Linux Shell脚本攻略:数字运算

Unix刚开始只支持一种交互式shell，它是由Stephen Bourne所编写的Bourne Shell（sh）。
1989年，GNU项目的Brian Fox吸收了大量其他用户界面的特性，编写出了一种全新的shell：
Bourne Again Shell（bash）。bash shell与Bourne Shell完全兼容，同时又增添了一些来自csh、ksh
等的功能。
随着Linux成为最流行的类Unix操作系统实现，bash shell也变成了Unix和Linux中既成事实的
标准shell。
本书关注的是Linux和bash。即便如此，书中的大部分脚本都可以运行在使用了bash、sh、ash、
dash、ksh或其他sh风格shell的Linux和Unix系统中。
本章将带领读者熟悉shell环境并演示一些基本的shell特性。
1.2 在终端中显示输出
用户是通过终端会话同shell环境打交道的。如果你使用的是基于图形用户界面的系统，这指
的就是终端窗口。如果没有图形用户界面（生产服务器或SSH会话），那么登录后你看到的就是
shell提示符。
在终端中显示文本是大多数脚本和实用工具经常需要执行的任务。shell可以使用多种方法和
格式显示文本。
1.2.1 预备知识
命令都是在终端会话中输入并执行的。打开终端时会出现一个提示符。有很多方法可以配置
提示符，不过其形式通常如下：
username@hostname$
或者也可以配置成root@hostname #，或者简单地显示为$或#。
$表示普通用户，#表示管理员用户root。root是Linux系统中权限最高的用户。
以root用户（管理员）的身份直接使用shell来执行任务可不是个好主意。因
为如果shell具备较高的权限，命令中出现的输入错误有可能造成更严重的破坏，
所以推荐使用普通用户（shell会在提示符中以$来表明这种身份）登录系统，然
后借助sudo这类工具来运行特权命令。使用sudo <command> <arguments>执
行命令的效果和root一样。
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shell脚本通常以shebang①起始：
#!/bin/bash
shebang是一个文本行，其中#!位于解释器路径之前。/bin/bash是Bash的解释器命令路径。bash
将以#符号开头的行视为注释。脚本中只有第一行可以使用shebang来定义解释该脚本所使用的解
释器。
脚本的执行方式有两种。
(1) 将脚本名作为命令行参数：
bash myScript.sh
(2) 授予脚本执行权限，将其变为可执行文件：
chmod 755 myScript.sh
./myScript.sh.
如果将脚本作为bash的命令行参数来运行，那么就用不着使用shebang了。可以利用shebang
来实现脚本的独立运行。可执行脚本使用shebang之后的解释器路径来解释脚本。
使用chmod命令赋予脚本可执行权限：
$ chmod a+x sample.sh
该命令使得所有用户可以按照下列方式执行该脚本：
$ ./sample.sh #./表示当前目录
或者
$ /home/path/sample.sh #使用脚本的完整路径
内核会读取脚本的首行并注意到shebang为#!/bin/bash。它会识别出/bin/bash并执行该
脚本：
$ /bin/bash sample.sh
当启动一个交互式shell时，它会执行一组命令来初始化提示文本、颜色等设置。这组命令来
自用户主目录中的脚本文件~/.bashrc（对于登录shell则是~/.bash_profile）。Bash shell还维护了一
个历史记录文件~/.bash_history，用于保存用户运行过的命令。
——————————
① shebang这个词其实是两个字符名称（sharp-bang）的简写。在Unix的行话里，用sharp或hash（有时候是mesh）来
称呼字符“#”， 用bang来称呼惊叹号“!”，因而shebang合起来就代表了这两个字符。详情请参考：
http://en.wikipedia.org/wiki/ Shebang_(Unix)。（注：书中脚注均为译者注。）
4 第 1 章 小试牛刀
~表示主目录，它通常是/home/user，其中user是用户名，如果是root用
户，则为/root。登录shell是登录主机后创建的那个shell。但登录图形化环境（比
如GNOME、KDE等）后所创建的终端会话并不是登录shell。使用GNOME或KDE
这类显示管理器登录后并不会读取.profile或.bash_profile（绝大部分情况下不
