chapter 10：Sh 编程

摘要

本章主要内容是sh编程，解释了sh脚本和不同版本的sh。它将sh脚本与C程序进行了比较，并指出了解释型语言和编译型语言之间的区别。

10.1 sh脚本

sh脚本是一个包含sh语句的文本文件，用于执行命令解释器sh的命令
sh脚本的第一行通常以#!开头，这被称为shebang，指定了脚本所针对的程序名称
使用chmod +x命令将脚本文件设为可执行
sh脚本可以执行各种命令和内置命令，使用echo命令可以在脚本中输出文本

10.2 sh脚本与C程序的比较

sh脚本和C程序在语法形式和用法上有一些相似之处，但根本上是不同的

sh	C
INTERPRETER: read & execute	COMPILE-LINKED to a.out
mysh a b c d	a.out a b c d
$0 $1 $2 $3 $4	main(int argc, char *argv[ ])

sh脚本是解释执行的，逐行读取并执行命令，而C程序需要先编译为二进制可执行文件后再运行
在C程序中，变量有类型，而在sh脚本中，一切都是字符串
C程序需要有一个main()函数作为入口点，而sh脚本的入口点是脚本中的第一个可执行语句

10.3 命令行参数

sh脚本可以通过命令行参数来调用，参数可以通过$0、$1、$2等位置参数来访问
前10个命令行参数可以直接通过$0到$9的形式访问，其他参数需要使用${10}到${n}的形式引用
内置变量$#和$*可以用于计算和显示命令行参数的数量和所有参数的值
其他与命令执行相关的内置变量有$$表示正在执行sh的进程的PID，$?表示上次命令执行的退出状态

示例：

假设以下mysh脚本按如下方式运行：

mysh	abc	D	E	F	G	H	I	J	K	L	M	N
#	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12

该脚本的内容如下：

1. #! /bin/bash
2. echo \$# = $#	#	$# = 12
3. echo \$* = $*	#	$* = abc D E F G H I J K L M N
4. echo $1 $9 $10	#	abc K abc0 (注意：$10变成了abc0)
5. echo $1 $9 ${10}	#	abc K L (注意：${10}是L)
6. shift		#	replace $1、$2..with $2、$3...
7. echo $1 $9 ${10}	#	D L M

通过实例展示了sh脚本中使用命令行参数的方法
特殊字符$表示替换，若要原样使用$，需要使用单引号或通过\进行转义
注意在脚本中处理$10时的情况，sh将其视为$1和0的连接，并将$1替换成abc，导致$10变成abc0
使用shift命令可以将位置参数左移一位，使得$2=$1、$3=$2，依此类推

10.4 内置变量

Shell具有许多内置变量，例如PATH、HOME、TERM等。用户还可以使用任何符号作为Shell变量，无需声明。所有的Shell变量值都是字符串。未分配值的Shell变量是空字符串。

变量的赋值

Shell变量可以通过以下方式设置或分配值：

变量名=字符串 # 注意：令牌之间不能有空格

如果A是一个变量，则$A是它的值。

echo A ==> A
echo $A # 如果变量A未设置，打印 (null)
A="this is fun" # 设置 A 的值
echo $A ==> this is fun
B=A # 将A分配给B
echo $B ==> A（B被分配了字符串"A"）
B=$A # B取A的值
echo $B ==> this is fun

10.5 引号

Shell中有许多特殊字符，如$、/、*、>、<等，为了使用它们作为普通字符，需要使用\或单引号将它们引起来。在单引号内无法使用转义符或变量，但是在双引号内可以使用变量。

A=xyz
echo \$A ==> $A # 转义$字符
echo '$A' ==> $A # 单引号内无法使用转义符或变量
echo "see $A " ==> see xyz # 在双引号内可以使用变量

