[ The Missing Semester of Your CS Education ] 学习笔记 shell篇
对计算机的学生而言，许多开发工具是未来老师或企业默认你已经“精通”的，然而未经学校系统培训的我们或许会对此感到迷茫，正如 MIT 课程 The Missing Semester of Your CS Education 所强调的： “掌握基础工具是程序员的核心竞争力”。这个课程会帮助你入门、了解一些计算机常用的开发工具，也算是程序员的自我修养吧！Let’s Go！😄
相关课程在b站也有双语翻译（大部分应该都能听懂，就是有个好像是西班牙的老师带点口音听起来有点不适应😢）[自制双语字幕] 计算机教育缺失的一课(2020) - 第1讲 - 课程概览与 shell
Shell
当熟悉的可视化界面无法实现你想要的功能时，Shell将成为你与计算机交互的强大工具。相比图形界面有限的按钮和滑块，命令行提供了更灵活、更强大的控制方式，允许你通过文本命令和脚本实现自动化操作。本文基于VMware虚拟机中的Ubuntu 22.04发行版演示基础Shell操作：
richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ date
Sat Jul 26 03:27:54 PM CST 2025
第一行通常是用户名、机器名称和当前所在路径
Windows中路径通常使用反斜杠\分隔，每个驱动器都有一个单独的路径结构。Linux/macOS中这些路径使用正斜杠/分隔，他们挂载在同一个命名空间下。
开头的斜杠表示从文件系统的顶部开始。
- 相对路径：相对于当前位置的路径
- 绝对路径：完整路径，从顶部开始
richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ echo "Hello World"
Hello World
echo可以将后面的参数打印在屏幕上
richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ which echo
/usr/bin/echo
which可以用于寻找后面参数文件的绝对位置
richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ pwd
/home/richard
pwd（Print Working Directory）打印当前所在路径
richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ cd /home
richard@richard-VMware-Virtual-Platform:/home$
cd（Change Directory）表示更改当前目录
这是更方便切换目录的方式：
.表示当前目录..表示父目录
注意：使用相对路径能提高命令在不同电脑上的兼容性！
richard@richard-VMware-Virtual-Platform:/$ ls
bin home mnt sbin.usr-is-merged usr
bin.usr-is-merged lib opt snap var
boot lib64 proc srv
cdrom lib.usr-is-merged root swap.img
dev lost+found run sys
etc media sbin tmp
ls会列出当前目中的文件，这能够快速浏览文件
richard@richard-VMware-Virtual-Platform:/home$ cd ~
richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$
cd ~能够快速回到用户主目录cd -切换到上一个工作目录
richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ ls --help
Usage: ls [OPTION]... [FILE]...
List information about the FILEs (the current directory by default).
Sort entries alphabetically if none of -cftuvSUX nor --sort is specified.
--help参数显示命令帮助信息
richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ ls -l
total 40
drwxr-xr-x 2 richard richard 4096 Mar 9 10:21 Desktop
drwxr-xr-x 2 richard richard 4096 Mar 9 10:21 Documentslrwxrwxrwx 1 root root 7 Apr 22 2024 bin -> usr/bin
drwxr-xr-x 2 root root 4096 Feb 26 2024 bin.usr-is-merged
# 仅列举部分进行展示说明
文件类型（第1个字符）
| 字符 | 类型 | 说明 | 示例 |
|---|---|---|---|
d | 目录 | 文件夹 | drwxr-xr-x |
- | 普通文件 | 文本/二进制文件 | -rw-r--r-- |
l | 符号链接 | 软链接文件 | lrwxrwxrwx |
c | 字符设备 | 终端等串行设备 | crw--w---- |
b | 块设备 | 磁盘等存储设备 | brw-rw---- |
s | 套接字 | 进程通信文件 | srwxrwxrwx |
p | 管道 | FIFO 管道文件 | prw------- |
用户权限分为 3组（每组3字符），分别对应：
| 组别 | 示例 |
|---|---|
| 所有者权限 | rwx |
| 所属组权限 | r-x |
| 其他用户 | r-x |
权限字符含义：
| 字符 | 权限 | 对文件的影响 | 对目录的影响 |
|---|---|---|---|
r | 读 | 查看文件内容 | 列出目录内容（ls） |
w | 写 | 修改/删除文件 | 创建/删除目录内文件 |
x | 执行 | 运行程序/脚本 | 进入目录（cd） |
- | 无 | 无权限 | 无权限 |
注意：
- 即使文件本身有
w权限，如果所在目录没有w，你只能清空或删除文件内容，却仍然无法删除或重命名它 - 如果我想要访问一个目录，必须拥有其所有父目录的权限：
/usr/bin/echo我必须拥有/usr/bin目录的权限，否则我将不被允许访问该文件，因为我将无法进入其中的目录
mv能将文件修改位置并重命名
cp复制文件 需要两个参数 一个是要复制的文件路径 一个目标文件路径
rm用于删除文件
rmdir能删除一个目录 但它只能删除空目录 防止不小心删除一大堆文件
mkdir创建目录
mkdir My Photos
mkdir创建目录
mkdir "My Photos"
这里如果不加上上引号则会创建两个目录
man+指令 查找手册
ctrl+l清空窗口
输入流和输出流
richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ echo hello > hello.txt
>覆盖输出到文件
<从文件读取输入
richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ cat hello.txt
hello
通过cat指令输出文件内容
richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ cat <hello.txt>hello2.txt
richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ cat hello2.txt
hello
<将hello.txt作为输入内容并通过>将cat打印的任何内容输出到hello2.txt文件中
richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ cat <hello.txt>>hello2.txt
richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ cat hello2.txt
hello
hello
>>表示追加而不是覆盖(append instead of overwrite)
richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ ls -l|tail -n1
drwxrwxr-x 3 richard richard 4096 Mar 9 12:26 web
管道运算符|作用是将左侧命令的输出作为右侧命令的输入：可以连接多个命令形成处理流水线
tail将输出最后一行的内容
用户权限管理
root相当于Windows的管理员权限，是一位超级用户，可以做任何想做的事情，倘若一直使用root用户操作计算机，如果运行了错误的程序，那会彻底毁坏你的电脑！
richard@richard-VMware-Virtual-Platform:/sys/class/backlight$ sudo su
[sudo] password for richard:
root@richard-VMware-Virtual-Platform:/sys/class/backlight#
通过sudo su来进入root身份，同时提示符由$变为#
root@richard-VMware-Virtual-Platform:/sys/class/backlight# exit
exit
richard@richard-VMware-Virtual-Platform:/sys/class/backlight$
exit来退出用户权限
richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ xdg-open hello.txt
这样就可以直接在terminal打开文件！
richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ foo=bar
richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ echo $foo
bar
在shell中，$符号是一个特殊字符，主要用于变量展开。当你在变量名前面加上$时，shell会将其替换为该变量的值！
foo会被Shell视为普通字符串$foo告诉Shell这是一个需要展开的变量
ichard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ echo "Hello"
Hello
richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ foo=World
richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ echo "Hello foo"
Hello foo
richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ echo "Hello $foo"
Hello World
在shell中我们一定要非常注意空格space的使用，它是用作不同参数间的分隔符，倘若多打一个可能就会出现报错！
richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ false
richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ echo $?
1
richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ true
richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ echo $?
0
$? 是一个特殊变量，存储上一个命令的退出状态码
false是一个 Shell 内置命令，返回非零退出状态（失败）设置退出状态码为 1（表示失败）true也是一个 Shell 内置命令，返回零退出状态（成功）退出状态码被设为 0（表示成功）
这里看上去有点反常理，我们学的其他编程语言中0是false，非零是true，为什么这里反过来了？
当我们想到c、c++中main函数结束的返回值或许就不奇怪了！main() 函数默认返回0 表示成功，非零表示错误（如 return 1;）。
再考虑到程序运行只有两种可能：
- 完全成功（唯一状态 0）
- 失败（可能有多种原因，用不同非零值区分）：
- 0 = 没有错误（成功）
- 1 = 通用错误
- 2 = 参数错误
- 3 = 文件不存在
richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ false || echo "Oops fail"
Oops fail
richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ true || echo "Will be not be printed"
richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$
shell中||同样遵循短路原则，&&同理！
richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ echo "We are now at $(pwd)"
We are now at /home/richard
shell中使用$(command)进行命令替换
richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ ls
Desktop Downloads hello.txt Pictures snap Videos
Documents hello2.txt Music Public Templates web
richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ ls *.txt
hello2.txt hello.txt
*是一个通配符（globbing）：表示匹配任意数量的任意字符（包括零个字符）。Shell会在执行ls 前先展开 *.txt，将其替换为所有匹配的文件名，相当于寻找所有后缀为.txt的文件！
richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ ls hello?.txt
hello2.txt
richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ ls hello*.txt
hello2.txt hello.txt
这里可以看到?也是通配符，表示匹配任意一个字符（区别是必须存在，不能匹配空字符）
#!/usr/bin/env python3 #自动查找python3
通过Shell调用Python脚本可以充分发挥两者的优势：Shell的流程控制能力结合Python的丰富库函数，但我们要在路径中找到并配置好python解释器。
import sys
由于shell默认不会执行python指令，我们需要添加库函数，来让python接受shell传递的参数
richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ history
我们可以使用⬆️来一个个浏览历史记录命令，我们也可以使用history直接打印所有历史命令！
richard@richard-VMware-Virtual-Platform:~$ history | grep git
我们通过history +N | grep +指令来查找所有与指令字符串相匹配的N条历史记录命令！
tree
能列出目录结构性的位置！