shell编程规范与变量

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1.1 Shell 脚本简介

1.1.1 Shell 的功能与角色

Shell 是 Linux 和 Unix 系统中的命令行解释器，作为用户与操作系统内核之间的交互桥梁。其主要职责包括：

• 接收用户输入的指令，解析后提交给系统内核执行；
• 将内核处理的结果通过 Shell 反馈至用户界面；
• 支持脚本编写和批量命令运行，广泛应用于自动化运维、定时任务管理及系统部署等场景。

常见的 Shell 类型有：

/bin/bash

：目前大多数 Linux 发行版默认使用的 Shell，具备强大功能且兼容性良好；

/bin/sh

：轻量级 Shell，某些系统中为 bash 的符号链接； 此外还有

zsh

和

csh

等，它们在语法或功能上有所扩展或差异。

1.1.2 编写首个 Shell 脚本

Shell 脚本本质上是一个包含多条命令的纯文本文件，需遵循特定结构规范： - 文件首行应声明所用解释器，例如：

#!/bin/bash

此语句指示系统使用 bash 解释器运行该脚本。 - 注释以

#

开头，仅支持单行注释；若需多行注释，可通过块注释方式模拟（如结合 : ' 和

: '注释内容'

）。 - 脚本文件必须赋予执行权限，否则无法直接运行，设置方法为：

chmod +x 脚本名

- 命令按顺序逐行书写，后续章节将介绍逻辑控制结构的应用。 示例：hello.sh 脚本内容

#!/bin/bash
# 这是我的第一个Shell脚本（单行注释）
: '
以下是多行注释内容：
功能：输出欢迎信息和系统时间
作者：XXX
日期：2025-11-20
'

echo "Hello, Shell!"  # 输出字符串
echo "当前系统时间：$(date)"  # 嵌入命令执行结果（$() 或 `` 都可）

执行方式如下：

1. 直接执行（需事先添加执行权限）：
   

   chmod +x hello.sh  # 添加执行权限（仅需一次）
   ./hello.sh         # 必须加 ./（当前目录），否则系统会在PATH中查找

2. 通过解释器调用执行（无需执行权限）：
   

   bash hello.sh  # 或 sh hello.sh（若脚本兼容sh）

3. source 方式执行（命令在当前 Shell 环境中运行，而非子进程）：
   

   source hello.sh  # 或 . hello.sh（注意点后有空格）

1.1.3 输入输出重定向与管道机制

在默认情况下，每个命令都关联三个标准数据流：

• 标准输入（stdin）：通常来自键盘，文件描述符为 0；
• 标准输出（stdout）：输出至屏幕，文件描述符为

  1

  ；
• 标准错误输出（stderr）：错误信息也显示在屏幕上，文件描述符为

  2

  。

通过重定向和管道操作，可以改变这些数据流的方向，实现更灵活的数据处理与命令协作。

1. 重定向操作详解

操作符	作用说明	示例
>	将标准输出重定向并覆盖指定文件（若文件不存在则创建）	ls > file.txt （将 ls 结果写入 file.txt，原内容被覆盖）
>>	将标准输出追加到文件末尾	echo "new line" >> file.txt
2>	将标准错误输出重定向并覆盖文件	find / -name "test" 2> error.log （忽略权限不足产生的错误提示）
2>>	将标准错误输出追加至文件	command 2>> error.log
&> / >&	同时重定向标准输出和标准错误输出（覆盖模式）	./script.sh &> result.log
&>>	同时追加重定向 stdout 与 stderr	./script.sh &>> result.log
<	从文件读取标准输入，代替键盘输入	wc -l < file.txt （统计文件行数，等效于 wc -l file.txt）
<< EOF	Here Document：嵌入多行文本输入，EOF 可自定义结束标记	cat > test.txt << EOF （输入多行内容，以 EOF 为终止符）

Here Document 使用示例：

# 向file.txt写入多行内容
cat > file.txt << EOF
第一行内容
第二行内容
第三行：$(date)  # 支持嵌入命令
EOF

2. 管道操作（

|

）

管道用于将前一个命令的标准输出作为下一个命令的标准输入，从而实现多个命令的串联处理。需要注意的是，管道仅传递 stdout，stderr 不会自动传递，如需转发需显式使用

2>&1

。 基本语法：

command1 | command2 | command3 ...

