Shell 入门指南

Shell 使得 Linux/Unix 程序员能够通过脚本语言与操作系统的核心功能进行交互，配合各类不同的应用可以组合出各种神奇的套路。这里会以 Bash 为例，用系列文章跟大家分享 Shell 的洪荒之力。

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更新记录

• 2016.08.02: 初稿

本指南需要读者有一定 Linux 基础，会尽可能把各个概念都说明白，但是说到底编程是一门手艺，手艺就需要去探索和练习，所以遇到问题先自己想想怎么办，不行再寻求帮助。

Hello World

我们先来看一个最简单的 Shell 程序：

#!/bin/bash
echo "Hello World! This is wdxtub."
# 显示时间
echo "Today is: $(date)"

把上面的代码保存到 hw.sh 中，然后在终端中进入包含 hw.sh 的文件夹中，用 chmod u+x hw.sh 添加执行权限，最后用 ./hw.sh 执行。应该能看到如下输出：

$ ./hw.sh # < 这句表示执行该 Shell 脚本
Hello World! This is wdxtub. # < 之后是执行的结果
Today is: Tue Aug 2 11:57:24 CST 2016

可能第一行的 #!/bin/bash 就让人迷糊了，没事，我现在就来解释。第一行叫 shebang，用来告知系统如何执行该脚本，这句话的意思就是说要用 /bin/bash 这个程序来跑这段代码。有意思的是，这一句也可以带参数，如果我们想开启调试功能，可以把第一句改为 #!/bin/bash -xv 即可

我们还能学到的东西是：

• 用 # 表示这个符号之后同一行是注释
• 每一句指令用换行或分号隔开
• 可以用 echo 命令来输出字符串，默认添加一个换行符
• 可以用 date 命令来获取当前的时间
• 如果想在一条指令里插入另一条指令，可以把另一条指令用 $() 包住（就像 date 那样）

很简单对不对，没错，实际上 Shell 程序就是把脚本放到一起来执行而已，如果对 Linux 命令有比较清晰的了解的话，简直易如反掌。不过，这只是基础而已，还有很多 shell 的『魔法』需要我们去掌握。

如果是纯新手怎么办呢？没事，我也有准备，可以在命令行中输入 man bash 或者访问这里查看英文/中文版的使用说明。至于为什么这里只介绍 bash 呢？因为大部分 Linux 环境默认是用 bash 的，比方说各类云服务提供商开出来的虚拟机，如果不想每台机都重新去配置的话，直接学好 bash 是完全够用的。同理，了解 vim 和 tmux 的默认配置也很重要，毕竟不可能用一台机就先去配一堆自定义环境和快捷键吧（别人也需要用呢）

Bash 基本操作

作为执行 shell 脚本的程序，bash 的交互式版本有的时候甚至比 shell 本身还更常用，毕竟登录到远程服务器，面对的就是一个闪动的光标，也就是 bash 了。我们就先来了解一下 bash 基本的操作，这样在测试命令的时候就会方便许多。

所谓操作，其实就是各类快捷键，这里挑些常用的介绍一下，一句话：熟能生巧（这里为了显示的时候好看，字母都用大写，实际上操作的时候，用小写即可）

• Tab 能够自动补全，从命令名称到文件夹到路径，多按两下还能出个列表方便我们输入，是居家旅行必备操作，如果只能记住一个快捷键，那么记住 Tab 即可
• Ctrl+R 用来搜索，按下之后就可以输入搜索的关键词，再按一次 Ctrl+R 可以切换到下一个匹配的结果，如果找到合适的，按下 Enter 就可以执行，按下 → 会把查询结果放到当前行，我们可以进行编辑
• Ctrl+W 删除该行最后一个单词，至于怎么定义一个单词呢？常见的分隔符有 空格, _, ,, :, - 等等（基本上不是字母和数字就可以认为是分隔符）
• Ctrl+U 删除整行
• Ctrl+A 将光标移到行首
• Ctrl+E 将光标移到行尾
• Ctrl+K 删除从光标处到行尾的所有内容
• Ctrl+L 清屏
• 输入 history 可以查看命令行的历史
• !$ 会展开上一条命令的最后一个参数，回车后会作为命令的一部分执行
• !! 会展开上一条命令，直接回车会再次执行；只查看历史请用 history
• 输入 cd - 可以回到上一个工作路径
• 如果想要设定 bash 的提示文本，需要修改 ~/.bashrc 中的 PS1 环境变量