会），而使用ssh登录远程系统时则会读取.profile。shell使用分号或换行符来分隔
单个命令或命令序列。比如：
$ cmd1 ; cmd2
这等同于：
$ cmd1
$ cmd2
注释部分以#为起始，一直延续到行尾。注释行通常用于描述代码或是在调试期间禁止执行
某行代码①：
# sample.sh - echoes "hello world"
echo "hello world"
现在让我们继续讨论基本特性。
1.2.2 实战演练
echo是用于终端打印的最基本命令。
默认情况下，echo在每次调用后会添加一个换行符：
$ echo "Welcome to Bash"
Welcome to Bash
只需要将文本放入双引号中，echo命令就可以将其中的文本在终端中打印出来。类似地，
不使用双引号也可以得到同样的输出结果：
$ echo Welcome to Bash
Welcome to Bash
实现相同效果的另一种方式是使用单引号：
$ echo 'text in quotes'
这些方法看起来相似，但各有特定的用途及副作用。双引号允许shell解释字符串中出现的特
殊字符。单引号不会对其做任何解释。
思考下面这行命令：
——————————
① shell不执行脚本中的任何注释部分。
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$ echo "cannot include exclamation - ! within double quotes"
命令输出如下：
bash: !: event not found error
如果需要打印像!这样的特殊字符，那就不要将其放入双引号中，而是使用单引号，或是在
特殊字符之前加上一个反斜线（\）：
$ echo Hello world !
或者
$ echo 'Hello world !'
或者
$ echo "Hello world \!" #将转义字符放在前面
如果不使用引号，我们无法在echo中使用分号，因为分号在Bash shell中用作命令间的分
隔符：
echo hello; hello
对于上面的命令，Bash将echo hello作为一个命令，将hello作为另外一个命令。
在下一条攻略中将讨论到的变量替换不会在单引号中执行。
另一个可用于终端打印的命令是printf。该命令使用的参数和C语言中的printf函数一样。
例如：
$ printf "Hello world"
printf命令接受引用文本或由空格分隔的参数。我们可以在printf中使用格式化字符串来
指定字符串的宽度、左右对齐方式等。默认情况下，printf并不会自动添加换行符，我们必须
在需要的时候手动指定，比如在下面的脚本中：
#!/bin/bash
#文件名: printf.sh
printf "%-5s %-10s %-4s\n" No Name Mark
printf "%-5s %-10s %-4.2f\n" 1 Sarath 80.3456
printf "%-5s %-10s %-4.2f\n" 2 James 90.9989
printf "%-5s %-10s %-4.2f\n" 3 Jeff 77.564
可以得到如下格式化的输出：
No Name Mark
1 Sarath 80.35
2 James 91.00
3 Jeff 77.56
6 第 1 章 小试牛刀
1.2.3 工作原理
%s、%c、%d和%f都是格式替换符（format substitution character），它们定义了该如何打印后
续参数。%-5s指明了一个格式为左对齐且宽度为5的字符串替换（-表示左对齐）。如果不指明-，
字符串就采用右对齐形式。宽度指定了保留给某个字符串的字符数量。对Name而言，其保留宽
度是10。因此，任何Name字段的内容都会被显示在10字符宽的保留区域内，如果内容不足10个
字符，余下的则以空格填充。
对于浮点数，可以使用其他参数对小数部分进行舍入（round off）。
对于Mark字段，我们将其格式化为%-4.2f，其中.2指定保留两位小数。注意，在每行的格
式字符串后都有一个换行符（\n）。
1.2.4 补充内容
使用echo和printf的命令选项时，要确保选项出现在命令中的所有字符串之前，否则Bash
会将其视为另外一个字符串。
1. 在echo中转义换行符
默认情况下，echo会在输出文本的尾部追加一个换行符。可以使用选项-n来禁止这种行为。
echo同样接受双包含转义序列的双引号字符串作为参数。在使用转义序列时，需要使用echo -e
"包含转义序列的字符串"这种形式。例如：
