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讓我們通過(guò)本系列文章來(lái)學(xué)習(xí)基本的 Bash 編程語(yǔ)法和工具，以及如何使用變量和控制運(yùn)算符，這是三篇中的第一篇。
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Shell 是操作系統(tǒng)的命令解釋器，其中 Bash 是我最喜歡的。每當(dāng)用戶或者系統(tǒng)管理員將命令輸入系統(tǒng)的時(shí)候，Linux 的 shell 解釋器就會(huì)把這些命令轉(zhuǎn)換成操作系統(tǒng)可以理解的形式。而執(zhí)行結(jié)果返回 shell 程序后，它會(huì)將結(jié)果輸出到 STDOUT（標(biāo)準(zhǔn)輸出），默認(rèn)情況下，這些結(jié)果會(huì)顯示在你的終端。所有我熟悉的 shell 同時(shí)也是一門編程語(yǔ)言。
Bash 是個(gè)功能強(qiáng)大的 shell，包含眾多便捷特性，比如：tab 補(bǔ)全、命令回溯和再編輯、別名等。它的命令行默認(rèn)編輯模式是 Emacs，但是我最喜歡的 Bash 特性之一是我可以將其更改為 Vi 模式，以使用那些儲(chǔ)存在我肌肉記憶中的的編輯命令。
然而，如果你把 Bash 當(dāng)作單純的 shell 來(lái)用，則無(wú)法體驗(yàn)它的真實(shí)能力。我在設(shè)計(jì)一套包含三卷的 Linux 自學(xué)課程時(shí)（這個(gè)系列的文章正是基于此課程），了解到許多 Bash 的知識(shí)，這些是我在過(guò)去 20 年的 Linux 工作經(jīng)驗(yàn)中所沒(méi)有掌握的，其中的一些知識(shí)就是關(guān)于 Bash 的編程用法。不得不說(shuō)，Bash 是一門強(qiáng)大的編程語(yǔ)言，是一個(gè)能夠同時(shí)用于命令行和 shell 腳本的完美設(shè)計(jì)。
本系列文章將要探討如何使用 Bash 作為命令行界面（CLI）編程語(yǔ)言。第一篇文章簡(jiǎn)單介紹 Bash 命令行編程、變量以及控制運(yùn)算符。其他文章會(huì)討論諸如：Bash 文件的類型；字符串、數(shù)字和一些邏輯運(yùn)算符，它們能夠提供代碼執(zhí)行流程中的邏輯控制；不同類型的 shell 擴(kuò)展；通過(guò) for、while 和 until 來(lái)控制循環(huán)操作。
Shell
Bash 是 Bourne Again Shell 的縮寫，因?yàn)?Bash shell 是 基于 更早的 Bourne shell，后者是 Steven Bourne 在 1977 年開(kāi)發(fā)的。另外還有很多其他的 shell 可以使用，但下面四個(gè)是我經(jīng)常見(jiàn)到的：
csh：C shell 適合那些習(xí)慣了 C 語(yǔ)言語(yǔ)法的開(kāi)發(fā)者。ksh：Korn shell，由 David Korn 開(kāi)發(fā)，在 Unix 用戶中更流行。tcsh：一個(gè) csh 的變種，增加了一些易用性。zsh：Z shell，集成了許多其他流行 shell 的特性。
所有 shell 都有內(nèi)置命令，用以補(bǔ)充或替代核心工具集。打開(kāi) shell 的 man 說(shuō)明頁(yè)，找到“BUILT-INS”那一段，可以查看都有哪些內(nèi)置命令。
