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Linux之Shell编程（二）

news 2025/8/30 11:57:43

1. 命令扩展

1.1 逻辑运算符（控制命令执行流程）

基于命令的退出状态码（0 表示成功，非 0 表示失败）决定后续命令是否执行，用于构建条件执行逻辑。

1. &&（逻辑与）

核心含义：仅当左侧命令执行成功（退出码 = 0）时，才执行右侧命令；若左侧失败，直接跳过右侧。
工作原理：Shell 从左到右解析，左侧命令执行完毕后，立即检查退出码，仅在码值为 0 时触发右侧命令。
详细示例：
- 左侧失败场景：false && echo "成功"
  - 执行过程：false是内置命令，执行后退出码为 1（失败），Shell 直接跳过右侧echo，最终无任何输出。
- 左侧成功场景：true && echo "成功"
  - 执行过程：true执行后退出码为 0（成功），Shell 继续执行右侧echo，终端输出 “成功”。
适用场景：需要 “前一步成功后才执行下一步” 的操作，如 “编译成功后才安装”：make && make install。

2. ||（逻辑或）

核心含义：仅当左侧命令执行失败（退出码≠0）时，才执行右侧命令；若左侧成功，直接跳过右侧。
工作原理：与&&相反，左侧命令退出码非 0 时，触发右侧命令；退出码为 0 时，终止后续执行。
详细示例：
- 左侧失败场景：false || echo "左侧失败，执行此处"
  - 执行过程：false退出码为 1（失败），Shell 执行右侧echo，终端输出 “左侧失败，执行此处”。
- 左侧成功场景：true || echo "不会执行"
  - 执行过程：true退出码为 0（成功），Shell 跳过右侧echo，无任何输出。
适用场景：需要 “前一步失败时执行备用操作” 的场景，如 “连接数据库失败时输出提示”：mysql -u root -p || echo "数据库连接失败"。

3. 组合逻辑（&& 与 || 结合）

核心规则：A && B || C 遵循从左到右结合原则，等价于 (A && B) || C，即先判断A && B的结果，再决定是否执行C。
工作原理：
1. 先执行A，若A失败，A && B整体失败，直接执行C；
2. 若A成功，执行B，若B失败，A && B整体失败，执行C；
3. 若A和B都成功，A && B整体成功，跳过C。
详细示例：false && echo yes || echo fallback
- 执行步骤：
  1. 执行false，退出码 1（失败），false && echo yes整体失败；
  2. 触发||后的echo fallback，终端输出 “fallback”。
注意事项：不可与 “if-else” 完全等同，若B的退出码可能为非 0，可能导致逻辑偏差。例如true && false || echo ok，因B（false）失败，最终会执行echo ok，输出 “ok”。

1.2 echo 命令（输出内容管理）

用于将指定文本输出到指定的 “数据流”（标准输出或标准错误），是 Shell 中最基础的输出工具。

1. 基本功能（输出到标准输出 stdout）

核心含义：默认将文本写入标准输出（stdout），对应文件描述符 1，最终会显示在终端（除非被重定向）。
语法格式：echo [选项] [文本内容]，常用选项-e可解析转义字符（如\n换行、\t制表符）。
详细示例：
- 普通输出：echo "hello world"
  - 执行结果：终端直接输出 “hello world”，内容通过 stdout 传递。
- 解析转义字符：echo -e "apple\nbanana"
  - 执行结果：终端分行输出 “apple” 和 “banana”，\n被解析为换行符。

2. 进阶功能（输出到标准错误 stderr）

核心含义：通过 “重定向符号>&2”，将文本写入标准错误（stderr），对应文件描述符 2，用于区分 “正常输出” 和 “错误提示”。
工作原理：>&2表示 “将当前输出流的目标，指向文件描述符 2（stderr）的目标”，默认情况下，stderr 也会显示在终端，但可单独重定向（与 stdout 区分）。
详细示例：echo "this is error" >&2
- 执行过程：文本 “this is error” 通过 stderr 传递，终端会显示该内容，但若后续对 stdout 重定向（如> file.txt），该错误文本不会写入文件（仅 stdout 内容会写入）。
适用场景：脚本中区分 “正常日志” 和 “错误日志”，如if [ ! -f "file.txt" ]; then echo "文件不存在" >&2; fi，文件不存在时，错误提示通过 stderr 输出。

