Shell编程基础

为什么要进行shell编程

　　Linux系统中虽然有各种各样的图形界面工具，但shell仍然是一个非常灵活的工具。Shell不仅集合了大量命令，还是一门非常棒的编程语言。借助shell，大量任务能实现自动化；shell特别擅长系统管理任务，尤其适合那些易用性、可维护性和便携性比效率更重要的任务。

　　下面，让我们一起来看看shell是如何工作的：

建立一个脚本

　　Linux中有许多种不同的shell，通常我们使用bash (bourne again shell) 进行shell编程，因为bash不仅免费（自由）且易于使用。本文提供的脚本都用bash（当然大多数情况下，这些脚本同样可以在bash的前辈，bourne shell中运行）执行。

　　如同其他语言一样，我们可以使用任意一种文字编辑器，比如nedit、kedit、emacs、vi等来编写shell脚本，它必须以如下行开始（必须放在文件的第一行）：


代码:
#!/bin/sh


　　符号#!用来告诉系统执行该脚本的程序，本例使用/bin/sh。编辑完了，如果要执行该脚本，还必须使其可执行：


代码:
chmod +x filename


　　这样输入 ./filename 便可执行该脚本。

注释

　　shell脚本中以# 开始的行表示注释，直到一行的结束。我们真诚的建议你在脚本中使用注释，这样即便在相当长时间内没有使用该脚本，你也能在短时间内明白该脚本的作用和工作原理；此外还有很重要的原因——有了注释，更利于和别人分享你的脚本。

变量

　　在其它编程语言中，你必须使用变量。shell编程中，所有变量都由字符串组成，并且不需要声明。要给一个变量赋值，你可以这么写：


代码:
变量名=值


　　在变量名之前加一个$，就可以取出变量值：


代码:
#!/bin/sh
#对变量赋值：
a="hello world"

# 打印变量a的值：
echo "A is:" $a


　　挑个自己喜欢的编辑器，输入以上内容，并保存为文件first，然后执行 chmod +x first 使其可执行，最后输入 ./first 执行该脚本。其输出结果如下：


引用:
A is: hello world


　　有时候变量名可能会和其它文字混淆，比如：


代码:
num=2
echo "this is the $numnd"


　　上述脚本并不会输出"this is the 2nd"，只会打印"this is the "；这是由于shell会去搜索变量numnd的值，而实际上这个变量此时并没有值。可以使用花括号来告诉shell我们要打印的是num变量：


代码:
num=2
echo "this is the ${num}nd"


　　上述脚本的输出结果为： this is the 2nd

　　有许多变量是系统自动设定的，在后面用到这些变量时我们再作说明。如果你需要处理数学表达式，那么得借助诸如 expr 的程序。

　　除了仅在脚本内有效的普通shell变量外，还有环境变量，即那些由export关键字处理过的变量。本文不讨论环境变量，因为一般只在登录脚本中使用环境变量。

Shell命令和流程控制

　　在shell脚本中可以使用三类命令：

1) Unix 命令:

　　在shell脚本中可以使用任意unix命令，不过实际上最为常用的通常是那些文件和文字操作相关的命令。下面介绍一些常用命令语法及功能：

　　echo "some text": 在屏幕上输出信息

　　ls: 文件列表

　　wc –l file wc -w file wc -c file: 分别计算文件的行数（line）、单词数（word）和字符数（character）

　　cp sourcefile destfile: 文件拷贝

　　mv oldname newname : 重命名文件或移动文件

　　rm file: 删除文件

　　grep 'pattern' file: 在文件内搜索字符串或和正则表达式匹配的字符串

　　cut -b column file: 将指定范围内的文件内容输出到标准输出设备（屏幕）上。比如：输出每行第5至9个字符 cut -b5-9 file.txt，注意不要和cat命令混淆，这是两个完全不同的命令