10.6 语句执行

Shell语句包括所有Unix /Linux命令，具有可能的I/O重定向。此外，Shell编程语言也支持条件测试、循环和case等语句，以控制Shell程序的执行。

ls
ls > outfile
date
cp f1 f2
mkdir newdir
cat < filename

10.7.1 内置命令

sh 有许多内置命令，它们在执行时不会派生出新的进程。以下是一些常用的内置命令：

. file: 读取并执行文件。
break [n]: 退出最接近的第 n 层嵌套循环。
cd [dirname]: 改变当前目录。
continue [n]: 重新开始最接近的第 n 层嵌套循环。
eval [arg …]: 对参数进行一次求值并让 sh 执行结果命令。
exec [arg …]: 让 sh 执行命令并退出当前进程。
exit [n]: 让 sh 以指定的状态码 n 退出。
export [var .. ]: 导出变量给后续的命令。
read [var … ]: 从标准输入读取一行并将其分割成标记，将标记值赋给列出的变量。
set [arg … ]: 设置执行环境中的变量。
shift: 将位置参数 $2 $3 … 重命名为 $1 $2 … 。
trap [arg] [n]: 接收到信号 n 时执行 arg 。
umask [ddd]: 设置umask为八进制数字ddd。
wait [pid]: 等待进程 pid ，如果 pid 没有被给定，则等待所有活动子进程。

read 命令：

当 sh 执行 read 命令时，它会等待从标准输入中获取输入行。它将输入行分割成标记，并将这些标记分配给指定变量。一个常见的用法是通过 read 命令来让用户与执行的 sh 进程进行交互。例如：

echo -n "enter yes or no : "    # 等待标准输入输入行
read ANS                        # 读取标准输入中的一行
echo $ANS                       # 输出用户的输入

在获取到输入之后，sh 可以根据输入字符串来决定下一步该做什么。

10.7.2 Linux 命令

sh 可以执行所有的 Linux 命令。其中，一些命令已经成为了 sh 的常用部分，因为它们在 sh 脚本中被广泛使用。以下列出并解释了其中的一些命令。

echo 命令

echo 命令会将参数字符串作为行输出到标准输出。除非被引用，它通常将连续的空格缩减为一个空格。

示例：

echo This is a line      # 输出 This is a line
echo "This is a line"    # 输出 This is a line
echo -n hi               # 输出 hi，但不换行
echo there               # 输出 hi there

expr 命令

由于所有的 sh 变量都是字符串，因此我们无法直接将它们作为数字值更改。例如，下面的语句：

I=123           # I 被赋值为字符串 "123"
I=I + 1         # I 被赋值为字符串 "I + 1"

与其将 I 的数值增加 1，上述语句只是将 I 更改为字符串 "I + 1"，这肯定不是我们所希望的（即将 I 更改为 "124"）。间接地改变 sh 变量的（数值）值可以通过 expr 命令来完成。expr 是一个程序，它的运行方式如下：

expr string1 OP string2 # OP 为任何二元数字运算符

它首先将两个参数字符串转换为数字，执行（二元）运算符 OP，然后将结果数字转换回字符串。因此，执行下面的操作：

I=123
I=$(expr $I + 1)

将 I 从 "123" 更改为 "124"。同样地，expr 还可用于对 sh 变量执行其他算术运算，其值是由数字 digit 字符串构成的。

管道命令

sh 脚本中经常使用管道来充当过滤器。例如：

ps –ax | grep httpd
cat file | grep word

实用程序命令

除了上述的 Linux 命令，sh 还使用许多其他实用程序程序作为命令。这些工具包括：

awk: 数据操作程序。
cmp: 比较两个文件。
comm: 选择两个已排序文件中的相同行。
grep: 在一组文件中匹配模式。
diff: 查找两个文件之间的差异。
join: 通过相同键连接记录来比较两个文件。
sed: 流或行编辑器。
sort: 排序或合并文件。
tail: 输出文件的最后 n 行。
tr: 单向字符转换。
uniq: 从文件中删除连续的重复行。