1.3 标准文件描述符（FD：数据流的 “身份标识”）

Shell 中用 “数字” 标识不同的数据流，共 3 个核心描述符，用于统一管理 “输入” 和 “输出”，是重定向和管道功能的基础。

1. 核心描述符定义

文件描述符（FD）	对应数据流	功能说明	默认目标
0	标准输入（stdin）	接收外部输入（如键盘输入、文件内容）	键盘
1	标准输出（stdout）	输出正常执行结果（如命令的正确反馈）	终端
2	标准错误（stderr）	输出错误信息（如命令执行失败的提示）	终端

2. 数据流区分示例

通过实际命令演示 stdout 和 stderr 的差异，明确两者的独立传递特性：

stdout 示例：echo "out"
- 执行结果：终端输出 “out”，内容通过 FD 1（stdout）传递，若执行echo "out" > file.txt，内容会写入 file.txt（仅 stdout 被重定向）。
stderr 示例：echo "err" >&2
- 执行结果：终端输出 “err”，内容通过 FD 2（stderr）传递，若执行echo "err" >&2 > file.txt，内容不会写入 file.txt（仅 stdout 被重定向到文件，stderr 仍输出到终端）。
错误命令的 stderr 输出：ls /no/such/path
- 执行过程：/no/such/path是不存在的路径，ls命令执行失败，错误信息 “ls: cannot access '/no/such/path': No such file or directory” 通过 stderr（FD 2）输出到终端，若执行ls /no/such/path > out.txt，out.txt 为空（stdout 无内容），错误信息仍显示在终端（stderr 未被重定向）。

1.4 重定向（改变数据流的 “目标位置”）

通过特定符号，将原本输出到终端（或从键盘输入）的数据流，改向到文件或其他位置，分为 “标准输出重定向”“标准错误重定向”“合并重定向” 和 “丢弃输出” 四类场景。

1. 标准输出（stdout）重定向：>（覆盖）与 >>（追加）

针对 FD 1（stdout），改变其输出目标为文件，核心区别在于 “是否保留文件原有内容”。

（1）>（覆盖重定向）

核心含义：将 stdout 的内容写入文件，若文件已存在，覆盖原有内容；若文件不存在，创建新文件。
工作原理：执行命令时，Shell 先清空目标文件（若存在），再将命令的 stdout 内容写入文件，原文件内容会被完全替换。
详细示例：
1. 首次写入：echo "first" > file.txt
  - 执行结果：创建 file.txt，写入 “first”，cat file.txt输出 “first”。
2. 覆盖写入：echo "second" > file.txt
  - 执行结果：file.txt 原有内容 “first” 被清空，写入 “second”，cat file.txt输出 “second”。
注意事项：使用时需谨慎，避免误覆盖重要文件（如echo "test" > /etc/passwd会破坏系统用户配置文件）。

（2）>>（追加重定向）

核心含义：将 stdout 的内容追加到文件末尾，若文件已存在，保留原有内容，新内容添加在文件最后；若文件不存在，创建新文件。
工作原理：执行命令时，Shell 直接将命令的 stdout 内容写入文件末尾，不修改原有内容，仅在文件尾部追加新数据。
详细示例：
1. 首次写入：echo "first" > file.txt
  - 执行结果：file.txt 写入 “first”，cat file.txt输出 “first”。
2. 追加写入：echo "second" >> file.txt
  - 执行结果：file.txt 末尾添加 “second”，cat file.txt输出 “first” 和 “second”（分行显示）。
适用场景：日志记录（如脚本运行日志），如echo "$(date)：脚本执行成功" >> script.log，每次执行都在日志文件末尾追加新记录。