　　cat file.txt: 输出文件内容到标准输出设备（屏幕）上

　　file somefile: 取得文件somefile的文件类型

　　read var: 提示用户输入，并将输入内容赋值给变量var

　　sort file.txt: 对file.txt文件所有行进行排序

　　uniq: 只输出文件中内容不一致的行，如： sort file.txt | uniq

　　expr: 进行数囗囗算，如要进行2+3的运算，命令为: expr 2 "+" 3

　　find: 搜索文件，如根据文件名搜索：find . -name filename -print

　　tee: 将数据输出到标准输出设备(屏幕) 和文件，比如：somecommand | tee outfile

　　basename file: 返回不包含路径的文件名，如： basename /bin/tux 会返回 tux

　　dirname file: 返回文件所在路径，如：dirname /bin/tux 会返回 /bin

　　head file: 打印文本文件开头几行

　　tail file : 打印文本文件末尾几行

　　sed: Sed是一个基本的查找替换程序。可以从标准输入（如命令管道）读入文本，并将结果输出到标准输出（屏幕）；该命令采用正则表达式进行搜索。不要和shell中的通配符相混淆。比如将 ubuntu 替换为 Ubuntu ：cat text.file | sed 's/ubuntu/Ubuntu/' > newtext.file

　　awk: awk 用来提取文本文件中的字段。缺省的字段分割符是空格，可以使用 -F 指定其它分割符。cat file.txt | awk -F, '{print $1 "," $3 }'，这里我们使用 , 作为字段分割符，同时打印第一和第三个字段。如果该文件内容为 Adam Bor, 34, IndiaKerry Miller, 22, USA，则上述命令的输出为：Adam Bor, IndiaKerry Miller, USA

2) 概念: 管道, 重定向和 backtick

　　尽管这些都不是系统命令，不过它们扮演着相当重要的角色。

　　管道 (|) 将一个命令的输出作为另外一个命令的输入。


代码:
grep "hello" file.txt | wc -l


　　上述命令会在file.txt中搜索包含有”hello”的行并计算行数，这里grep命令的输出成了wc命令的输入。当然您可以使用多个命令。

　　重定向：将命令的结果输出到文件，而不是标准输出（屏幕）。


代码:
　　> 写入文件并覆盖旧文件

　　>> 加到文件的尾部，保留旧文件内容。


反短斜线

　　使用反短斜线可以将一个命令的输出作为另外一个命令的一个命令行参数。


代码:
find . -mtime -1 -type f -print


　　上述命令可以查找过去24小时（-mtime –2则表示过去48小时）内修改过的文件。如果你想将所有查找到的文件打一个包，则可以使用以下脚本：


代码:
#!/bin/sh
# The ticks are backticks (`) not normal quotes ('):
tar -zcvf lastmod.tar.gz `find . -mtime -1 -type f -print`


3) 流程控制

　　"if" 表达式如果条件为真则执行then后的部分：


代码:
if ....; then
　 ....
elif ....; then
　 ....
else
　 ....
fi


　　大多数情况下，可以使用测试命令来对条件进行测试。比如可以比较字符串、判断文件是否存在及是否可读等等…通常用" [ ] "来表示条件测试，注意这里的空格很重要，要确保方括号前后的空格。


代码:
[ -f "somefile" ] ：判断是否是一个文件
[ -x "/bin/ls" ] ：判断/bin/ls是否存在并有可执行权限
[ -n "$var" ] ：判断$var变量是否有值
[ "$a" = "$b" ] ：判断$a和$b是否相等

　　执行man test可以查看所有测试表达式可以比较和判断的类型。

　　直接执行以下脚本：


代码:
#!/bin/sh
if [ "$SHELL" = "/bin/bash" ]; then
　echo "your login shell is the bash (bourne again shell)"
else
　echo "your login shell is not bash but $SHELL"
fi


　　变量$SHELL包含了登录shell的名称，我们拿它和/bin/bash进行比较。

快捷操作符

　　熟悉C语言的朋友可能会很喜欢下面的表达式：


代码:
[ -f "/etc/shadow" ] && echo "This computer uses shadow passwors"


　　这里的 && 就是一个快捷操作符，如果左边的表达式为真则执行右边的语句。你也可以把它看作逻辑运算的与操作。上述脚本表示如果/etc/shadow文件存在，则打印” This computer uses shadow passwors”。同样或操作(||)在shell编程中也可以用，例如：


