Shell脚本编程完全指南

一、基础结构

1. 脚本格式

#!/usr/bin/env bash  # Shebang行（推荐可移植写法）
# 单行注释
: <<'COMMENT'
多行注释示例
支持换行文本
COMMENT

2. 执行方式

调试工具：

• bash -n script.sh：语法检查
• bash -x script.sh：逐行调试（显示执行过程）

二、变量处理

1. 变量类型

2. 变量操作

name="Bob"
echo ${name}          # 标准引用（推荐）
name+=" Smith"        # 追加 → "Bob Smith"
unset name            # 删除变量

3. 核心内置变量

三、数据运算

1. 算术运算

let result="10 + 5"         # let计算
result=$((10 * 2))          # $(( ))计算
result=$(expr 10 - 3)       # expr命令

# 增强赋值
count=5
((count *= 3))              # count=15
((count--))                 # count=14

2. 浮点数计算

pi=3.1415926
printf "%.2f\n" $pi         # 3.14 (保留两位小数)
result=$(echo "scale=2; 10/3" | bc)  # 3.33 (bc计算器)

3. 随机数生成

echo $((RANDOM % 100))      # 0-99随机数
echo $((RANDOM % 50 + 1))   # 1-50随机数

四、条件测试

1. 测试语法

test -f file.txt       # 传统写法
[ -d "/data" ]         # 常用写法（注意空格）
[[ $str =~ ^[A-Z] ]]   # 正则匹配（高级模式）

2. 测试选项速查

五、流程控制

1. 条件分支

if语句

if [[ $age -ge 18 ]]; then
   echo "成年人"
elif [[ $age -ge 13 ]]; then
   echo "青少年"
else
   echo "儿童"
fi

case语句

case $OS in
  Linux)
    echo "使用 apt/yum"
    ;;
  Darwin)
    echo "使用 brew"
    ;;
  *)
    echo "未知系统: $OS"
    exit 1
    ;;
esac

2. 循环结构

for循环

# 列表遍历
for file in *.log; do
   gzip "$file"
done

# C语言风格
for ((i=0; i<10; i+=2)); do
   echo "偶数: $i"
done

# 数字序列
for i in $(seq 5); do
   echo "计数: $i"
done

while/until循环

# while：条件为真执行
count=1
while [[ $count -le 5 ]]; do
   echo "While: $count"
   ((count++))
done

# until：条件为假执行
until [[ $count -gt 10 ]]; do
   echo "Until: $count"
   ((count++))
done

六、函数与输入输出

1. 函数定义

# 定义函数
disk_usage() {
  local threshold=80  # 局部变量
  usage=$(df -h / | awk 'NR==2 {print $5}' | tr -d '%')
  
  if ((usage > threshold)); then
    echo "警告: 磁盘使用率 ${usage}% > ${threshold}%"
    return 1
  fi
  return 0
}

# 调用函数
disk_usage

2. 用户输入

read -t 15 -p "用户名: " username  # -t：超时(秒)
read -s -p "密码: " passwd        # -s：隐藏输入

# 多变量读取
read first last <<< "John Doe"

3. 输入输出重定向

cmd > file      # 标准输出重定向（覆盖）
cmd >> file     # 标准输出重定向（追加）
cmd 2> file     # 错误输出重定向
cmd &> file     # 所有输出重定向

# 管道高级用法
echo "data" | {
  read input
  process "$input"
  echo "结果: $result"
}

七、Shell配置文件

1. 配置文件分类

2. 加载顺序

登录Shell：
  /etc/profile → ~/.bash_profile → ~/.bashrc → /etc/bashrc

非登录交互式Shell：
  ~/.bashrc → /etc/bashrc

八、高级技巧

1. 变量操作

位置变量

#!/bin/bash
echo "脚本名: $0"
echo "第一个参数: $1"
echo "所有参数: $@"
echo "参数个数: $#"

异或交换

a=10; b=20
a=$((a^b)); b=$((a^b)); a=$((a^b))
echo "a=$a, b=$b"  # a=20, b=10

2. 安全脚本

#!/usr/bin/env bash
set -e    # 命令失败立即退出
set -u    # 使用未定义变量时报错
set -o pipefail  # 管道中任意命令失败则整体失败

# 安全删除示例
readonly BACKUP_DIR="/backups"
[[ -d "$BACKUP_DIR" ]] || exit 1
rm -rf "$BACKUP_DIR"/*

3. 子进程控制

# () 创建子进程（变量隔离）
(var=100; echo "子进程: $var")  # 输出100
echo "父进程: $var"            # 空值

# {} 当前进程执行（共享变量）
{ var=200; echo "当前进程: $var"; }  # 200
echo "当前进程: $var"               # 200

4. 实用代码片段

进度条显示

for i in {1..20}; do
  printf "\r[%-20s] %d%%" $(printf "%${i}s" | tr ' ' '#') $((i*5))
  sleep 0.1
done
echo

浮点数比较

compare_floats() {
  result=$(echo "$1 > $2" | bc)
  [[ $result -eq 1 ]] && echo "$1 > $2" || echo "$1 <= $2"
}

compare_floats 3.14 2.71  # 3.14 > 2.71

九、最佳实践

1. 变量引用：始终用${var}替代$var
2. 错误处理：关键操作检查退出码 if ! cmd; then...
3. 路径处理：使用绝对路径，避免依赖当前目录
4. 兼容性：重要脚本声明Shell版本 #!/usr/bin/env bash
5. 调试：复杂脚本使用 set -x 调试模式

通过 bash -n script.sh 进行静态检查，shellcheck 工具可提供更专业的检查