2. 标准错误（stderr）重定向：2>（覆盖）与 2>>（追加）

针对 FD 2（stderr），单独改变错误信息的输出目标，避免错误信息与正常输出混淆。

（1）2>（覆盖错误重定向）

核心含义：将 stderr 的错误信息写入文件，若文件已存在，覆盖原有内容；若文件不存在，创建新文件。
语法解析：“2” 代表 FD 2（stderr），“>” 代表重定向，组合后 “2>” 表示 “将 FD 2 的内容重定向到文件”。
详细示例：ls /no/such/path 2> err.txt
- 执行过程：ls命令因路径不存在产生错误，错误信息通过 stderr 传递，Shell 将该信息写入 err.txt（覆盖原有内容），终端无任何输出（错误信息已被重定向到文件），cat err.txt输出 “ls: cannot access '/no/such/path': No such file or directory”。

（2）2>>（追加错误重定向）

核心含义：将 stderr 的错误信息追加到文件末尾，保留文件原有内容，新错误信息添加在最后。
详细示例：
1. 首次错误记录：ls /no/such/path 2>> err.txt
  - 执行结果：err.txt 写入第一条错误信息。
2. 追加错误记录：ls /another/no/path 2>> err.txt
  - 执行结果：err.txt 末尾添加第二条错误信息，cat err.txt会显示两条不同的错误提示（分别对应两个不存在的路径）。
适用场景：收集命令或脚本的所有错误信息，如./script.sh 2>> error.log，脚本执行过程中所有错误都会追加到 error.log，便于后续排查问题。

3. 合并重定向（同时处理 stdout 和 stderr）

将 FD 1（stdout）和 FD 2（stderr）的内容，一起重定向到同一文件，适用于需要 “同时记录正常输出和错误信息” 的场景，主要有两种实现方式（兼容性不同）。

（1）POSIX 推荐写法（兼容所有 Shell）：command > file.txt 2>&1

核心含义：先将 stdout（FD 1）重定向到 file.txt，再将 stderr（FD 2）的目标 “指向当前 stdout 的目标”（即 file.txt），最终两者的内容都写入 file.txt。
语法解析：
- “> file.txt”：第一步，将 FD 1 的输出目标改为 file.txt；
- “2>&1”：第二步，“&1” 表示 “FD 1 当前的目标”（此时已改为 file.txt），因此 FD 2 的输出目标也变为 file.txt。
详细示例：bash -c 'echo out; echo err >&2' > both.txt 2>&1
- 执行过程：
  1. bash -c '...'：执行括号内的两条命令，第一条echo out输出到 stdout（FD 1），第二条echo err >&2输出到 stderr（FD 2）；
  2. “> both.txt”：将 FD 1 的内容（“out”）重定向到 both.txt；
  3. “2>&1”：将 FD 2 的内容（“err”）也重定向到 both.txt；
- 执行结果：cat both.txt输出 “out” 和 “err”（分行显示），终端无任何输出。
关键注意事项：顺序不可颠倒
若写成command 2>&1 > file.txt，执行逻辑完全不同：
- 第一步 “2>&1”：将 FD 2 的目标指向 “FD 1 的初始目标”（即终端）；
- 第二步 “> file.txt”：将 FD 1 的目标改为 file.txt；
- 最终结果：stdout（FD 1）内容写入 file.txt，stderr（FD 2）内容输出到终端（未被重定向）。
- 示例验证：bash -c 'echo out; echo err >&2' 2>&1 > both.txt
  - 执行结果：终端输出 “err”（stderr 未被重定向），cat both.txt输出 “out”（仅 stdout 被写入文件）。