每種 shell 都有它自己的特性和語(yǔ)法風(fēng)格。我用過(guò) csh、ksh 和 zsh，但我還是更喜歡 Bash。你可以多試幾個(gè)，尋找更適合你的 shell，盡管這可能需要花些功夫。但幸運(yùn)的是，切換不同 shell 很簡(jiǎn)單。
所有這些 shell 既是編程語(yǔ)言又是命令解釋器。下面我們來(lái)快速瀏覽一下 Bash 中集成的編程結(jié)構(gòu)和工具。
作為編程語(yǔ)言的 Bash
大多數(shù)場(chǎng)景下，系統(tǒng)管理員都會(huì)使用 Bash 來(lái)發(fā)送簡(jiǎn)單明了的命令。但 Bash 不僅可以輸入單條命令，很多系統(tǒng)管理員可以編寫簡(jiǎn)單的命令行程序來(lái)執(zhí)行一系列任務(wù)，這些程序可以作為通用工具，能節(jié)省時(shí)間和精力。
編寫 CLI 程序的目的是要提高效率（做一個(gè)“懶惰的”系統(tǒng)管理員）。在 CLI 程序中，你可以用特定順序列出若干命令，逐條執(zhí)行。這樣你就不用盯著顯示屏，等待一條命令執(zhí)行完，再輸入另一條，省下來(lái)的時(shí)間就可以去做其他事情了。
什么是“程序”？
自由在線計(jì)算機(jī)詞典（FOLDOC）對(duì)于程序的定義是：“由計(jì)算機(jī)執(zhí)行的指令，而不是運(yùn)行它們的物理硬件?！逼樟炙诡D大學(xué)的 WordNet 將程序定義為：“……計(jì)算機(jī)可以理解并執(zhí)行的一系列指令……”維基百科上也有一條不錯(cuò)的關(guān)于計(jì)算機(jī)程序的條目。
總結(jié)下，程序由一條或多條指令組成，目的是完成一個(gè)具體的相關(guān)任務(wù)。對(duì)于系統(tǒng)管理員而言，一段程序通常由一系列的 shell 命令構(gòu)成。Linux 下所有的 shell （至少我所熟知的）都有基本的編程功能，Bash 作為大多數(shù) linux 發(fā)行版的默認(rèn) shell，也不例外。
本系列用 Bash 舉例（因?yàn)樗鼰o(wú)處不在），假如你使用一個(gè)不同的 shell 也沒(méi)關(guān)系，盡管結(jié)構(gòu)和語(yǔ)法有所不同，但編程思想是相通的。有些 shell 支持某種特性而其他 shell 則不支持，但它們都提供編程功能。Shell 程序可以被存在一個(gè)文件中被反復(fù)使用，或者在需要的時(shí)候才創(chuàng)建它們。
簡(jiǎn)單 CLI 程序
最簡(jiǎn)單的命令行程序只有一或兩條語(yǔ)句，它們可能相關(guān)，也可能無(wú)關(guān)，在按回車鍵之前被輸入到命令行。程序中的第二條語(yǔ)句（如果有的話）可能取決于第一條語(yǔ)句的操作，但也不是必須的。
這里需要特別講解一個(gè)標(biāo)點(diǎn)符號(hào)。當(dāng)你在命令行輸入一條命令，按下回車鍵的時(shí)候，其實(shí)在命令的末尾有一個(gè)隱含的分號(hào)（;）。當(dāng)一段 CLI shell 程序在命令行中被串起來(lái)作為單行指令使用時(shí)，必須使用分號(hào)來(lái)終結(jié)每個(gè)語(yǔ)句并將其與下一條語(yǔ)句分開(kāi)。但 CLI shell 程序中的最后一條語(yǔ)句可以使用顯式或隱式的分號(hào)。
一些基本語(yǔ)法
下面的例子會(huì)闡明這一語(yǔ)法規(guī)則。這段程序由單條命令組成，還有一個(gè)顯式的終止符：
[student@studentvm1 ~]$ echo "Hello world." ;Hello world.