echo -e "1\t2\t3"
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2. 打印彩色输出
脚本可以使用转义序列在终端中生成彩色文本。
文本颜色是由对应的色彩码来描述的。其中包括：重置=0，黑色=30，红色=31，绿色=32，
黄色=33，蓝色=34，洋红=35，青色=36，白色=37。
要打印彩色文本，可输入如下命令：
echo -e "\e[1;31m This is red text \e[0m"
其中\e[1;31m是一个转义字符串，可以将颜色设为红色，\e[0m将颜色重新置回。只需要将31替
换成想要的色彩码就可以了。
对于彩色背景，经常使用的颜色码是：重置=0，黑色=40，红色=41，绿色=42，黄色=43，
蓝色=44，洋红=45，青色=46，白色=47。
1.3 使用变量与环境变量 7
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要设置彩色背景的话，可输入如下命令：
echo -e "\e[1;42m Green Background \e[0m"
这些例子中包含了一些转义序列。可以使用man console_codes来查看相关文档。
1.3 使用变量与环境变量
所有的编程语言都利用变量来存放数据，以备随后使用或修改。和编译型语言不同，大多数
脚本语言不要求在创建变量之前声明其类型。用到什么类型就是什么类型。在变量名前面加上一
个美元符号就可以访问到变量的值。shell定义了一些变量，用于保存用到的配置信息，比如可用
的打印机、搜索路径等。这些变量叫作环境变量。
1.3.1 预备知识
变量名由一系列字母、数字和下划线组成，其中不包含空白字符。常用的惯例是在脚本中使
用大写字母命名环境变量，使用驼峰命名法或小写字母命名其他变量。
所有的应用程序和脚本都可以访问环境变量。可以使用env或printenv命令查看当前shell
中所定义的全部环境变量：
$> env
PWD=/home/clif/ShellCookBook
HOME=/home/clif
SHELL=/bin/bash
# …… 其他行
要查看其他进程的环境变量，可以使用如下命令：
cat /proc/$PID/environ
其中，PID是相关进程的进程ID（PID是一个整数）。
假设有一个叫作gedit的应用程序正在运行。我们可以使用pgrep命令获得gedit的进程ID：
$ pgrep gedit
12501
那么，你就可以执行以下命令来查看与该进程相关的环境变量：
$ cat /proc/12501/environ
GDM_KEYBOARD_LAYOUT=usGNOME_KEYRING_PID=1560USER=slynuxHOME=/home/slynux
8 第 1 章 小试牛刀
注意，实际输出的环境变量远不止这些，只是考虑到页面篇幅的限制，这里
删除了不少内容。
特殊文件/proc/PID/environ是一个包含环境变量以及对应变量值的列表。每
一个变量以name=value的形式来描述，彼此之间由null字符（\0）分隔。形式
上确实不太易读。
要想生成一份易读的报表，可以将cat命令的输出通过管道传给tr，将其中的\0替换成\n：
$ cat /proc/12501/environ | tr '\0' '\n'
1.3.2 实战演练
可以使用等号操作符为变量赋值：
varName=value
varName是变量名，value是赋给变量的值。如果value不包含任何空白字符（例如空格），
那么就不需要将其放入引号中，否则必须使用单引号或双引号。
注意，var = value不同于var=value。把var=value写成var = value
是一个常见的错误。两边没有空格的等号是赋值操作符，加上空格的等号表示的
是等量关系测试。
在变量名之前加上美元符号（$）就可以访问变量的内容。
var="value" #将"value"赋给变量var
echo $var
也可以这样写：
echo ${var}
输出如下：
value
我们可以在printf、echo或其他命令的双引号中引用变量值：
#!/bin/bash
#文件名:variables.sh
fruit=apple
count=5
echo "We have $count ${fruit}(s)"
输出如下：
We have 5 apple(s)
1.3 使用变量与环境变量 9
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因为shell使用空白字符来分隔单词，所以我们需要加上一对花括号来告诉shell这里的变量名