（2）Bash 特殊简写（仅支持 Bash/ksh/zsh）

① &>（合并重定向到文件）：command &> file.txt
- 核心含义：等价于command > file.txt 2>&1，直接将 stdout 和 stderr 都写入 file.txt，语法更简洁。
- 详细示例：bash -c 'echo out; echo err >&2' &> both.txt
  - 执行结果：cat both.txt输出 “out” 和 “err”，与 POSIX 写法效果一致。
② |&（合并重定向到管道）：command1 |& command2
- 核心含义：等价于command1 2>&1 | command2，将 stdout 和 stderr 一起作为command2的 stdin（输入），用于管道场景中传递所有输出。
- 详细示例：bash -c 'echo out; echo err >&2' |& grep 'r'
  - 执行过程：bash -c '...'的 stdout（“out”）和 stderr（“err”）一起传入grep 'r'，grep匹配含 “r” 的内容；
  - 执行结果：终端输出 “err”（“err” 含 “r”，“out” 不含）。

4. 丢弃输出（重定向到 /dev/null）

/dev/null是 Linux/Unix 系统中的 “黑洞文件”，任何写入该文件的内容都会被直接丢弃（不保留），用于屏蔽不需要的输出（正常输出或错误信息）。

核心语法：
- 丢弃 stdout：command > /dev/null
  - 示例：echo "不需要显示的内容" > /dev/null，终端无任何输出（内容被丢弃）。
- 丢弃 stderr：command 2> /dev/null
  - 示例：ls /no/such/path 2> /dev/null，ls的错误信息被丢弃，终端无任何输出。
- 同时丢弃 stdout 和 stderr：command > /dev/null 2>&1（兼容所有 Shell）或command &> /dev/null（Bash 支持）
  - 示例：bash -c 'echo out; echo err >&2' > /dev/null 2>&1，终端无任何输出（两者都被丢弃）。
适用场景：执行命令时不需要看到任何输出（无论成功或失败），如后台执行脚本时屏蔽输出：./background_script.sh &> /dev/null &（&表示后台运行）。

1.5 管道（|：连接命令的 “数据流通道”）

将前一个命令的stdout作为后一个命令的stdin（标准输入），实现 “命令串联”，让多个命令协同工作，默认仅传递 stdout，

2. 流程控制

2.1 if…else 分支结构

流程控制用于改变程序 “从上到下逐行执行” 的默认逻辑，if…else 是 Shell 中最基础的分支结构，通过判断条件的 “成立（true）” 或 “不成立（false）”，执行不同的代码块，分为单支、双支、多支三种格式，核心依赖 “条件表达式”（支持数字、字符串、文件判断）实现逻辑跳转。

2.1.1 核心基础：条件表达式格式

if…else 的条件判断需通过 “括号 + 表达式” 实现，必须严格注意空格，否则会报语法错误，核心格式如下：

标准格式：if [ 条件表达式 ]; then
- 说明：[ 是 Shell 内置命令（等价于 test 命令），与 “条件表达式” 之间需有空格；; 用于分隔命令，then 可换行写（此时无需 ;）。
支持的条件类型：
1. 数字比较：使用关系运算符（如 -gt 大于、-eq 等于，详见文档 6.2），例：[ $num1 -gt $num2 ]（判断 num1 是否大于 num2）。
2. 字符串比较：使用字符串运算符（如 = 相等、-z 空字符串，详见文档 6.4），例：[ "$str1" = "$str2" ]（判断两个字符串是否相等，变量加引号避免空格问题）。
3. 文件判断：使用文件测试运算符（如 -f 普通文件、-d 目录，详见文档 6.5），例：[ -f /root/file.txt ]（判断该路径是否为普通文件）。

2.1.2 单支 if（仅条件成立时执行）

1. 语法结构

if [ 条件表达式 ]; then# 条件成立（true）时执行的命令
fi  # 必须以 fi 结束，与 if 对应

执行逻辑：仅判断一次条件，若条件成立则执行 then 后的代码块；若条件不成立，不执行任何操作，直接跳过整个 if 结构。

2. 关键说明

fi 是 if 的反向拼写，用于标记分支结构的结束，不可省略。
适合 “只有一种有效场景，无需处理失败情况” 的需求（如 “当文件存在时，输出提示”）。

3. 实战示例：判断数字是否为偶数

#!/bin/bash
num=100  # 定义变量 num
if [ $((num%2)) -eq 0 ]; then  # 条件：num 对 2 取余等于 0（偶数）echo "$num 是偶数"  # 条件成立时执行
fi