代码:
#!/bin/sh

mailfolder=/var/spool/mail/james
[ -r "$mailfolder" ] || { echo "Can not read $mailfolder" ; exit 1; }
echo "$mailfolder has mail from:"
grep "^From " $mailfolder


　　该脚本首先判断mailfolder是否可读，如果可读则打印该文件中的"From" 一行。如果不可读则或操作生效，打印错误信息后脚本退出。这里有个问题，那就是我们必须有两个命令：

　　-打印错误信息

　　-退出程序

　　我们使用花括号以匿名函数的形式将两个命令放到一起作为一个命令使用。一般函数将在下文提及。不用与和或操作符，我们也可以用if表达式作任何事情，但是使用与或操作符会更便利很多。

　　case表达式可以用来匹配一个给定的字符串，而不是数字。


代码:
case ... in
...) do something here ;;
esac


　　让我们看一个例子，file命令可以辨别出一个给定文件的文件类型，如：file lf.gz，该命令输出结果为：


引用:
lf.gz: gzip compressed data, deflated, original filename,
last modified: Mon Aug 27 23:09:18 2001, os: Unix


　　我们利用这一点写了一个叫做smartzip的脚本，该脚本可以自动解压bzip2, gzip 和zip 类型的压缩文件：


#!/bin/sh
ftype=`file "$1"`
case "$ftype" in
"$1: Zip archive"*)
　　unzip "$1" ;;
"$1: gzip compressed"*)
　　gunzip "$1" ;;
"$1: bzip2 compressed"*)
　　bunzip2 "$1" ;;
*) error "File $1 can not be uncompressed with smartzip";;
esac



　　您可能注意到我们在这里使用了一个特殊的变量$1。该变量包含了传递给该程序的第一个参数值。也就是说，当我们运行：


smartzip articles.zip
$1 就是字符串 articles.zip



　　select 表达式是一种bash的扩展应用，尤其擅长于交互式使用。用户可以从一组不同的值中进行选择。


select var in ... ; do
　break
done
.... now $var can be used ....
下面是一个例子：
#!/bin/sh
echo "What is your favourite OS?"
select var in "Linux" "Gnu Hurd" "Free BSD" "Other"; do
　　　　break
done
echo "You have selected $var"



　　下面是该脚本运行的结果：


What is your favourite OS?
1) Linux
2) Gnu Hurd
3) Free BSD
4) Other
#? 1
You have selected Linux



　　您也可以在shell中使用如下的loop表达式：


while ...; do
....
done



　　while-loop 将运行直到表达式测试为真。will run while the expression that we test for is true. 关键字"break" 用来跳出循环。而关键字”continue”用来不执行余下的部分而直接跳到下一个循环。

　　for-loop表达式查看一个字符串列表 (字符串用空格分隔) 然后将其赋给一个变量：


for var in ....; do
　....
done



　　在下面的例子中，将分别打印ABC到屏幕上：


#!/bin/sh
for var in A B C ; do
　echo "var is $var"
done



　　下面是一个更为有用的脚本showrpm，其功能是打印一些RPM包的统计信息：


#!/bin/sh
# list a content summary of a number of RPM packages
# USAGE: showrpm rpmfile1 rpmfile2 ...
# EXAMPLE: showrpm /cdrom/RedHat/RPMS/*.rpm
for rpmpackage in $*; do
　if [ -r "$rpmpackage" ];then
　　echo "=============== $rpmpackage =============="
　　rpm -qi -p $rpmpackage
　else
　　echo "ERROR: cannot read file $rpmpackage"
　fi
done



　　这里出现了第二个特殊的变量$*，该变量包含了所有输入的命令行参数值。如果您运行showrpm openssh.rpm w3m.rpm webgrep.rpm

　　此时 $* 包含了 3 个字符串，即openssh.rpm, w3m.rpm and webgrep.rpm.