常见应用场景：

• 统计当前目录下文件数量：
  

  ls -l | wc -l  # ls -l输出文件列表，wc -l统计行数（含目录总行数）

• 筛选包含 “error” 关键字的日志行：
  

  cat app.log | grep "error"  # grep 过滤关键字

• 对输出结果排序并去除重复项：
  

  cat numbers.txt | sort | uniq -c  # sort排序，uniq -c 统计重复次数

• 将错误信息也送入管道进行处理：
  

  find / -name "test" 2>&1 | grep "Permission"  # 过滤权限错误信息

1.2 Shell 变量的概念与分类

变量是 Shell 中用于存储数据的基本单元，可用于保存字符串、数值等信息，在脚本中实现动态赋值与重复引用。

1.2.1 用户自定义变量

这类变量由用户自行创建、修改和使用，默认作用范围限于当前脚本或 Shell 会话。

1. 定义新变量

语法格式为：

变量名=值

注意：等号两侧不能留空格。 命名规则：

• 只能由字母、数字和下划线组成，且不能以数字开头；
• 区分大小写，例如

  NAME

  与

  name

  视为两个不同变量；
• 建议采用全大写字母命名，以符合通用规范，并避免与系统预设变量冲突。

示例：

NAME="Zhang San"  # 字符串值可加引号（推荐，避免空格等特殊字符问题）
AGE=25            # 数值型变量无需加引号
SCORE=95.5        # 支持浮点数（但Shell默认不支持浮点运算，需借助bc）
FILE_PATH="/home/user/file.txt"  # 路径变量

2. 查看与引用变量值

查看变量内容可使用：

echo $变量名

或

echo ${变量名}

其中

{}

可明确界定变量边界，防止解析歧义。 引用变量时使用：

$变量名

或

${变量名}

可在双引号字符串中直接嵌入变量值。 示例：

NAME="Li Hua"
echo $NAME          # 输出：Li Hua
echo "姓名：${NAME}" # 输出：姓名：Li Hua（推荐用{}，边界清晰）

# 避免歧义示例
echo "Hello${NAME}World"  # 正确：HelloLi HuaWorld
echo "Hello$NAMEWorld"    # 错误：Shell会认为变量是NAMEWorld（未定义，输出Hello）

3. 特殊赋值方式

赋值方式	功能说明	示例
空值赋值	将变量设为空字符串	EMPTY= 或 EMPTY=""
取消变量	使用 unset 命令删除已定义的变量	unset NAME （执行后 $NAME 不再有输出）
从命令输出赋值	利用 $() 或 `` 捕获命令执行结果（推荐使用 $()，更具可读性和嵌套兼容性）	DATE=$(date +"%Y-%m-%d") （获取当前日期时间）
从文件内容赋值	通过 $(cat 文件名) 读取整个文件内容	CONTENT=$(cat file.txt)
条件赋值（${} 扩展语法）	当变量未定义或为空时，提供默认值（不影响原变量）	${VAR:-默认值} （仅在访问时使用默认值，VAR 本身不变）