执行结果：终端输出 100 是偶数。
若修改 num=101，条件 101%2=1 不成立，终端无任何输出。

4. 常见场景

检查脚本参数是否存在：if [ -n "$1" ]; then echo "第一个参数是：$1"; fi（若传递了参数 1，输出参数值）。
验证命令执行结果：if [ $? -eq 0 ]; then echo "上一条命令执行成功"; fi（$? 表示上一条命令的退出状态码，0 为成功）。

2.1.3 双支 if…else（条件成立 / 不成立各执行不同逻辑）

1. 语法结构

if [ 条件表达式 ]; then# 条件成立（true）时执行的命令（命令1）
else# 条件不成立（false）时执行的命令（命令2）
fi

执行逻辑：判断一次条件，二选一执行 —— 条件成立则执行 then 块，条件不成立则执行 else 块，两者必选其一，且仅执行一个。

2. 关键说明

else 无需加条件，直接处理 “所有不满足 if 条件” 的情况。
适合 “非此即彼” 的场景（如 “判断两个数字的大小，输出‘大于’或‘小于’”）。

3. 实战示例：比较两个数字的大小

#!/bin/bash
num1=$1  # 接收脚本的第 1 个参数（外部传递，如 ./demo.sh 10 5 中的 10）
num2=$2  # 接收脚本的第 2 个参数（如上述示例中的 5）
if [ $num1 -gt $num2 ]; then  # 条件：num1 大于 num2echo "$num1 大于 $num2"
elseecho "$num1 小于或等于 $num2"  # 条件不成立时执行（包含等于、小于两种情况）
fi

执行脚本：./demo.sh 10 5，输出 10 大于 5。
执行脚本：./demo.sh 3 7，输出 3 小于或等于 7。

4. 常见场景

验证用户输入：read -p "请输入 yes 或 no：" ans; if [ "$ans" = "yes" ]; then echo "继续执行"; else echo "退出程序"; fi。
检查文件是否存在：if [ -f /root/test.txt ]; then echo "文件已存在"; else touch /root/test.txt; fi（文件存在则提示，不存在则创建）。

2.1.4 多支 if…elif…else（多个条件依次判断）

1. 语法结构

if [ 条件表达式1 ]; then# 条件1成立时执行的命令
elif [ 条件表达式2 ]; then# 条件1不成立、条件2成立时执行的命令
elif [ 条件表达式3 ]; then# 条件1、2不成立、条件3成立时执行的命令
# ... 可添加多个 elif
else# 所有条件都不成立时执行的默认命令（可选）
fi

执行逻辑：从左到右依次判断条件，一旦某个条件成立，立即执行对应 then 块，且后续所有条件不再判断（“短路执行”）；若所有条件都不成立，执行 else 块（若省略 else，则无操作）。

2. 关键说明

elif 是 else if 的缩写，可根据需求添加任意多个（但需避免条件冗余）。
适合 “有多个层级判断，每个层级对应不同结果” 的场景（如 “根据分数判断成绩等级”）。

3. 实战示例：根据分数判断成绩等级

#!/bin/bash
score=$1  # 接收外部传递的分数参数（如 ./grade.sh 85 中的 85）
if [ $score -ge 90 ]; then  # 条件1：分数 >=90echo "成绩等级：优秀"
elif [ $score -ge 80 ]; then  # 条件2：分数 >=80（且 <90，因条件1已不成立）echo "成绩等级：良好"
elif [ $score -ge 60 ]; then  # 条件3：分数 >=60（且 <80）echo "成绩等级：及格"
else  # 所有条件不成立（分数 <60）echo "成绩等级：不及格"
fi