引号

　　在向程序传递任何参数之前，程序会扩展通配符和变量。这里所谓扩展的意思是程序会把通配符（比如*）替换成合适的文件名，它变量替换成变量值。为了防止程序作这种替换，您可以使用引号：让我们来看一个例子，假设在当前目录下有一些文件，两个jpg文件， mail.jpg 和tux.jpg。


#!/bin/sh
echo *.jpg



　　这将打印出"mail.jpg tux.jpg"的结果。

　　引号 (单引号和双引号) 将防止这种通配符扩展：


#!/bin/sh
echo "*.jpg"
echo '*.jpg'



　　这将打印"*.jpg" 两次。

　　单引号更严格一些。它可以防止任何变量扩展。双引号可以防止通配符扩展但允许变量扩展。


#!/bin/sh
echo $SHELL
echo "$SHELL"
echo '$SHELL'



　　运行结果为：


/bin/bash
/bin/bash
$SHELL



　　最后，还有一种防止这种扩展的方法，那就是使用转义字符——反斜杆：


echo *.jpg
echo $SHELL



　　这将输出：


*.jpg
$SHELL
Here documents



　　当要将几行文字传递给一个命令时，here documents（译者注：目前还没有见到过对该词适合的翻译）一种不错的方法。对每个脚本写一段帮助性的文字是很有用的，此时如果我们四有那个 here documents就不必用echo函数一行行输出。 一个 "Here document" 以 << 开头，后面接上一个字符串，这个字符串还必须出现在here document的末尾。下面是一个例子，在该例子中，我们对多个文件进行重命名，并且使用here documents打印帮助：


#!/bin/sh
# we have less than 3 arguments. Print the help text:
if [ $# -lt 3 ] ; then
cat < ren -- renames a number of files using sed regular expressions

USAGE: ren 'regexp' 'replacement' files...

EXAMPLE: rename all *.HTM files in *.html:
　ren 'HTM$' 'html' *.HTM

HELP
　exit 0
fi
OLD="$1"
NEW="$2"
# The shift command removes one argument from the list of
# command line arguments.
shift
shift
# $* contains now all the files:
for file in $*; do
　　if [ -f "$file" ] ; then
　　　newfile=`echo "$file" | sed "s/${OLD}/${NEW}/g"`
　　　if [ -f "$newfile" ]; then
　　　　echo "ERROR: $newfile exists already"
　　　else
　　　　echo "renaming $file to $newfile ..."
　　　　mv "$file" "$newfile"
　　　fi
　　fi
done



　　这是一个复杂一些的例子。让我们详细讨论一下。第一个if表达式判断输入命令行参数是否小于3个 (特殊变量$# 表示包含参数的个数) 。如果输入参数小于3个，则将帮助文字传递给cat命令，然后由cat命令将其打印在屏幕上。打印帮助文字后程序退出。如果输入参数等于或大于3个，我们就将第一个参数赋值给变量OLD，第二个参数赋值给变量NEW。下一步，我们使用shift命令将第一个和第二个参数从参数列表中删除，这样原来的第三个参数就成为参数列表$*的第一个参数。然后我们开始循环，命令行参数列表被一个接一个地被赋值给变量$file。接着我们判断该文件是否存在，如果存在则通过sed命令搜索和替换来产生新的文件名。然后将反短斜线内命令结果赋值给newfile。这样我们就达到了我们的目的：得到了旧文件名和新文件名。然后使用mv命令进行重命名。

函数

　　如果您写了一些稍微复杂一些的程序，您就会发现在程序中可能在几个地方使用了相同的代码，并且您也会发现，如果我们使用了函数，会方便很多。一个函数是这个样子的：


functionname()
{
# inside the body $1 is the first argument given to the function
# $2 the second ...
body
}



　　您需要在每个程序的开始对函数进行声明。

　　下面是一个叫做xtitlebar的脚本，使用这个脚本您可以改变终端窗口的名称。这里使用了一个叫做help的函数。正如您可以看到的那样，这个定义的函数被使用了两次。


#!/bin/sh
# vim: set sw=4 ts=4 et:

help()
{
　　cat < xtitlebar -- change the name of an xterm, gnome-terminal or kde konsole