变量不存在或为空时的默认值设置与修改

当变量未定义或其值为空时，可通过特定语法为其赋予默认值，并实现对变量 VAR 的更新操作。

${VAR:=默认值}

（永久性修改 VAR）

示例：条件赋值操作

# 场景：若未定义USER，默认使用"guest"
echo ${USER:-guest}  # 若USER已定义（如root），输出root；否则输出guest

# 场景：若未定义AGE，设置AGE=18并使用
echo ${AGE:=18}      # 若AGE未定义，输出18且AGE变量被设为18；已定义则输出原值

变量作用域的配置方法

在默认情况下，用户自定义的变量仅在当前 Shell 环境或脚本中有效。这意味着子 Shell（例如由脚本启动的子进程、管道符后的命令等）无法访问这些变量。

通过使用以下方式，可将普通变量升级为环境变量，使其能够在子进程中被继承和使用：

export

• 临时生效（限于当前会话）：

  • export 变量名

  • 或

    export 变量名=值

永久生效：

• 全局范围（所有用户）： 修改系统级配置文件

  /etc/profile

  或

  /etc/environment

  ，并在其中添加

  export 变量名=值

  ；
• 当前用户专用： 编辑用户级配置文件

  ~/.bashrc

  或

  ~/.bash_profile

  ，并加入

  export 变量名=值

  ；

使配置立即生效：

• 执行

  source /etc/profile

  或

  source ~/.bashrc

  ，无需重启当前 Shell 即可加载新设置。

示例：环境变量的实际设置过程

# 临时设置环境变量（当前Shell及子Shell生效）
export JAVA_HOME="/usr/local/jdk"
export PATH="$PATH:$JAVA_HOME/bin"  # 追加PATH路径

# 永久设置（当前用户）
echo 'export JAVA_HOME="/usr/local/jdk"' >> ~/.bashrc
echo 'export PATH="$PATH:$JAVA_HOME/bin"' >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc  # 立即生效

数值计算处理（借助 bc 工具）

Shell 原生仅支持整数运算，通常通过

$((...))

或

expr

实现。对于浮点数运算或更复杂的数学操作（如四则混合运算、三角函数等），需要依赖外部工具

bc

（该工具为 Linux 系统自带，若缺失需通过

yum install bc

安装）。

（1）整数运算的两种方式

方式一：

$(( 表达式 ))

推荐使用此法，语法简洁清晰。

a=10
b=5
echo $((a + b))  # 15
echo $((a - b))  # 5
echo $((a * b))  # 50（注意：* 无需转义）
echo $((a / b))  # 2（整数除法，舍去小数）
echo $((a % b))  # 0（取余）
echo $((a++))    # 10（先使用后自增）
echo $((++a))    # 12（先自增后使用）

方式二：

expr 表达式

注意：运算符前后必须有空格，且乘号 * 需进行转义处理。

expr 10 + 5  # 15
expr 10 \* 5 # 50（* 必须转义）

（2）浮点数及复杂运算（使用 bc 工具）

基本语法格式为：

echo "表达式" | bc

常用参数说明：

• -l

  ：启用数学库，支持浮点运算、三角函数、对数等高级功能；

• scale=N

  ：设定小数点后保留位数（默认为 0，即只输出整数部分）。

示例：

# 浮点数加法（保留2位小数）
echo "scale=2; 3.14 + 2.86" | bc  # 6.00

# 浮点数乘法
echo "1.2 * 3.4" | bc  # 4.08（未加-l，仍支持基础浮点）

# 三角函数（需加-l加载数学库，弧度制）
echo "scale=4; sin(3.1416/2)" | bc -l  # 1.0000（sin(π/2)=1）

# 变量参与计算
x=5.5
y=2.2
echo "scale=1; $x / $y" | bc  # 2.5

1.2.2 特殊 Shell 变量类型

这类变量由 Shell 内部预先定义，无需手动创建，主要用于获取系统状态、脚本输入参数、命令执行结果等关键信息。

1. 环境变量

系统预设的一类变量，用于控制 Shell 行为和程序运行环境，命名通常采用全大写形式。可通过

env

或

printenv

查看全部环境变量列表。

变量名	作用说明	示例
PATH	指定命令搜索路径（即可执行程序所在的目录列表）	echo $PATH （输出示例：/usr/bin:/bin:...）
HOME	表示当前用户的主目录路径	echo $HOME （输出示例：/home/user）
USER	记录当前登录系统的用户名	echo $USER （输出：root 或 user）
UID	当前用户的 UID（用户标识号，root 用户为 0）	echo $UID （输出：0 或 1000）
PWD	当前工作目录的完整路径	echo $PWD （输出：/home/user/work）
SHELL	正在使用的 Shell 解释器路径	echo $SHELL （输出：/bin/bash）
LANG	系统语言与字符编码设置	echo $LANG （输出：zh_CN.UTF-8）
$?	上一条命令的退出状态码（0 表示成功，非 0 表示失败）	ls /tmp; echo $? （输出 0 表示执行成功）

示例：环境变量的应用场景

echo "当前用户：$USER，主目录：$HOME"
echo "命令搜索路径：$PATH"
echo "上一条命令执行结果：$?"  # 0表示成功，非0表示失败（如127=命令未找到）