是fruit，而不是fruit(s)。
环境变量是从父进程中继承而来的变量。例如环境变量HTTP_PROXY，它定义了Internet连接
应该使用哪个代理服务器。
该环境变量通常被设置成：
HTTP_PROXY=192.168.1.23:3128
export HTTP_PROXY
export命令声明了将由子进程所继承的一个或多个变量。这些变量被导出后，当前shell脚
本所执行的任何应用程序都会获得这个变量。shell创建并用到了很多标准环境变量，我们也可以
导出自己的环境变量。
例如，PATH变量列出了一系列可供shell搜索特定应用程序的目录。一个典型的PATH变量包
含如下内容：
$ echo $PATH
/home/slynux/bin:/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin:/usr
/games
各目录路径之间以:分隔。$PATH通常定义在/etc/environment、/etc/profile或~/.bashrc中。
如果需要在PATH中添加一条新路径，可以使用如下命令：
export PATH="$PATH:/home/user/bin"
也可以使用
$ PATH="$PATH:/home/user/bin"
$ export PATH
$ echo $PATH
/home/slynux/bin:/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin:/usr
/games:/home/user/bin
这样，我们就将/home/user/bin添加到了PATH中。
另外还有一些众所周知的环境变量：HOME、PWD、USER、UID、SHELL等。
使用单引号时，变量不会被扩展（expand），仍依照原样显示。这意味着$ echo
'$var'会显示$var。
但如果变量$var已经定义过，那么$ echo "$var"会显示出该变量的值；
如果没有定义过，则什么都不显示。
1.3.3 补充内容
shell还有很多内建特性。下面就是其中一些。
10 第 1 章 小试牛刀
1. 获得字符串的长度
可以用下面的方法获得变量值的长度：
length=${#var}
考虑这个例子：
$ var=12345678901234567890
$ echo ${#var}
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length就是字符串所包含的字符数。
2. 识别当前所使用的shell
可以通过环境变量SHELL获知当前使用的是哪种shell：
echo $SHELL
也可以用
echo $0
例如：
$ echo $SHELL
/bin/bash
执行echo $0命令也可以得到同样的输出：
$ echo $0
/bin/bash
3. 检查是否为超级用户
环境变量UID中保存的是用户ID。它可以用于检查当前脚本是以root用户还是以普通用户的
身份运行的。例如：
If [ $UID -ne 0 ]; then
echo Non root user. Please run as root.
else
echo Root user
fi
注意，[实际上是一个命令，必须将其与剩余的字符串用空格隔开。上面的脚本也可以
写成：
If test $UID -ne 0:1
then
echo Non root user. Please run as root.
else
1.4 使用函数添加环境变量 11
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echo Root user
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root用户的UID是0。
4. 修改Bash的提示字符串（username@hostname:~$）
当我们打开终端或是运行shell时，会看到类似于user@hostname:/home/$的提示字符串。
不同的GNU/Linux发布版中的提示字符串及颜色各不相同。我们可以利用PS1环境变量来定义主
提示字符串。默认的提示字符串是在文件~/.bashrc中的某一行设置的。
 查看设置变量PS1的那一行：
$ cat ~/.bashrc | grep PS1
PS1='${debian_chroot:+($debian_chroot)}\u@\h:\w\$ '
 如果要修改提示字符串，可以输入：
slynux@localhost: ~$ PS1="PROMPT>" #提示字符串已经改变
PROMPT> Type commands here.
