【Linux】shell 脚本-系统管理与任务自动化（语法使用介绍）

Shell 脚本是用于在 Unix/Linux 命令行解释器（Shell）中自动化执行一系列命令的文本文件。掌握其基础语法对于系统管理、任务自动化和开发运维至关重要。

一、脚本基础结构

1. Shebang 行 (必需)：

   #!/bin/bash
   

   • 必须是脚本的第一行。
   • #! 告诉系统使用哪个解释器执行脚本。
   • /bin/bash 指定使用 Bash Shell（最常见）。也可以是 /bin/sh, /bin/zsh, /usr/bin/python3 等。
   • 系统根据这一行找到正确的解释器来运行脚本。

2. 注释：

   # 这是一个单行注释
   
   : '
   这是一个
   多行注释
   (Bash 风格)
   '
   
   <<COMMENT
   这也是一个
   多行注释
   (Heredoc 风格)
   COMMENT
   

   • 以 # 开头的行是单行注释（除了 Shebang）。
   • 多行注释通常使用 : ' ... ' 或 Here Document < 技巧实现。

二、变量

1. 定义与赋值：

   variable_name=value    # 等号两边不能有空格！
   name="John Doe"        # 包含空格的值必须用引号括起来
   count=42               # 数字不需要引号
   files=$(ls)            # 命令替换：将命令输出赋值给变量
   files=`ls`             # 旧式命令替换（反引号），建议用 $()
   today=$(date +%F)      # 将格式化后的日期赋值给变量
   

   • 变量名区分大小写，通常大写用于环境变量，小写用于脚本变量（约定）。
   • 赋值时等号 = 两边不能有空格。
   • 值包含空格、特殊字符时，必须用引号（单引号或双引号）。

2. 使用变量：

   echo $name         # 使用变量：$变量名
   echo "Hello, $name" # 双引号内变量会被替换（扩展）
   echo 'Hello, $name' # 单引号内变量不会被替换，原样输出
   echo "Count: ${count}" # 使用 {} 明确变量边界，推荐总是使用
   echo "Files: ${files[@]}" # 访问数组所有元素
   echo "Arg 1: $1"    # 位置参数：$1, $2, ... $9, ${10}, ...
   

   • $variable_name 或 ${variable_name} 获取变量值。
   • 双引号 "：允许变量扩展、命令替换和转义字符。
   • 单引号 '：所有内容原样输出，不进行任何替换或转义。
   • 反引号 ` 或 $()：用于命令替换，执行命令并将其输出作为值。

3. 位置参数：

   • $0：脚本名称本身。
   • $1, $2, $3, …：传递给脚本的第一个、第二个、第三个参数。
   • $#：传递给脚本的参数个数。
   • $@：所有位置参数的列表（每个参数作为独立的字符串）。
   • $*：所有位置参数合并成一个字符串。
   • shift：将位置参数向左移动（$1 丢弃，$2 变成 $1，依此类推），常用于循环处理参数。

4. 特殊变量：

   • $?：上一个命令的退出状态码（0 表示成功，非 0 表示失败）。
   • $$：当前 Shell 进程的进程 ID (PID)。
   • $!：上一个在后台运行的命令的 PID。
   • $-：当前 Shell 的选项标志。

5. 数组：

   fruits=("Apple" "Banana" "Orange")  # 定义数组
   echo ${fruits[0]}                  # 访问第一个元素：Apple
   echo ${fruits[@]}                  # 访问所有元素
   echo ${#fruits[@]}                 # 数组元素个数：3
   fruits[3]="Grape"                  # 添加元素
   unset fruits[1]                    # 删除第二个元素（Banana）
   

三、输入与输出

1. 输出 (echo, printf):

   echo "Hello World"                # 基本输出
   echo -e "Line 1\nLine 2"           # -e 启用转义字符（如 \n 换行）
   printf "Name: %-10s Age: %d\n" "$name" $age # 格式化输出，类似 C 语言
   

2. 输入 (read):

   read -p "Enter your name: " username # -p 显示提示符
   read -s -p "Password: " password    # -s 静默输入（不回显）
   echo "Hello, $username!"            # 使用读取的值
   read first second                  # 读取多个值到不同变量
   read -a array                      # 读取一行输入到数组 array
   

四、条件判断 (if, case, test/[ ]/[[ ]])