执行结果：
- ./grade.sh 92 → 输出 优秀。
- ./grade.sh 75 → 输出 及格（因 75 <80，条件 2 不成立；75>=60，条件 3 成立）。
- ./grade.sh 58 → 输出 不及格。

4. 常见场景

按时间段输出问候语：hour=$(date +%H); if [ $hour -lt 12 ]; then echo "早上好"; elif [ $hour -lt 18 ]; then echo "下午好"; else echo "晚上好"; fi。
判断文件类型：file=/root/demo; if [ -d $file ]; then echo "是目录"; elif [ -f $file ]; then echo "是普通文件"; else echo "是其他类型文件"; fi。

2.1.5 常见错误与注意事项

空格问题（高频错误）
- 错误写法：if [$num1 -gt $num2]; then（[ 与变量间无空格）、if [ $num1 -gt$num2 ]; then（运算符与变量间无空格）。
- 正确写法：if [ $num1 -gt $num2 ]; then（[、运算符、变量之间必须有空格）。
变量引用问题
- 字符串比较时，变量需加双引号，避免空格导致的语法错误：
  错误：if [ $str = "hello world" ]; then（若 str 为空，会变成 [ = "hello world" ]，语法错误）。
  正确：if [ "$str" = "hello world" ]; then（加引号后，即使 str 为空，也会解析为 [ "" = "hello world" ]，逻辑正常）。
数字与字符串混淆
- 关系运算符（-gt、-eq 等）仅支持数字，若用于字符串（非数字格式）会报错：
  错误：if [ "abc" -gt "def" ]; then（字符串不能用 -gt 比较）。
  正确：字符串比较用 = 或 !=，例：if [ "abc" != "def" ]; then。
fi 不可省略
- 所有 if 结构必须以 fi 结束，否则 Shell 会提示 “语法错误：意外的文件结束”（syntax error: unexpected end of file）。
条件顺序问题（多支结构）
- 多支 if 中，条件需从 “范围大” 到 “范围小”，或从 “严格” 到 “宽松”，避免逻辑覆盖：
  错误：先判断 score -ge 60，再判断 score -ge 90（此时 90 分也会触发 >=60 的条件，后续 >=90 不再执行）。
  正确：先判断 score -ge 90，再判断 score -ge 80，最后判断 score -ge 60。

3. 总结

命令扩展（控制命令与数据流）

逻辑运算符：按命令结果（0 = 成功，非 0 = 失败）控流程
- &&：左成功才执行右（如make && make install）
- ||：左失败才执行右（如mysql || echo "连接失败"）
echo 命令：输出内容
- 默认输到终端（stdout）：echo "hello"
- 输错误信息（stderr）：echo "err" >&2
文件描述符（FD）：3 个核心标识
- 0 = 输入（键盘）、1 = 正常输出（终端）、2 = 错误输出（终端）
重定向：改输出目标
- >/>>：覆盖 / 追加正常输出到文件（如echo 1 > a.txt）
- 2>/2>>：覆盖 / 追加错误输出到文件（如ls /no 2> err.txt）
- >file 2>&1/&>：正常 + 错误输出都进文件
- >/dev/null：丢弃不需要的输出
管道（|）：前命令输出当后命令输入
- 例：echo "apple banana" | grep apple（筛选结果）

流程控制（if…else 分支）

按条件执行不同代码，核心是[ 条件表达式 ]（注意空格）

单支 if：条件成立才执行
- 例：if [ $num -eq 10 ]; then echo "等于10"; fi
双支 if…else：二选一执行
- 例：if [ $num -gt 10 ]; then echo "大"; else echo "小"; fi
多支 if…elif…else：多条件判断
- 例：分数评级（90 + 优秀、80 + 良好、60 + 及格、否则不及格）
关键注意：
- 数字用-gt/-eq等，字符串用=/!=，文件用-f（普通文件）/-d（目录）
- 变量加引号防空格问题（如["$str" = "a"]）