9-6列出了常用的系統(tǒng)環(huán)境變量。

2. 環(huán)境變量的定義與使用

環(huán)境變量定義在Shell的配置文件中，Shell啟動時會執(zhí)行這些配置文件，建立起運行環(huán)境。啟動完成后，這些環(huán)境變量都已經(jīng)被賦值，在隨后的命令中可以直接使用。

例9.30在Shell中引用和修改環(huán)境變量。

3. Shell命令的執(zhí)行環(huán)境

Shell的所有導出的變量都可以被Shell的子進程繼承使用，這些導出變量的全體構(gòu)成了該Shell的命令執(zhí)行環(huán)境。用env命令或export-p命令即可顯示執(zhí)行環(huán)境中的所有變量。

命令程序訪問執(zhí)行環(huán)境的方法是：腳本程序可以直接引用或修改其執(zhí)行環(huán)境中的變量；C程序可以用setenv()和getenv()函數(shù)訪問其執(zhí)行環(huán)境中的變量。

例9.31在腳本中訪問執(zhí)行環(huán)境。

9.3.5 特殊變量

Shell中有一組預定義的特殊的變量，其功能是記錄Shell當前的運行狀態(tài)的一些信息，如運行參數(shù)、進程標識和命令退出狀態(tài)等。特殊變量的變量名和值由Shell自動設置。這些變量都是只讀變量，因此在程序中可以引用這些變量，但不能直接對它們賦值。表9-7列出了幾個常用的特殊變量。

1. 參數(shù)變量

向Shell腳本傳遞數(shù)據(jù)的途徑有兩種：一種是通過導出變量進行傳遞，另一種就是用命令行參數(shù)來傳遞。

參數(shù)變量主要有以下幾個：

（1）$#：記錄命令行參數(shù)的個數(shù)。

（2）$*：記錄命令行的整個參數(shù)。

（3）$@：記錄命令行的各個參數(shù)。

（4）$i：稱為位置變量，是按位置記錄命令參數(shù)的一組變量，分別為$0，$1，$2，…，$9，${10}，…。

例如，某命令的名稱為myprog，執(zhí)行時的命令行是myprog-s"Howareyou!"joejean。當該命令被執(zhí)行時，Shell隱含地為它建立起一系列參數(shù)變量，各參數(shù)變量的內(nèi)容如下：

例9.32在程序中引用參數(shù)變量。

2. 設置參數(shù)變量

參數(shù)變量是只讀的，因此用戶不能直接對參數(shù)變量重新賦值，但卻可以通過Shell提供的命令來設置這些變量。

1）用set命令設置位置變量

用set命令可以對位置變量及其他參數(shù)變量強制賦值，格式是：

set字符串1字符串2…

例9.33設置位置變量。

2）用shift命令移動位置變量

shift命令的功能是將位置變量與命令行參數(shù)的對應關系右移指定的位數(shù)，格式是：

shift[位移量]

未指定位移量參數(shù)時右移1位。

注意：shift只移動$1及其后面的位置變量的值，$0變量的值保持不變。移位的同時，$#變量的值將減去相應的數(shù)，$@、$*等也相應地被重新賦值。

例9.34用shift命令移動位置變量的值。

3. 其他特殊變量

其他常用的特殊變量是記錄命令退出狀態(tài)和進程PID的變量。

1）退出狀態(tài)變量

在Linux系統(tǒng)中，每個命令在執(zhí)行結(jié)束退出時都要返回給系統(tǒng)一個狀態(tài)碼。在C程序中是調(diào)用exit(status)函數(shù)退出，在Shell腳本中則是用exit

status命令退出。其中的status就是返回給系統(tǒng)的狀態(tài)碼。通常的約定是，程序成功結(jié)束時返回0狀態(tài)值；程序出錯時返回非0的狀態(tài)值（比如1、2、-1等）。

例9.35從$?變量獲得命令的退出狀態(tài)。

2）命令的進程號

$$變量記錄了本命令進程的進程號PID。當一個命令以子進程的方式開始運行時，Shell將它的進程號PID存入$$變量中。

例9.36從$$變量獲得命令的進程號。

9.4 Shell表達式

Shell語言支持表達式計算。Shell表達式主要有兩種形式：一種是用于數(shù)值計算的算術表達式，其結(jié)果是數(shù)值；另一種是用于進行條件測試或判斷的邏輯表達式，其結(jié)果是真假值。

9.4.1 數(shù)字運算表達式

與高級語言中的變量不同，Shell變量只有字符類型，所以只能存放整數(shù)數(shù)字字符串，如“127”等。Shell本身也沒有數(shù)字運算的能力，必須借助某些命令來進行算術運算。expr就是用來進行數(shù)字表達式計算的命令。

例9.37expr命令用法示例。

9.4.2 邏輯測試表達式

除了數(shù)字表達式的計算，Shell還支持邏輯表達式的測試。邏輯表達式由運算符和運算對象組成。執(zhí)行邏輯表達式測試的命令是test。

表9-8列出了test命令的常用邏輯表達式。

1. 字符串測試表達式

例9.38字符串測試。

例9.39含有空格的字符串及空字符串的測試。

2. 數(shù)字測試表達式

例9.40數(shù)字比較測試。

3. 文件測試表達式

例9.41文件測試。

例9.42目錄測試。

4. 邏輯測試表達式

例9.43帶有邏輯運算符的表達式測試。

9.5 Shell控制結(jié)構(gòu)

Shell提供了幾個專門的內(nèi)部命令來構(gòu)造控制結(jié)構(gòu)，用它們可以構(gòu)造出任意的分支與循環(huán)。這些命令可以分為以下幾類： 分支結(jié)構(gòu)：if、case； 循環(huán)結(jié)構(gòu)：while、until、for； 循環(huán)控制：break、continue； 結(jié)束：return、exit。

9.5.1 條件與條件命令

控制結(jié)構(gòu)需要根據(jù)某個條件作出控制轉(zhuǎn)向的決策。在Shell語言中，條件是某命令的退出狀態(tài)。當命令執(zhí)行成功時，它返回一個0狀態(tài)（即$?為0），此時條件為真；若命令失敗，返回一個非0狀態(tài)（即$?不為0），則此時條件為假。

用于進行條件判斷的命令就稱為條件命令。

9.5.2 分支控制命令

分支控制命令用于控制程序在不同的條件取值下執(zhí)行不同的流程。用于分支控制的命令有if和case，if命令用于兩路分支控制，case命令用于多路分支控制。

1. if命令

2. case命令

用case命令進行多路條件測試，結(jié)構(gòu)更清晰。case命令的格式是：

例9.46根據(jù)參數(shù)個數(shù)進行相應處理。

例9.47按時間顯示問候語。

9.5.3 循環(huán)控制命令

循環(huán)控制命令用于重復執(zhí)行某個處理過程。Shell提供了3種循環(huán)結(jié)構(gòu)的循環(huán)控制命令，即for、while和until。這些命令既可以用在腳本中，也可以在Shell下直接執(zhí)行。

1. for命令

例9.48循環(huán)處理一組文件。

例9.49循環(huán)處理參數(shù)列表。

2. while命令

while命令的作用是進行有條件的循環(huán)控制，當條件為真時執(zhí)行循環(huán)體命令列表，直到條件為假時結(jié)束。while命令常用于循環(huán)次數(shù)或循環(huán)處理的對象不夠明確的循環(huán)