好！了解了这些我们就可以继续旅程了，我们就从前面出现的 echo 命令说起吧！

热身：打印文本

echo

前面我们输出字符串时，用的命令是 echo "Hello World! This is wdxtub."，其中字符串是用双引号包住的，但其实不带双引号，或者用单引号也可以完成这样的效果，比如：

$ echo Hello World
Hello World

$ echo 'Hello World'
Hello World

那么问题来了，这三种用什么区别呢？

• 不带引号的 echo 没办法显示 ;，因为分号是用来分隔命令的
• 使用单引号 echo 不会对命令中的变量求值，只按照原样显示（变量会在下一节说明，这里简单有个概念即可）
• 使用双引号 echo 有些值需要进行转义（使用 \），比方说感叹号

printf

除了 echo 命令，我们其实还可以用 printf 命令来进行格式化输出，不过需要注意的是这里我们需要自己添加换行符，我们在前面的脚本文件中添加如下三行:

printf "%-5s %-10s %4s\n" No. Name Score
printf "%-5s %-10s %4.2f\n" 1 wdxtub 99.9999
printf "%-5s %-10s %4.2f\n" 43 dawang 66.6566

然后我们再执行一下，结果是：

$ ./hw.sh
Hello World! This is wdxtub.
Today is: Tue Aug 2 16:58:16 CST 2016
No. Name Score
1 wdxtub 100.00
43 dawang 66.66

这里能学到的套路是什么呢？

• %s, %c, %d, %f 是格式替代符，就是和 C 语言一样的方式
• %-5s 指明了一个左对齐且宽度为 5 的字符串，如果内容不足 5 个字符，则会以空格填充
• %4.2f 表示保留两位小数可以看到是默认四舍五入的
• 最后要加上 \n 才能正确换行

cat, head, tail, uniq, cut

打印文本常用的命令还有 cat, head, tail, uniq, cut，这里主要针对文件的输出，我们先创建一个文本文件 sample.txt，其内容为

1 hohoho .yo
1 hohoho .max
2 ohohoh .I
2 ohohoh .I
3 hahaha .want
4 ahahah .to
5 wowwow .see
6 mummum .you

接下来给出几个简单的实例，具体命令的用法，可以使用 man command 来进行查询，或者用 TLDR 命令来查询（我更推荐后者）

• 打印文件内容 cat sample.txt
• 打印后 4 行 tail -n 4 sample.txt
• 打印头 4 行 head -n 4 sample.txt
• 合并相邻重复的行 uniq sample.txt
• 显示相邻重复的行 uniq -d sample.txt
• 打印每行 . 之前的内容 cut -d '.' -f 1 sample.txt

基础：表达式

如果只是执行单行命令，其实很难完全发挥『脚本』的威力，毕竟直接在命令行里输入也是可以的嘛，接下来我们就看看如何像编程一样写脚本。

变量

首先要了解的是环境变量，我们可以通过 env 命令查看系统当前的环境变量，也就是那些不需要在脚本中显式声明就可以直接使用的变量。和之前一样，我们先来看一个例子，在之前的脚本中加入下面几行：

#export 设置环境变量，在该 shell 脚本执行阶段有效
export MY_WEB=http://www.wdxtub.com
echo "My home is $HOME"
web="wdxtub.com"
echo "My website is ${web}"
echo 'This is not $MY_WEB'
echo ${web/com/cn}
echo "上一个程序的返回值: $?"
echo "脚本的 PID: $$"
echo "参数个数: $#"
echo "脚本参数: $@"
echo "分隔好的脚本参数 第一个:$1 第二个:$2"

我们执行的时候带两个参数试试看 ./hw.sh hello world，结果为

$ ./hw.sh hello world
#前面部分省略
#..........
My home is /Users/dawang
My website is wdxtub.com
This is not $MY_WEB
wdxtub.cn
上一个程序的返回值: 0
脚本的 PID: 9782
参数个数: 2
脚本参数: hello world
分隔好的脚本参数 第一个:hello 第二个:world

• 变量声明 web="wdxtub.com" 即可
• 使用变量的时候需要加上 $ 或者 ${}，我更推荐后者，看起来更清晰
• 单引号不会展开变量，参考 echo 'This is not $MY_WEB'
• 在变量内部进行字符串替换 echo ${web/com/cn} 就可以把原来的 wdxtub.com 中的 com 换成 cn
• 内置的参数很好用，具体可以参考脚本中的内容（已经很详细）
• 环境变量中比较常用的有 HOME, PWD, USER, UID, SHELL