看起來(lái)不像一個(gè)程序，但它確是我學(xué)習(xí)每個(gè)新編程語(yǔ)言時(shí)寫下的第一個(gè)程序。不同語(yǔ)言可能語(yǔ)法不同，但輸出結(jié)果是一樣的。
讓我們擴(kuò)展一下這段微不足道卻又無(wú)所不在的代碼。你的結(jié)果可能與我的有所不同，因?yàn)槲业募夷夸浻悬c(diǎn)亂，而你可能是在 GUI 桌面中第一次登錄賬號(hào)。
[student@studentvm1 ~]$ echo "My home directory." ; ls ;My home directory.chapter25 TestFile1.Linux dmesg2.txt Downloads newfile.txt softlink1 testdir6chapter26 TestFile1.mac dmesg3.txt file005 Pictures Templates testdirTestFile1 Desktop dmesg.txt link3 Public testdir VideosTestFile1.dos dmesg1.txt Documents Music random.txt testdir1
現(xiàn)在是不是更明顯了。結(jié)果是相關(guān)的，但是兩條語(yǔ)句彼此獨(dú)立。你可能注意到我喜歡在分號(hào)前后多輸入一個(gè)空格，這樣會(huì)讓代碼的可讀性更好。讓我們?cè)龠\(yùn)行一遍這段程序，這次不要帶結(jié)尾的分號(hào)：
[student@studentvm1 ~]$ echo "My home directory." ; ls
輸出結(jié)果沒(méi)有區(qū)別。
關(guān)于變量
像所有其他編程語(yǔ)言一樣，Bash 支持變量。變量是個(gè)象征性的名字，它指向內(nèi)存中的某個(gè)位置，那里存著對(duì)應(yīng)的值。變量的值是可以改變的，所以它叫“變~量”。
Bash 不像 C 之類的語(yǔ)言，需要強(qiáng)制指定變量類型，比如：整型、浮點(diǎn)型或字符型。在 Bash 中，所有變量都是字符串。整數(shù)型的變量可以被用于整數(shù)運(yùn)算，這是 Bash 唯一能夠處理的數(shù)學(xué)類型。更復(fù)雜的運(yùn)算則需要借助 bc 這樣的命令，可以被用在命令行編程或者腳本中。
變量的值是被預(yù)先分配好的，這些值可以用在命令行編程或者腳本中?？梢酝ㄟ^(guò)變量名字給其賦值，但是不能使用 $ 符開(kāi)頭。比如，VAR=10 這樣會(huì)把 VAR 的值設(shè)為 10。要打印變量的值，你可以使用語(yǔ)句 echo $VAR。變量名必須以文本（即非數(shù)字）開(kāi)始。
Bash 會(huì)保存已經(jīng)定義好的變量，直到它們被取消掉。
下面這個(gè)例子，在變量被賦值前，它的值是空（null）。然后給它賦值并打印出來(lái)，檢驗(yàn)一下。你可以在同一行 CLI 程序里完成它：
[student@studentvm1 ~]$ echo $MyVar ; MyVar="Hello World" ; echo $MyVar ;Hello World[student@studentvm1 ~]$
注意：變量賦值的語(yǔ)法非常嚴(yán)格，等號(hào)（=）兩邊不能有空格。
那個(gè)空行表明了 MyVar 的初始值為空。變量的賦值和改值方法都一樣，這個(gè)例子展示了原始值和新的值。
正如之前說(shuō)的，Bash 支持整數(shù)運(yùn)算，當(dāng)你想計(jì)算一個(gè)數(shù)組中的某個(gè)元素的位置，或者做些簡(jiǎn)單的算術(shù)運(yùn)算，這還是挺有幫助的。然而，這種方法并不適合科學(xué)計(jì)算，或是某些需要小數(shù)運(yùn)算的場(chǎng)景，比如財(cái)務(wù)統(tǒng)計(jì)。這些場(chǎng)景有其它更好的工具可以應(yīng)對(duì)。
下面是個(gè)簡(jiǎn)單的算術(shù)題：
[student@studentvm1 ~]$ Var1="7" ; Var2="9" ; echo "Result = $((Var1*Var2))"Result = 63