1. test 命令与方括号 [ ]：

   if [ "$name" = "Alice" ]; then     # 字符串相等比较。注意空格和引号！
       echo "Hi Alice!"
   elif [ $age -gt 18 ]; then         # 数字比较：-gt (大于), -lt (小于), -eq (等于), -ne (不等于), -ge (大于等于), -le (小于等于)
       echo "You are an adult."
   elif [ -f "/path/to/file" ]; then  # 文件测试：-f (是普通文件), -d (是目录), -e (存在), -r (可读), -w (可写), -x (可执行)
       echo "File exists."
   else
       echo "Who are you?"
   fi
   

   • [ 是 test 命令的别名，] 是必须的结尾符。
   • 表达式和方括号 [ ] 之间必须有空格。
   • 字符串比较用 = 或 !=，数字比较用 -eq, -ne 等操作符。
   • 强烈建议总是用双引号包裹变量（如 "$name"），防止变量为空或包含空格导致语法错误。

2. 双括号 [[ ]] (Bash 扩展，更推荐)：

   if [[ $name == "Alice" && $age -ge 18 ]]; then # 逻辑与 (&&), 或 (||)
       echo "Welcome Alice!"
   elif [[ -f "$file" && -s "$file" ]]; then      # 文件存在且非空
       echo "File is valid."
   elif [[ "$str" =~ ^[A-Za-z]+$ ]]; then         # 正则表达式匹配 (=~)
       echo "String is alphabetic."
   fi
   

   • 比 [ ] 更强大、更安全（例如在字符串比较中不需要额外引号防止空变量）。
   • 支持模式匹配 (== 或 != 右侧可用通配符 *, ?, [])。
   • 支持正则表达式匹配 (=~)。
   • 逻辑操作符 && 和 || 可以直接在 [[ ... ]] 内使用。

3. case 语句 (多路分支)：

   case $fruit in
       "Apple")
           echo "It's an apple."
           ;;
       "Banana" | "Orange")  # 匹配多个模式
           echo "It's a banana or orange."
           ;;
       *)                   # 默认匹配所有其他情况
           echo "Unknown fruit."
           ;;
   esac
   

   • 每个模式以 ) 结束。
   • 每个分支以 ;; 结束。
   • | 用于分隔多个模式。
   • * 是通配符，匹配任何值。

五、循环 (for, while, until)

1. for 循环：

   # 遍历列表
   for color in red green blue; do
       echo "Color: $color"
   done
   
   # 遍历命令输出结果（按空格/换行符分隔）
   for file in $(ls *.txt); do
       echo "Processing: $file"
   done
   
   # C 语言风格 (Bash)
   for ((i=0; i<10; i++)); do
       echo "Number: $i"
   done
   
   # 遍历数组元素
   for item in "${fruits[@]}"; do
       echo "Fruit: $item"
   done
   

2. while 循环 (当条件为真时循环)：

   count=1
   while [ $count -le 5 ]; do
       echo "Count: $count"
       ((count++))             # 算术运算：(()) 或 let count++
   done
   
   # 逐行读取文件
   while IFS= read -r line; do # IFS= 防止前导/尾随空格被修剪，-r 防止反斜杠转义
       echo "Line: $line"
   done < "input.txt"          # 输入重定向
   

3. until 循环 (当条件为假时循环)：

   count=10
   until [ $count -eq 0 ]; do  # 当 $count 等于 0 时停止
       echo "Countdown: $count"
       ((count--))
   done
   

六、函数

1. 定义与调用：

   # 定义函数
   greet() {
       local greeting="Hello"   # local 定义局部变量（仅在函数内有效）
       echo "$greeting, $1!"
   }
   
   # 调用函数
   greet "World"               # 传递参数 "World"（在函数内通过 $1 访问）
   result=$(greet "Alice")     # 捕获函数输出
   

   • 函数名后必须有 ()。
   • 函数体在 { } 内。
   • 参数通过位置参数 $1, $2, … 在函数内部访问。
   • 使用 local 关键字定义局部变量，避免污染全局作用域。
   • 使用 return N 返回一个退出状态码（0 表示成功，1-255 表示失败）。要返回数据，请使用 echo 输出并在调用处用 $(...) 捕获。