下面再给出一些常见的用法

• 获得字符串长度可以在变量前加 #
• $SHELL 通常表示登录 shell，不保证是当前解释器；$0 是当前 shell 或脚本的调用名
• 检测是否是超级用户可以通过 $UID 的值判断，如果是超级用户，UID 应为 0

数组

Bash 支持普通数组（下标是整数）和关联数组（下标是字符串，类似 Map），我们直接上脚本代码

# 定义数组
iarray=(1 2 3 4 5 6 7)
iiarray=("one" "two" "three")
echo ${iarray[0]}
echo ${iiarray[2]}
# 打印所有值
echo ${iiarray[*]}
# 还是打印所有值
echo ${iiarray[@]}

打印数组长度只需要在数组变量前加 # 符号。关联数组因为需要 Bash 4.0 以上，这里暂时略过。

遍历数组时使用 "${array[@]}"，可保留每个元素中的空格；读取长度使用 ${#array[@]}。普通变量展开也应优先加双引号，避免意外分词和通配符扩展。

数学运算

通常我们使用 let、(( )) 和 $(( )) 来执行基本的算术操作，使用 expr 和 bc 来进行高级操作。老规矩，先看脚本代码，在 hw.sh 中添加下面几行

class1=33
class2=44
let total=class1+class2
echo $total
let class1++
let class2--
total=$((class1 + class2))
echo $total
echo "4 * 3.45" | bc

执行结果为

$ ./hw.sh hello world
# 前面部分省略
# ..........
77
77
13.80

这里我们可以简单了解

• let 之后变量名不需要加 $
• 算术表达式中的变量可以加 $，也可以不加
• let 及 expr 仅支持整数
• bc 支持浮点数，可以通过 stdin 来传给 bc（就是 | 符号）

重定向

这部分我们需要记住三个数字

• 0 - stdin 标准输入
• 1 - stdout 标准输出
• 2 - stderr 标准错误

重定向输出所用符号是 > 和 >>，其中 > 会清空文件，而 >> 则是追加。那前面的三个数字在哪里呢？其实 > 相当于 1>，>> 相当于 1>>

然后我们来看看标准错误输出，一般来说有两种处理方式，一种是和标准输出重定向到一起，那么通过 command > output.txt 2>&1 或 cmd &> output.txt 即可；另一种则是分开两个文件，那么使用 command 2>stderr.txt 1>stdout.txt 即可；如果不想保存任何标准错误输出（甚至都不想在终端中见到），可以 command 2>/dev/null，这里的 /dev/null 是一个特殊的设备文件，接收到的任何数据都会被丢弃。

标准输入的用法和输出类似，这里不再赘述。另外如果需要把标准输出通过管道运到两个不同的地方时（| 只能重定向到一个地方），可以使用 tee 命令，不过这里暂时略过，留到之后的中级教程中介绍。

条件流程

比较常用的就是 if 的套路，格式为

if condition;
then
    commands;
elif condition;
then
    commands;
else
    commands
fi

如果觉得这样写太长，可以利用逻辑操作与短路原理来进行编写

# 如果 condition 为真，则执行 action
[ condition ] && action;

# 如果 condition 为假，则执行 action
[ condition ] || action;

算术比较

条件通常被放置在封闭的中括号内，一定要注意 [ 和 ] 两边有空格！如果我们需要进行算术比较，就需要使用如下的比较符号

• -gt 大于
• -lt 小于
• -ge 大于等于
• -le 小于等于
• -eq 等于
• -ne 不等于
• 逻辑与：[ "$var" -ne 0 ] && [ "$var2" -gt 2 ]
• 逻辑或：[ "$var" -ne 0 ] || [ "$var2" -gt 2 ]

一个实际的例子：检测是否是超级用户

if [ $UID -ne 0 ]; then
    echo "你不是超级用户(root)，请以 root 身份运行"
else
    echo "当前是超级用户"
fi

文件系统测试

有的时候我们可能需要对不同的文件进行一定的判断，下面是可以使用的比较方法：

• [ -f "$file_var" ] 如果给定的变量包含正常的文件路径或文件名，则返回真
• [ -x "$var" ] 如果给定的变量包含的文件可执行，则返回真
• [ -d "$var" ] 如果给定的变量包含的是目录，则返回真
• [ -e "$var" ] 如果给定的变量包含的文件存在，则返回真
• [ -c "$var" ] 如果给定的变量包含的是一个字符设备文件，则返回真
• [ -b "$var" ] 如果给定的变量包含的是一个块设备文件的路径，则返回真
• [ -w "$var" ] 如果给定的变量包含的文件可写，则返回真
• [ -r "$var" ] 如果给定的变量包含的文件可读，则返回真
• [ -L "$var" ] 如果给定的变量包含的是一个符号链接，则返回真