 我们可以利用类似于\e[1;31的特定转义序列来设置彩色的提示字符串（参考1.2节的内
容）。
还有一些特殊的字符可以扩展成系统参数。例如：\u可以扩展为用户名，\h可以扩展为主
机名，而\w可以扩展为当前工作目录。
1.4 使用函数添加环境变量
环境变量通常保存了可用于搜索可执行文件、库文件等的路径列表。例如$PATH和
$LD_LIBRARY_PATH，它们通常看起来像这样：
PATH=/usr/bin; /bin
LD_LIBRARY_PATH=/usr/lib; /lib
这意味着只要shell执行应用程序（二进制文件或脚本）时，它就会首先查找/usr/bin，然后查找/bin。
当你使用源代码构建并安装程序时，通常需要为新的可执行文件和库文件添加特定的路径。
假设我们要将myapp安装到/opt/myapp，它的二进制文件在/opt/myapp/bin目录中，库文件在/opt/
myapp /lib目录中。
1.4.1 实战演练
这个例子展示了如何将新的路径添加到环境变量的起始部分。第一个例子利用我们目前所讲
过的知识来实现，第二个例子创建了一个函数来简化修改操作。本章随后会讲到函数。
12 第 1 章 小试牛刀
export PATH=/opt/myapp/bin:$PATH
export LD_LIBRARY_PATH=/opt/myapp/lib; $LD_LIBRARY_PATH
PATH和LD_LIBRARY_PATH现在看起来应该像这样：
PATH=/opt/myapp/bin:/usr/bin:/bin
LD_LIBRARY_PATH=/opt/myapp/lib:/usr/lib; /lib
我们可以在.bashrc文件中定义如下函数，简化路径添加操作：
prepend() { [ -d "$2" ] && eval $1=\"$2':'\$$1\" && export $1; }
该函数用法如下：
prepend PATH /opt/myapp/bin
prepend LD_LIBRARY_PATH /opt/myapp/lib
1.4.2 工作原理
函数prepend()首先确认该函数第二个参数所指定的目录是否存在。如果存在，eval表达
式将第一个参数所指定的变量值设置成第二个参数的值加上:（路径分隔符），随后再跟上第一个
参数的原始值。
在进行添加时，如果变量为空，则会在末尾留下一个:。要解决这个问题，可以对该函数再
做一些修改：
prepend() { [ -d "$2" ] && eval $1=\"$2\$\{$1:+':'\$$1\}\" && export $1 ; }
在这个函数中，我们引入了一种shell参数扩展的形式：
${parameter:+expression}
如果parameter有值且不为空，则使用expression的值。
通过这次修改，在向环境变量中添加新路径时，当且仅当旧值存在，才会增加:。
1.5 使用 shell 进行数学运算
Bash shell使用let、(( ))和[]执行基本的算术操作。工具expr和bc可以用来执行高级操作。
实战演练
(1) 可以像为变量分配字符串值那样为其分配数值。这些值会被相应的操作符视为数字。
#!/bin/bash
no1=4;
no2=5;
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(2) let命令可以直接执行基本的算术操作。当使用let时，变量名之前不需要再添加$，例如：
let result=no1+no2
echo $result
let命令的其他用法如下：
 自加操作
$ let no1++
 自减操作
$ let no1--
 简写形式
let no+=6
let no-=6
它们分别等同于let no=no+6和let no=no-6。
 其他方法
操作符[]的使用方法和let命令一样：
result=$[ no1 + no2 ]
在[]中也可以使用$前缀，例如：
result=$[ $no1 + 5 ]
也可以使用操作符(())。出现在(())中的变量名之前需要加上$：
result=$(( no1 + 50 ))
expr同样可以用于基本算术操作：
result=`expr 3 + 4`
result=$(expr $no1 + 5)
以上这些方法不支持浮点数，只能用于整数运算。
(3) bc是一个用于数学运算的高级实用工具，这个精密的计算器包含了大量的选项。我们可
以借助它执行浮点数运算并使用一些高级函数：
echo "4 * 0.56" | bc
2.24
no=54;
result=`echo "$no * 1.5" | bc`
echo $result
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14 第 1 章 小试牛刀
bc可以接受操作控制前缀。这些前缀之间使用分号分隔。
 设定小数精度。在下面的例子中，参数scale=2将小数位个数设置为2。因此，bc将
会输出包含两个小数位的数值：
echo "scale=2;22/7" | bc
3.14
 进制转换。用bc可以将一种进制系统转换为另一种。来看看下面的代码是如何在十进
制与二进制之间相互转换的：
#!/bin/bash
用途：数字转换
no=100
echo "obase=2;$no" | bc
1100100
no=1100100
echo "obase=10;ibase=2;$no" | bc
100
 计算平方以及平方根。
echo "sqrt(100)" | bc #Square root
echo "10^10" | bc #Square