七、命令执行与流程控制

1. 退出脚本 (exit):

   if [ ! -f "required.txt" ]; then
       echo "Error: File not found!" >&2 # 输出到标准错误
       exit 1                           # 非 0 退出码表示错误
   fi
   exit 0                               # 成功退出
   

2. 命令组合：

   • (command1; command2): 在子Shell中执行命令序列。
   • { command1; command2; }: 在当前Shell中执行命令序列（注意 { 后必须有空格，最后一条命令后必须有 ; 或换行，} 前必须有 ; 或换行）。

3. 逻辑操作符 (&&, ||):

   command1 && command2  # 仅当 command1 成功（退出码 0）才执行 command2
   command1 || command2  # 仅当 command1 失败（退出码非 0）才执行 command2
   

八、输入/输出重定向

• command > file：将 command 的标准输出重定向到 file（覆盖）。
• command >> file：将 command 的标准输出重定向到 file（追加）。
• command < file：将 file 的内容作为 command 的标准输入。
• command 2> file：将 command 的标准错误重定向到 file（覆盖）。
• command 2>> file：将 command 的标准错误重定向到 file（追加）。
• command > file 2>&1 或 command &> file：将标准输出和标准错误都重定向到 file（覆盖）。
• command >> file 2>&1 或 command &>> file：将标准输出和标准错误都重定向到 file（追加）。
• command | command2：将 command 的标准输出通过管道传递给 command2 的标准输入。

九、其他重要概念

1. 引号：

   • 单引号 ': 强引用，内部所有字符（包括 $ 和 \）都失去特殊意义，原样输出。
   • 双引号 ": 弱引用，允许变量扩展 ($var)、命令替换 ($(...) 或 `...`) 和转义字符 (\n, \t, \", \\)。是最常用且安全的选择（尤其当变量值可能包含空格时）。
   • 反引号 `: 用于命令替换（同 $()，但 $() 更清晰且支持嵌套）。

2. 算术运算：

   a=5
   b=3
   sum=$((a + b))       # 推荐：(( ... )) 表达式计算
   ((product = a * b))  # 计算结果可赋值给变量（变量前无 $）
   let "diff = a - b"   # let 命令
   increment=$((a++))   # 后置自增
   decrement=$((--b))   # 前置自减
   

3. 调试：

   • bash -x script.sh: 在执行时显示每条命令及其展开后的参数（极其有用）。
   • bash -n script.sh: 只检查脚本语法错误，不执行。
   • 在脚本中临时启用调试：set -x (开始) / set +x (结束)。

十、示例脚本

#!/bin/bash
# 计算 1 到 N 的平方和

# 获取用户输入
read -p "Enter a number (N): " n

# 检查输入是否是数字
if ! [[ "$n" =~ ^[0-9]+$ ]]; then
    echo "Error: Please enter a positive integer." >&2
    exit 1
fi

# 初始化变量
sum=0
counter=1

# 使用 while 循环计算平方和
while [ $counter -le $n ]; do
    square=$((counter * counter))
    sum=$((sum + square))
    ((counter++))
done

# 输出结果
echo "The sum of squares from 1 to $n is: $sum"
exit 0

十一、最佳实践与安全注意事项

1. 始终使用 #!/bin/bash (或明确指定所需 Shell)。
2. 总是用双引号包裹变量引用 ("$var")，除非你明确知道不需要（非常罕见）。
3. 对文件路径使用引号 (cp "$source" "$dest")。
4. 使用 [[ ]] 代替 [ ] (Bash 中)，功能更强更安全。
5. 检查命令执行结果 (if command; then ... 或 command || handle_error)。
6. 检查文件/目录是否存在 和 权限 再进行操作。
7. 使用 set -euo pipefail 或类似选项 (在脚本开头) 增强健壮性：
   • set -e: 命令失败（非 0 退出码）立即退出脚本。
   • set -u: 遇到未定义变量时报错并退出。
   • set -o pipefail: 管道中任何一个命令失败，整个管道视为失败。
8. 谨慎使用 rm -rf，尤其当路径包含变量时。可以先 echo 要删除的内容检查。
9. 对用户输入进行验证。
10. 编写清晰的注释。
11. 使用 local 声明函数内的局部变量。
12. 使用 $(...) 代替反引号 `...` 进行命令替换。
13. 使用 read -r 读取输入行，防止反斜杠转义。

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