字符串比较

比较字符串的时候最好使用双中括号，比较的语法为：

• [[ $str1 = "$str2" ]] 文本一样时返回真，注意 = 前后都必须有一个空格
• [[ $str1 == "$str2" ]] 文本一样时返回真，和上一个一样，只是写法不同
• [[ $str1 != "$str2" ]] 文本不一样时返回真
• [[ $str1 > $str2 ]] 如果 str1 的字母序比 str2 大，则返回真
• [[ $str1 < $str2 ]] 如果 str1 的字母序比 str2 小，则返回真
• [[ -z $str1 ]] 如果 str1 是空字符串，则返回真
• [[ -n $str1 ]] 如果 str1 是非空字符串，则返回真

可以通过 && 和 || 来组合多个条件。如果不想写太多的方括号，那么可以用 test 命令，比如 [ "$var" -eq 0 ] 等价于 test "$var" -eq 0

循环

在 read 命令前临时设定 IFS，可以指定本次读取的字段分隔符，避免影响后面的脚本，这里的 IFS 表示 Internal Field Separator。我们来看看下面一段脚本

data="class1,class2,class3,class4"
IFS=, read -r -a items <<< "$data"
for item in "${items[@]}";
do
    printf 'Item: %s\n' "$item"
done

输出为

Item: class1
Item: class2
Item: class3
Item: class4

这里因为指定了分隔符，所以会把字符串用 ,，分隔，然后就可以利用循环来输出了。前面的例子中我们看到了 for 循环，这里我们再来看一段 for 循环的用法：

for i in {a..z}
do
    echo $i
done

这样就可以输出 a-z 了，当然也可以换成其他的，比如 {1..43}, {a..h}, {A..K} 等等

还可以使用类似 C 语言的 for 循环，比如

for ((i=0; i<10; i++))
{
    echo $i
}

另外的循环有 while 和 until，其实是类似的，这里只给出格式

# while 循环
while condition # 如果 condition 为 true 则是无限循环
do
    commands
done

# until 循环
until condition
do
    action
done

函数

函数的定义和非常简单，比如

function foo()
{
   echo "Arguments work just like script arguments: $@"
   echo "And: $1 $2..."
   echo "This is a function"
   return 0
}

也可以省略 function 关键词，比如

bar ()
{
   echo "Another way to declare functions!"
   return 0
}

执行的话，直接输入函数名即可，比如

foo
bar
foo hello world

进阶：快捷操作

别名

简单来说，别名类似于网上很流行的短链接，只不过我们可以具体设定，比方说我每次写博客都需要进入到某个文件夹，那么我可以这么写 alias blog="cd ~/Documents/Blog"，我想要快速查看目录时，可以写 alias ll="ls -al"。这之后我就可以直接用 blog 和 ll 命令了，非常方便。

如果想要在每次打开新的 shell 进程时都能够使用这两个『新』命令，那么可以把前面两句写在 ~/.bashrc 或 ~/.bash_profile 中。

管道

Shell 脚本最强大的地方就是能够通过管道把不同的应用程序串起来，这样每个都完成一小部分工作，最终完成一个看起来很复杂的任务。大概的样子是这样的 $ command1 | command2 | command3

大家可以尝试一下这条命令 ls | cat -n

小结

本文我们从打印文本开始，见到了解了最基本的 Shell 脚本语法和 Bash 的基本操作。之后的系列文章会继续深入下去，用更多例子来进行讲解。

参考链接与资源

• awesome-shell
• awesome-osx-command-line
• shellcheck - 脚本检查工具

语法与边界行为参考 GNU Bash 手册。本文使用 Bash 扩展，不应直接改用 sh 执行。

补充：参数边界与失败状态

传递全部脚本参数时使用 "$@"，它将每个参数分别保留；"$*" 会把参数合成一个字符串。参数中可能有空格时，这个区别尤其重要。

if 判断的是命令退出状态，0 通常表示成功，非零的具体含义由程序决定。$? 应立即读取，下一条命令会覆盖它。管道默认使用最后一个命令的状态，Bash 的 set -o pipefail 可以让非末尾命令的失败反映到管道状态中；关键步骤仍应明确处理失败。

脚本使用相对路径时，默认相对于调用时的工作目录，不自动相对于脚本文件。部署前应写清楚解释器、工作目录和外部命令依赖。完整规则见 GNU Bash 手册。