好像沒(méi)啥問(wèn)題，但如果運(yùn)算結(jié)果是浮點(diǎn)數(shù)會(huì)發(fā)生什么呢？
[student@studentvm1 ~]$ Var1="7" ; Var2="9" ; echo "Result = $((Var1/Var2))"Result = 0[student@studentvm1 ~]$ Var1="7" ; Var2="9" ; echo "Result = $((Var2/Var1))"Result = 1[student@studentvm1 ~]$
結(jié)果會(huì)被取整。請(qǐng)注意運(yùn)算被包含在 echo 語(yǔ)句之中，其實(shí)計(jì)算在 echo 命令結(jié)束前就已經(jīng)完成了，原因是 Bash 的內(nèi)部?jī)?yōu)先級(jí)。想要了解詳情的話，可以在 Bash 的 man 頁(yè)面中搜索 “precedence”。
控制運(yùn)算符
Shell 的控制運(yùn)算符是一種語(yǔ)法運(yùn)算符，可以輕松地創(chuàng)建一些有趣的命令行程序。在命令行上按順序?qū)讉€(gè)命令串在一起，就變成了最簡(jiǎn)單的 CLI 程序：
command1 ; command2 ; command3 ; command4 ; . . . ; etc. ;
只要不出錯(cuò)，這些命令都能順利執(zhí)行。但假如出錯(cuò)了怎么辦？你可以預(yù)設(shè)好應(yīng)對(duì)出錯(cuò)的辦法，這就要用到 Bash 內(nèi)置的控制運(yùn)算符， && 和 ||。這兩種運(yùn)算符提供了流程控制功能，使你能改變代碼執(zhí)行的順序。分號(hào)也可以被看做是一種 Bash 運(yùn)算符，預(yù)示著新一行的開(kāi)始。
&& 運(yùn)算符提供了如下簡(jiǎn)單邏輯，“如果 command1 執(zhí)行成功，那么接著執(zhí)行 command2。如果 command1 失敗，就跳過(guò) command2。”語(yǔ)法如下：
command1 && command2
現(xiàn)在，讓我們用命令來(lái)創(chuàng)建一個(gè)新的目錄，如果成功的話，就把它切換為當(dāng)前目錄。確保你的家目錄（~）是當(dāng)前目錄，先嘗試在 /root 目錄下創(chuàng)建，你應(yīng)該沒(méi)有權(quán)限：
[student@studentvm1 ~]$ Dir=/root/testdir ; mkdir $Dir/ && cd $Dirmkdir: cannot create directory '/root/testdir/': Permission denied[student@studentvm1 ~]$
上面的報(bào)錯(cuò)信息是由 mkdir 命令拋出的，因?yàn)閯?chuàng)建目錄失敗了。&& 運(yùn)算符收到了非零的返回碼，所以 cd 命令就被跳過(guò)，前者阻止后者繼續(xù)運(yùn)行，因?yàn)閯?chuàng)建目錄失敗了。這種控制流程可以阻止后面的錯(cuò)誤累積，避免引發(fā)更嚴(yán)重的問(wèn)題。是時(shí)候講點(diǎn)更復(fù)雜的邏輯了。
當(dāng)一段程序的返回碼大于零時(shí)，使用 || 運(yùn)算符可以讓你在后面接著執(zhí)行另一段程序。簡(jiǎn)單語(yǔ)法如下：
command1 || command2
解讀一下，“假如 command1 失敗，執(zhí)行 command2”。隱藏的邏輯是，如果 command1 成功，跳過(guò) command2。下面實(shí)踐一下，仍然是創(chuàng)建新目錄：
[student@studentvm1 ~]$ Dir=/root/testdir ; mkdir $Dir || echo "$Dir was not created."mkdir: cannot create directory '/root/testdir': Permission denied/root/testdir was not created.[student@studentvm1 ~]$
正如預(yù)期，因?yàn)槟夸洘o(wú)法創(chuàng)建，第一條命令失敗了，于是第二條命令被執(zhí)行。