10.8 命令替代

在sh中，使用$A代替A的值。同样，当sh看到cmd(在反引号中)或$(cmd)时，它首先执行cmd，然后将$(cmd)替换为执行结果字符串。

示例

```shell echo $(date) # 显示date命令的结果字符串 echo $(ls dir) # 显示ls dir命令的结果字符串 ```

10.9 sh控制语句

sh是一种编程语言。它支持许多执行控制语句，与C语言类似。

10.9.1 if-else-fi语句

if-else-fi语句的语法为：

if [ condition ]
then
    statements
else
    statements
fi

每个语句必须单独一行，但是如果它们由分号;分隔，那么sh允许在同一行上分隔多个语句。
sh允许使用-eq，-ne，-lt，-gt等运算符将参数作为整数进行比较。
TEST程序还可以测试文件类型和文件属性，在文件操作中经常需要。

10.9.2 for语句

sh中的for语句与C中的for循环行为相同。

其语法是：

for VARIABLE in string1 string2 .... stringn
do
    commands
done

示例

for FRUIT in apple orange banana cherry
do 
    echo $FRUIT # 打印apple orange banana cherry每一行
done
for NAME in $*
do
    echo $NAME # 列出所有的命令行参数字符串
    if [ -f $NAME ]; then
        echo $NAME is a file
    elif [ -d $NAME ]; then
        echo $NAME is a DIR
    fi
done

10.9.3 while语句

sh中的while语句与C中的while循环相似。

其语法为：

while [ condition ]
do
    commands
done

当条件为true时，sh将重复执行do-done关键字中的命令。

示例

以下代码段创建目录dir0、dir1 ... dir10000:

shell
I=0 # 将I设置为 "0" (STRING)
while [ $I != 10000 ] # 作为字符串进行比较；或者作为数字运行while [ $I \< 1000 ]
do
    echo $I # echo current $I value
    mkdir dir$I # 创建目录dir0、dir1等
    I=$(expr $I + 1) # 使用expr将I的值加1
done

10.9.4 until-do语句

sh的until-do语句与C语言中的do-until语句类似。

其语法为：

until [ $ANS = "give up" ]
do
    echo -n "enter your answer : "
    read ANS
done

sh将重复执行do-done关键字中的命令，直到条件为真为止。

10.9.5 case语句

sh的case语句与C语言中的case语句类似，但在sh编程中很少使用。

其语法为：

case $variable in
    pattern1) commands;; # 注意双分号;;
    pattern2) command;;
    patternN) command;;
esac

10.9.6 continue和break语句

与C语言中一样，continue重启最近循环的下一次迭代，而break退出最近的循环，它们在sh中与C中完全相同。

10.10 I/O重定向

I/O重定向可以将输入和输出从默认的stdin、stdout、stderr重定向到其他文件。
使用" > file"将stdout重定向到文件中，如果文件不存在，则创建该文件。
使用" >> file"将stdout追加到文件中。
使用" < file"将文件作为stdin输入，文件必须存在且有读取权限。
使用" << word"从"here"文件获取输入，直到出现只包含"word"的行。

10.11 嵌入文档

嵌入文档允许将stdin的输入输出到stdout，直到遇到预先设定的关键字。
可以使用echo和预先设定的关键字来创建Here文档。
嵌入文档通常用于生成长的描述性文本块，而无需逐行回显。

10.12 sh函数

sh函数的定义方式为"func(){ }"。
所有函数必须在可执行语句之前定义。
函数可以通过"$0"、"$1"到"$n"来引用传递的参数。
函数执行完成后，可以通过"$?"获取其退出状态。

10.13 sh中的通配符

"*"通配符可以扩展为当前目录中的所有文件。
"?"通配符用于查询文件名中的字符。
"[]"通配符用于查询文件名中的一对"[]"中的字符。

10.14 命令分组

可以使用"{ }"或"()"将命令分组在一起。
"{ }"在同一环境中执行命令，并可用于重定向I/O。
"()"由子进程执行，可以更改工作目录和分配变量，不会影响父进程。

10.15 eval语句

eval是sh内置命令，用于将输入参数字符串连接为单个字符串。
eval会执行变量和命令替换，并将生成的字符串作为sh的输入执行。

10.16 调试sh文本

使用子 sh 进行调试，子 sh 需要使用 -x 选项进行调试，例如 bash -x mysh，会显示每个要执行的 sh 命令（包括变量和命令替换）执行命令之前。
如果出现错误，sh 将停在错误行并显示错误消息。

10.17 sh 脚本的应用

sh 脚本最常用于执行包含一长串命令的常规工作。
例子 1：Linux 安装包是用 sh 脚本编写的，用户在安装过程中，可以与该 sh 脚本交互，查找硬盘、对硬盘分区和格式化、从安装媒介中提取文件并安装到目录中。
例子 2：登录过程会执行一系列的 sh 脚本，如 .login、.profile、.bashrc 等，来自动配置用户进程的执行环境。
例子 3：编译链接任务，可以通过包含编译和链接命令的 sh 脚本来完成简单的编译链接任务，而不是使用 Makefiles。
例子 4：为 Linux 机器上的 CS 课程创建用户帐户。