Linux Shell 编程

一、Shell 基础概念

1. 什么是 Shell？

Shell 是 Linux 内核与用户之间的交互接口，它接收用户输入的命令，解析后传递给内核执行，并将结果返回给用户。简单来说，Shell 是 “命令解释器”，也是一种编程语言（解释型语言，无需编译）。

2. 常见的 Shell 类型

Linux 系统中默认或常用的 Shell 有多种，不同 Shell 语法略有差异，编程常用 Bash（Bourne Again Shell）（大多数 Linux 发行版默认 Shell）。

Shell 类型	特点与用途	常见系统
Bash	兼容 Bourne Shell，支持别名、函数、脚本编程	CentOS、Ubuntu、Debian
Sh（Bourne）	基础 Shell，功能简单，兼容性强	早期 Unix、最小系统
Zsh	增强型 Shell，支持自动补全、主题定制	开发者常用（需手动安装）
Csh/Tcsh	语法类似 C 语言，适合习惯 C 编程的用户	少数 Unix 系统

查看当前系统默认 Shell：

echo $SHELL  # 输出示例：/bin/bash

查看系统支持的 Shell：

cat /etc/shells

二、Shell 脚本的创建与执行

1. 脚本文件的基本结构

Shell 脚本文件以 .sh 为后缀（非强制，但建议规范），核心结构包含 3 部分：

1. Shebang（脚本解释器指定）：第一行必须写 #!/bin/bash，指定脚本由 Bash 解释执行（若用其他 Shell，需改为对应路径，如 #!/bin/zsh）。
2. 注释：以 # 开头的行（除 Shebang 外），用于说明脚本功能，提高可读性（单行注释，无多行注释，可通过 : '注释内容' 模拟多行注释）。
3. 命令 / 代码：实现具体功能的 Shell 命令或语法逻辑。

示例：第一个 Shell 脚本（hello.sh）

#!/bin/bash
# 第一个 Shell 脚本：输出欢迎信息
echo "Hello, Linux Shell!"  # 打印字符串
whoami  # 输出当前登录用户
date    # 输出当前系统时间

2. 脚本的执行方式

执行脚本前需确保文件有 可执行权限（x 权限），常见执行方式有 3 种：

执行方式	命令格式	特点
1. 绝对路径执行	/home/user/hello.sh	需指定脚本完整路径，依赖可执行权限
2. 相对路径执行	./hello.sh（脚本在当前目录）	需加 ./（避免与系统命令重名），依赖权限
3. 指定 Shell 执行	bash hello.sh 或 sh hello.sh	无需可执行权限（直接调用解释器）

权限设置命令

chmod +x hello.sh  # 给脚本添加可执行权限（所有用户）
chmod u+x hello.sh # 仅当前用户（所有者）添加可执行权限

三、Shell 变量与数据类型

Shell 是 弱类型语言，变量无需声明类型，直接赋值即可；变量默认存储字符串，需显式转换才能用于数值计算。

1. 变量的定义与使用

定义规则

• 变量名由 字母、数字、下划线 组成，不能以数字开头。
• 赋值时 等号两侧不能有空格（如 a=10 正确，a = 10 错误）。
• 变量值含空格或特殊字符（如 $、*）时，需用 双引号（"） 或 单引号（'） 包裹。

变量赋值与引用

#!/bin/bash
# 1. 普通变量（字符串/数值）
name="Alice"   # 双引号：允许变量嵌套（如引用其他变量）
age=25         # 数值默认按字符串存储
msg='Hello $name' # 单引号：完全原样输出（$name 不会解析）# 2. 引用变量：用 $变量名 或 ${变量名}（避免歧义）
echo "Name: $name"       # 输出：Name: Alice
echo "Age: ${age}岁"     # 输出：Age: 25岁（${} 明确变量边界）
echo "Message: $msg"     # 输出：Message: Hello $name# 3. 系统环境变量（预定义，全大写）
echo "当前用户：$USER"   # 输出当前登录用户（如 root）
echo "当前目录：$PWD"    # 输出当前工作目录
echo "PATH路径：$PATH"   # 输出系统命令搜索路径