把 && 和 || 兩種運(yùn)算符結(jié)合起來(lái)才能發(fā)揮它們的最大功效。請(qǐng)看下面例子中的流程控制方法：
前置 commands ; command1 && command2 || command3 ; 跟隨 commands
語(yǔ)法解釋：“假如 command1 退出時(shí)返回碼為零，就執(zhí)行 command2，否則執(zhí)行 command3?！庇镁唧w代碼試試：
[student@studentvm1 ~]$ Dir=/root/testdir ; mkdir $Dir && cd $Dir || echo "$Dir was not created."mkdir: cannot create directory '/root/testdir': Permission denied/root/testdir was not created.[student@studentvm1 ~]$
現(xiàn)在我們?cè)僭囈淮?，用你的家目錄替換 /root 目錄，你將會(huì)有權(quán)限創(chuàng)建這個(gè)目錄了：
[student@studentvm1 ~]$ Dir=~/testdir ; mkdir $Dir && cd $Dir || echo "$Dir was not created."[student@studentvm1 testdir]$
像 command1 && command2 這樣的控制語(yǔ)句能夠運(yùn)行的原因是，每條命令執(zhí)行完畢時(shí)都會(huì)給 shell 發(fā)送一個(gè)返回碼，用來(lái)表示它執(zhí)行成功與否。默認(rèn)情況下，返回碼為 0 表示成功，其他任何正值表示失敗。一些系統(tǒng)管理員使用的工具用值為 1 的返回碼來(lái)表示失敗，但其他很多程序使用別的數(shù)字來(lái)表示失敗。
Bash 的內(nèi)置變量 $? 可以顯示上一條命令的返回碼，可以在腳本或者命令行中非常方便地檢查它。要查看返回碼，讓我們從運(yùn)行一條簡(jiǎn)單的命令開(kāi)始，返回碼的結(jié)果總是上一條命令給出的。
[student@studentvm1 testdir]$ ll ; echo "RC = $?"total 1264drwxrwxr-x 2 student student 4096 Mar 2 08:21 chapter25drwxrwxr-x 2 student student 4096 Mar 21 15:27 chapter26-rwxr-xr-x 1 student student 92 Mar 20 15:53 TestFile1drwxrwxr-x. 2 student student 663552 Feb 21 14:12 testdirdrwxr-xr-x. 2 student student 4096 Dec 22 13:15 VideosRC = 0[student@studentvm1 testdir]$
在這個(gè)例子中，返回碼為零，意味著命令執(zhí)行成功了?，F(xiàn)在對(duì) root 的家目錄測(cè)試一下，你應(yīng)該沒(méi)有權(quán)限：
[student@studentvm1 testdir]$ ll /root ; echo "RC = $?"ls: cannot open directory '/root': Permission deniedRC = 2[student@studentvm1 testdir]$
本例中返回碼是 2，表明非 root 用戶沒(méi)有權(quán)限進(jìn)入這個(gè)目錄。你可以利用這些返回碼，用控制運(yùn)算符來(lái)改變程序執(zhí)行的順序。
總結(jié)
本文將 Bash 看作一門編程語(yǔ)言，并從這個(gè)視角介紹了它的簡(jiǎn)單語(yǔ)法和基礎(chǔ)工具。我們學(xué)習(xí)了如何將數(shù)據(jù)輸出到 STDOUT，怎樣使用變量和控制運(yùn)算符。在本系列的下一篇文章中，將會(huì)重點(diǎn)介紹能夠控制指令執(zhí)行流程的邏輯運(yùn)算符。
名稱欄目：怎樣用Bash編程：語(yǔ)法和工具
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