USAGE: xtitlebar [-h] "string_for_titelbar"

OPTIONS: -h help text

EXAMPLE: xtitlebar "cvs"

HELP
　　exit 0
}

# in case of error or if -h is given we call the function help:
[ -z "$1" ] && help
[ "$1" = "-h" ] && help

# send the escape sequence to change the xterm titelbar:
echo -e "33]0;$107"
#



　　在脚本中提供帮助是一种很好的编程习惯，这样方便其他用户（和您）使用和理解脚本。

命令行参数

　　我们已经见过$* 和 $1, $2 ... $9 等特殊变量，这些特殊变量包含了用户从命令行输入的参数。迄今为止，我们仅仅了解了一些简单的命令行语法（比如一些强制性的参数和查看帮助的-h选项）。但是在编写更复杂的程序时，您可能会发现您需要更多的自定义的选项。通常的惯例是在所有可选的参数之前加一个减号，后面再加上参数值 (比如文件名)。

　　有好多方法可以实现对输入参数的分析，但是下面的使用case表达式的例子无遗是一个不错的方法。


#!/bin/sh
help()
{
　cat < This is a generic command line parser demo.
USAGE EXAMPLE: cmdparser -l hello -f -- -somefile1 somefile2
HELP
　exit 0
}

while [ -n "$1" ]; do
case $1 in
　　-h) help;shift 1;; # function help is called
　　-f) opt_f=1;shift 1;; # variable opt_f is set
　　-l) opt_l=$2;shift 2;; # -l takes an argument -> shift by 2
　　--) shift;break;; # end of options
　　-*) echo "error: no such option $1. -h for help";exit 1;;
　　*) break;;
esac
done

echo "opt_f is $opt_f"
echo "opt_l is $opt_l"
echo "first arg is $1"
echo "2nd arg is $2"



　　您可以这样运行该脚本：

cmdparser -l hello -f -- -somefile1 somefile2


　　返回的结果是：


opt_f is 1
opt_l is hello
first arg is -somefile1
2nd arg is somefile2



　　这个脚本是如何工作的呢？脚本首先在所有输入命令行参数中进行循环，将输入参数与case表达式进行比较，如果匹配则设置一个变量并且移除该参数。根据unix系统的惯例，首先输入的应该是包含减号的参数。

实例

　　一般编程步骤

　　现在我们来讨论编写一个脚本的一般步骤。任何优秀的脚本都应该具有帮助和输入参数。并且写一个伪脚本（framework.sh），该脚本包含了大多数脚本都需要的框架结构，是一个非常不错的主意。这时候，在写一个新的脚本时我们只需要执行一下copy命令：

cp framework.sh myscript


　　然后再插入自己的函数。

　　让我们再看两个例子：

　　二进制到十进制的转换

　　脚本 b2d 将二进制数 (比如 1101) 转换为相应的十进制数。这也是一个用expr命令进行数囗囗算的例子：


#!/bin/sh
# vim: set sw=4 ts=4 et:
help()
{
　cat < b2h -- convert binary to decimal

USAGE: b2h [-h] binarynum

OPTIONS: -h help text

EXAMPLE: b2h 111010
will return 58
HELP
　exit 0
}

error()
{
　　# print an error and exit
　　echo "$1"
　　exit 1
}

lastchar()
{
　　# return the last character of a string in $rval
　　if [ -z "$1" ]; then
　　　　# empty string
　　　　rval=""
　　　　return
　　fi
　　# wc puts some space behind the output this is why we need sed:
　　numofchar=`echo -n "$1" | wc -c | sed 's/ //g' `
　　# now cut out the last char
　　rval=`echo -n "$1" | cut -b $numofchar`
}

chop()
{
　　# remove the last character in string and return it in $rval
　　if [ -z "$1" ]; then
　　　　# empty string
　　　　rval=""
　　　　return
　　fi
　　# wc puts some space behind the output this is why we need sed:
　　numofchar=`echo -n "$1" | wc -c | sed 's/ //g' `
　　if [ "$numofchar" = "1" ]; then
　　　　# only one char in string
　　　　rval=""
　　　　return
　　fi
　　numofcharminus1=`expr $numofchar "-" 1`
　　# now cut all but the last char:
　　rval=`echo -n "$1" | cut -b 0-${numofcharminus1}`
}


while [ -n "$1" ]; do
case $1 in
　　-h) help;shift 1;; # function help is called
　　--) shift;break;; # end of options
　　-*) error "error: no such option $1. -h for help";;
　　*) break;;
esac
done