2. 位置变量

用于接收脚本运行时传入的命令行参数，格式为

$n

（n 为正整数，取值范围 1–9；当 n ≥ 10 时需写作

${10}

）。

变量名	作用说明
$0	脚本文件自身的名称（包含执行路径，若指定了路径运行）
$1~$9	分别代表第 1 至第 9 个命令行参数
${10}	用于获取第 10 个及以后的参数（必须配合 {} 使用）
$#	统计传入的所有命令行参数的数量
$*	将所有参数作为一个整体字符串输出
$@	将所有参数以独立字符串数组的形式传递

示例：编写一个使用位置变量的脚本（param.sh）

#!/bin/bash
echo "脚本名：$0"
echo "第1个参数：$1"
echo "第2个参数：$2"
echo "第10个参数：${10}"  # 注意{}
echo "参数总个数：$#"
echo "所有参数（$*）：$*"
echo "所有参数（$@）：$@"

# 遍历所有参数（$@更适合循环）
echo "遍历参数（$@）："
for arg in "$@"; do
  echo "- $arg"
done

执行脚本并传参：

chmod +x param.sh
./param.sh a b c d e f g h i j k  # 传入11个参数

预期输出结果：

脚本名：./param.sh
第1个参数：a
第2个参数：b
第10个参数：j
参数总个数：11
所有参数（$*）：a b c d e f g h i j k
所有参数（$@）：a b c d e f g h i j k
遍历参数（$@）：
- a
- b
- ...（省略中间参数）
- k

3. 预定义变量

这些是 Shell 内建的特殊变量，用于提取命令执行状态、进程 ID 等核心运行时信息，用户不可手动修改。

变量名	作用说明	示例
$?	上一条命令的退出状态码（0 表示成功，非 0 表示失败）	ls /nonexistent; echo $? （输出 2，表示失败）
$$	当前 Shell 进程的 PID（进程标识号）	echo $$ （输出示例：12345）
$!	最近一个后台任务的进程 ID	sleep 100 &; echo $! （显示后台运行的进程编号）
$?	再次强调：上一条命令的退出状态——最常使用的判断依据	./script.sh; echo $? （0 表示脚本成功执行）
$-	当前 Shell 启动时所使用的选项标志（如 h=hashall, i=interactive）	echo $- （输出：himBH）
$_	上一条命令使用的最后一个参数内容	ls /home /tmp; echo $_ （输出：/tmp）

示例：预定义变量的实际应用演示

# 1. $?：判断命令是否执行成功
ping -c 1 www.baidu.com &> /dev/null
if [ $? -eq 0 ]; then
  echo "百度可通"
else
  echo "百度不可通"
fi

# 2. $$：获取当前脚本PID（可用于生成唯一文件名）
echo "当前脚本PID：$$"
temp_file="temp_$$.txt"  # 生成唯一临时文件名
echo "临时文件：$temp_file"

# 3. $!：获取后台进程PID
sleep 30 &  # 后台运行sleep命令
echo "后台进程PID：$!"
kill $!     # 终止后台进程

总结

Shell 脚本编写中的核心规范之一是使用 shebang 声明：

#!/bin/bash

变量主要分为两类：自定义变量和特殊变量。自定义变量由用户自行定义，而特殊变量则包括环境变量、位置变量以及预定义变量，它们在脚本运行过程中起到关键作用。

在数值运算方面，整数计算通常使用特定命令实现，相关示例如下：

$((...))

对于浮点数或更复杂的数学运算，则需借助专门的工具进行处理，示例如下：

bc

位置变量是脚本参数传递的重要手段，能够灵活接收外部输入，其用法参考：

$1~$n

此外，另一个脚本自动化中不可或缺的元素是预定义变量中的执行状态码，用于获取上一条命令的执行结果，标记如下：

$?

关于权限控制、代码注释与命令执行顺序的规范也至关重要，应确保脚本具备清晰的注释、正确的执行权限设置；
重定向机制可用于调整输入输出的数据流向，而管道则常用于多个命令之间的协作处理。

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关键词：Shell Shel SHE environment Interactive