2. 变量的分类

按作用域和来源，Shell 变量分为 3 类：

变量类型	定义方式	作用域	示例
局部变量	用户在脚本 / 终端中直接定义	仅当前 Shell 进程	name="Bob"
环境变量	export 变量名=值 或 /etc/profile	当前 Shell 及子进程	export PATH=$PATH:/opt
预定义变量	Shell 内置，无需定义	全局可用	$?（上一条命令返回值）

常用预定义变量

变量	含义	示例场景
$0	当前脚本的文件名	脚本中打印自身路径：echo $0
$n	脚本的第 n 个参数（n≥1，$1 是第一个参数）	执行 ./test.sh 10 20，$1=10
$#	脚本接收的参数总数	上例中 $#=2
$* / $@	所有参数（$* 合并为一个字符串，$@ 分开）	遍历所有参数时用 $@
$?	上一条命令的执行结果（0 = 成功，非 0 = 失败）	判断命令是否执行成功
$$	当前脚本的进程 ID（PID）	记录脚本进程号

示例：参数处理脚本（param.sh）

#!/bin/bash
echo "脚本名：$0"
echo "第一个参数：$1"
echo "第二个参数：$2"
echo "参数总数：$#"
echo "所有参数：$@"# 遍历所有参数
echo "遍历参数："
for param in $@
doecho "- $param"
done

执行脚本并传参：

./param.sh apple banana cherry
# 输出：
# 脚本名：./param.sh
# 第一个参数：apple
# 第二个参数：banana
# 参数总数：3
# 所有参数：apple banana cherry
# 遍历参数：
# - apple
# - banana
# - cherry

3. 数值计算

Shell 变量默认是字符串，需通过 算术扩展 或工具（expr、bc）实现数值计算。

常用计算方式

1. 算术扩展：$((表达式)) 或 ${表达式}（支持 +、-、*、/、%（取余）、**（幂））。
2. expr 命令：expr 数值1 运算符 数值2（运算符两侧需空格，* 需转义为 \*）。
3. bc 工具：支持浮点数计算（Shell 原生不支持浮点数）。

示例：数值计算

#!/bin/bash
a=10
b=3# 1. 算术扩展（整数计算）
sum=$((a + b))       # 13
diff=$((a - b))      # 7
mul=$((a * b))       # 30
div=$((a / b))       # 3（整数除法，舍去小数）
mod=$((a % b))       # 1（取余）
pow=$((a ** 2))      # 100（10的平方）echo "sum: $sum, diff: $diff, mul: $mul, div: $div, mod: $mod, pow: $pow"# 2. expr 命令
sum_expr=$(expr $a + $b)
mul_expr=$(expr $a \* $b) # * 需转义
echo "sum_expr: $sum_expr, mul_expr: $mul_expr"# 3. bc 工具（浮点数计算）
float_div=$(echo "scale=2; $a / $b" | bc) # scale=2 保留2位小数
echo "float_div: $float_div" # 输出：3.33

四、Shell 流程控制

流程控制是脚本逻辑的核心，包括 条件判断、循环、分支 三大类，语法与其他编程语言差异较大，需注意格式细节（如 then、do 的位置）。

1. 条件判断（if 语句）

语法结构

Shell 条件判断依赖 测试表达式（用 [ 表达式 ] 或 [[ 表达式 ]]，注意括号两侧空格），判断结果为 true（0）时执行对应分支。

# 单分支
if [ 条件 ]; then命令1命令2
fi# 双分支（if-else）
if [ 条件 ]; then命令（条件成立）
else命令（条件不成立）
fi# 多分支（if-elif-else）
if [ 条件1 ]; then命令1
elif [ 条件2 ]; then命令2
else命令3
fi