# The main program
sum=0
weight=1
# one arg must be given:
[ -z "$1" ] && help
binnum="$1"
binnumorig="$1"

while [ -n "$binnum" ]; do
　　lastchar "$binnum"
　　if [ "$rval" = "1" ]; then
　　　　sum=`expr "$weight" "+" "$sum"`
　　fi
　　# remove the last position in $binnum
　　chop "$binnum"
　　binnum="$rval"
　　weight=`expr "$weight" "*" 2`
done

echo "binary $binnumorig is decimal $sum"
#



　　该脚本使用的算法是利用十进制和二进制数权值 (1,2,4,8,16,..)，比如二进制"10"可以这样转换成十进制：

0 * 1 + 1 * 2 = 2


　　为了得到单个的二进制数我们是用了lastchar 函数。该函数使用wc –c计算字符个数，然后使用cut命令取出末尾一个字符。Chop函数的功能则是移除最后一个字符。

　　文件循环程序

　　或许您是想将所有发出的邮件保存到一个文件中的人们中的一员，但是在过了几个月以后，这个文件可能会变得很大以至于使对该文件的访问速度变慢。下面的脚本rotatefile 可以解决这个问题。这个脚本可以重命名邮件保存文件（假设为outmail）为outmail.1，而对于outmail.1就变成了outmail.2 等等等等...


#!/bin/sh
# vim: set sw=4 ts=4 et:
ver="0.1"
help()
{
　　cat < rotatefile -- rotate the file name

USAGE: rotatefile [-h] filename

OPTIONS: -h help text

EXAMPLE: rotatefile out
This will e.g rename out.2 to out.3, out.1 to out.2, out to out.1
and create an empty out-file

The max number is 10

version $ver
HELP
　　exit 0
}

error()
{
　　echo "$1"
　　exit 1
}
while [ -n "$1" ]; do
case $1 in
　　-h) help;shift 1;;
　　--) break;;
　　-*) echo "error: no such option $1. -h for help";exit 1;;
　　*) break;;
esac
done

# input check:
if [ -z "$1" ] ; then
error "ERROR: you must specify a file, use -h for help"
fi
filen="$1"
# rename any .1 , .2 etc file:
for n in 9 8 7 6 5 4 3 2 1; do
　　if [ -f "$filen.$n" ]; then
　　　　p=`expr $n + 1`
　　　　echo "mv $filen.$n $filen.$p"
　　　　mv $filen.$n $filen.$p
　　fi
done
# rename the original file:
if [ -f "$filen" ]; then
　　echo "mv $filen $filen.1"
　　mv $filen $filen.1
fi
echo touch $filen
touch $filen



　　这个脚本是如何工作的呢？在检测用户提供了一个文件名以后，我们进行一个9到1的循环。文件9被命名为10，文件8重命名为9等等。循环完成之后，我们将原始文件命名为文件1同时建立一个与原始文件同名的空文件。

调试

　　最简单的调试命令当然是使用echo命令。您可以使用echo在任何怀疑出错的地方打印任何变量值。这也是绝大多数的shell程序员要花费80%的时间来调试程序的原因。Shell程序的好处在于不需要重新编译，插入一个echo命令也不需要多少时间。

　　shell也有一个真实的调试模式。如果在脚本"strangescript" 中有错误，您可以这样来进行调试：

sh -x strangescript


　　这将执行该脚本并显示所有变量的值。

　　shell还有一个不需要执行脚本只是检查语法的模式。可以这样使用：

sh -n your_script


　　这将返回所有语法错误。

　　我们希望您现在可以开始写您自己的shell脚本，希望您玩得开心。