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Shell 脚本编程详细指南：第四章 - 循环结构(for、while、until) 深度解析
引言：循环在自动化中的核心作用
循环结构是Shell脚本实现自动化和批量处理的核心工具。本章将全面解析三种循环结构及其高级用法，帮助您掌握数据处理、任务自动化的关键技术。我们将从基础语法入手，逐步深入实际应用场景和性能优化技巧。
目录结构
- for循环的全面应用
- while循环的深度解析
- until循环的特殊场景
- 循环控制与优化技巧
- 实战案例解析
- 性能考量与最佳实践
1. for循环的全面应用
1.1 三种for循环语法对比
| 类型 | 语法格式 | 适用场景 | 示例 |
|---|---|---|---|
| 列表遍历 | for var in list; do | 已知元素集合 | 文件处理、参数遍历 |
| 数字范围 | for i in {start..end}; do | 固定次数循环 | 数字序列生成 |
| C风格 | for ((exp1; exp2; exp3)) | 复杂计数器控制 | 多维数组处理 |
1.2 实际应用示例
文件批量处理：
# 重命名所有.txt文件为.bak
for file in *.txt; domv "$file" "${file%.txt}.bak"
done
多目录操作：
dirs=("/var/log" "/tmp" "/etc")
for dir in "${dirs[@]}"; doecho "处理目录: $dir"find "$dir" -type f -name "*.tmp" -delete
done
带步长的数字序列：
# Bash 4.0+ 支持步长
for i in {0..10..2}; do # 0 2 4 6 8 10echo $i
done
2. while循环的深度解析
2.1 while循环控制模式
标准模式：
while [ condition ]; docommands
done
无限循环实现：
while true; docommandsif [ condition ]; thenbreakfi
done
读取文件内容：
while IFS= read -r line; doecho "处理行: $line"
done < "filename.txt"
2.2 实际应用案例
监控进程是否存在：
process="nginx"
while pgrep -x "$process" >/dev/null; doecho "进程 $process 仍在运行..."sleep 5
done
echo "进程已退出"
用户输入验证：
while true; doread -p "请输入Y/N: " inputcase $input in[Yy]*) break;;[Nn]*) exit 0;;*) echo "无效输入";;esac
done
3. until循环的特殊场景
3.1 until与while对比
| 循环类型 | 逻辑条件 | 典型应用场景 |
|---|---|---|
| while | 条件为真时执行 | 持续监控、事件等待 |
| until | 条件为真时停止 | 系统初始化、服务等待 |
3.2 实际应用示例
等待服务启动：
until curl -sf http://localhost:8080/health; doecho "等待服务启动..."sleep 3
done
超时控制实现：
timeout=60
start_time=$(date +%s)until [ $(($(date +%s) - start_time)) -gt $timeout ]; doif check_condition; thenbreakfisleep 1
done
4. 循环控制与优化技巧
4.1 循环控制命令
| 命令 | 作用 | 示例 |
|---|---|---|
| break | 退出整个循环 | break 或 break 2(嵌套) |
| continue | 跳过本次迭代 | continue |
| exit | 退出整个脚本 | exit 1 |
4.2 性能优化技巧
减少子进程创建：
# 低效方式（每次循环创建子进程）
while [ $(wc -l < file) -gt 0 ]; do# 高效方式（使用变量）
line_count=$(wc -l < file)
while [ $line_count -gt 0 ]; do
并行处理加速：
for file in *.log; do{process_file "$file"} &
done
wait # 等待所有后台任务完成
5. 实战案例解析
案例1：日志分析脚本
#!/bin/bash
# log_analyzer.shdeclare -A error_counts
log_files=(/var/log/*.log)for log_file in "${log_files[@]}"; doecho "分析文件: $log_file"while IFS= read -r line; doif [[ "$line" =~ [Ee][Rr][Rr][Oo][Rr] ]]; then((error_counts["$log_file"]++))fidone < "$log_file"
doneecho "===== 错误统计 ====="
for file in "${!error_counts[@]}"; doprintf "%-30s: %4d\n" "$file" "${error_counts[$file]}"
done
案例2：系统健康检查
#!/bin/bash
# health_check.shthreshold=90
check_interval=300 # 5分钟while true; do# 获取CPU和内存使用率cpu_usage=$(top -bn1 | grep "Cpu(s)" | awk '{print $2}')mem_usage=$(free | awk '/Mem/{printf("%.0f"), $3/$2*100}')# 报警检查if (( $(echo "$cpu_usage > $threshold" | bc -l) )); thensend_alert "CPU使用率过高: $cpu_usage%"fiif [ "$mem_usage" -gt "$threshold" ]; thensend_alert "内存使用率过高: $mem_usage%"fisleep $check_interval
done
6. 性能考量与最佳实践
6.1 循环效率对比测试
| 循环类型 | 10万次迭代时间 | 适用场景 |
|---|---|---|
| for ((i=0;…)) | 0.12s | 高性能数字循环 |
| for i in {1…N} | 0.15s | 简单数字范围 |
| while read | 0.18s | 文件逐行处理 |
| for item in $() | 0.25s | 命令输出处理 |
6.2 必须遵循的最佳实践
-
变量引用安全：
for file in *; do # 危险：可能匹配不到文件 for file in ./*; do # 安全：明确路径 -
大文件处理优化：
# 低效方式（整个文件加载到内存） for line in $(cat bigfile); do# 高效方式（流式处理） while IFS= read -r line; do -
错误处理机制：
while true; doif ! some_command; thenlog_error "命令执行失败"sleep 10continuefibreak done
进阶技巧
嵌套循环控制
for ((i=1; i<=3; i++)); dofor ((j=1; j<=3; j++)); doif ((i*j == 4)); thenbreak 2 # 跳出两层循环fiecho "i=$i, j=$j"done
done
循环重定向
for user in $(cut -d: -f1 /etc/passwd); doecho "处理用户: $user"
done > user_report.txt # 整个循环输出重定向
本章总结
本章深入探讨了Shell脚本中的循环结构，重点包括：
- 三种循环结构的语法对比与选择标准
- 实际应用场景与性能优化技巧
- 循环控制命令的高级用法
- 大文件处理与并行化技术
- 系统监控脚本等实战案例
🚀 下章预告：第五章将深入讲解函数开发，包括参数传递、返回值处理和模块化编程技巧，带您掌握Shell脚本的工程化开发能力。
互动练习：
编写一个脚本实现以下功能：
- 查找指定目录下所有超过30天未修改的.log文件
- 对这些文件进行gzip压缩
- 将压缩后的文件移动到/var/log/archives目录
- 记录处理日志（文件名、原始大小、压缩后大小）
欢迎在评论区分享您的实现方案！