常见测试表达式

条件判断主要针对 文件属性、数值大小、字符串比较，需注意运算符的差异：

测试类型	运算符 / 表达式	含义	示例（判断为真）
文件属性	-f 文件	文件是否存在且为普通文件	[ -f /etc/passwd ]
	-d 目录	目录是否存在	[ -d /home ]
	-r 文件	文件是否存在且有读权限	[ -r hello.sh ]
	-x 文件	文件是否存在且有可执行权限	[ -x hello.sh ]
数值比较	-eq（equal）	等于	[ $a -eq $b ]（a=10, b=10）
	-ne（not equal）	不等于	[ $a -ne $b ]
	-gt（greater than）	大于	[ $a -gt $b ]（a=10, b=3）
	-lt（less than）	小于	[ $a -lt $b ]
	-ge（greater or equal）	大于等于	[ $a -ge $b ]
	-le（less or equal）	小于等于	[ $a -le $b ]
字符串比较	== 或 =	字符串相等	[ "$name" == "Alice" ]
	!=	字符串不相等	[ "$name" != "Bob" ]
	-z 字符串	字符串长度为 0（空字符串）	[ -z "$empty_str" ]
	-n 字符串	字符串长度不为 0（非空）	[ -n "$name" ]

示例：条件判断脚本（if_test.sh）

#!/bin/bash
read -p "请输入一个数字：" num  # read：读取用户输入，-p 显示提示信息# 判断输入是否为数字（用正则表达式，[[ 支持正则 ]]）
if [[ $num =~ ^[0-9]+$ ]]; thenecho "你输入的是数字：$num"# 数值比较if [ $num -gt 100 ]; thenecho "该数字大于100"elif [ $num -eq 100 ]; thenecho "该数字等于100"elseecho "该数字小于100"fi
elseecho "错误：你输入的不是有效数字！"
fi

2. 分支选择（case 语句）

当需要判断一个变量与多个值匹配时，用 case 比 if-elif-else 更简洁，适合 “多值匹配” 场景（如菜单选择）。

语法结构

case $变量 in模式1)命令1;;  # 结束当前分支（类似其他语言的 break）模式2|模式3)  # 多个模式用 | 分隔（或关系）命令2;;*)  # 默认分支（所有不匹配的情况）命令3;;
esac  # case 的反向拼写，标志结束

示例：菜单脚本（case_menu.sh）

#!/bin/bash
echo "===== 菜单选择 ====="
echo "1. 查看当前目录"
echo "2. 查看系统时间"
echo "3. 查看当前用户"
echo "4. 退出"
read -p "请输入选择（1-4）：" choicecase $choice in1)echo "当前目录内容："ls -l;;2)echo "当前系统时间："date;;3)echo "当前登录用户："whoami;;4)echo "退出脚本，再见！"exit 0  # exit 0：正常退出（返回值0）;;*)echo "错误：无效选择！"exit 1  # exit 1：异常退出（返回值非0）;;
esac

3. 循环语句（for、while、until）

循环用于重复执行一系列命令，Shell 支持 for（遍历集合）、while（条件为真时循环）、until（条件为假时循环）三种循环。

（1）for 循环

主要用于 遍历列表（数组、参数、文件），语法有两种：

语法 1：遍历指定列表

for 变量 in 列表; do命令
done

语法 2：C 语言风格（数值范围循环）

for ((初始化; 条件; 增量)); do命令
done

示例：for 循环应用

#!/bin/bash
# 示例1：遍历字符串列表
echo "遍历水果列表："
fruits="apple banana cherry"
for fruit in $fruits; doecho "- $fruit"
done# 示例2：遍历文件（当前目录下的 .sh 文件）
echo -e "\n当前目录的 Shell 脚本："
for file in *.sh; doecho "- $file"
done# 示例3：C 风格循环（1到5）
echo -e "\nC 风格循环（1-5）："
for ((i=1; i<=5; i++)); doecho "i = $i"
done

（2）while 循环

条件为真时持续循环（类似其他语言的 while），适合 “不确定循环次数，依赖条件终止” 的场景（如读取文件行、等待用户输入）。

语法

while [ 条件 ]; do命令
done

示例 ：读取文件行（逐行处理文件内容）

#!/bin/bash
# 读取 test.txt 文件的每一行（假设文件已存在）
echo "读取 test.txt 内容："
while read line; do  # read line：每次读取一行存入 line 变量echo "Line: $line"
done < test.txt  # < test.txt：将文件作为 while 循环的