Linux系统中bash shell编程的10个基础问题讲解_linux shell_

第1问：为何叫做shell？
在介绍 shell 是什么东西之前，不妨让我们重新审视使用者与电脑的关系。我们知道电脑的运作不能离开硬件，但使用者却无法直接对硬件作驱动，硬件的驱动只能透过一个称为“操作系统（Operating System）”的软件来控管，事实上，我们每天所谈的linux，严格来说只是一个操作系统，我们称之为“核心（kernel）”。然而，从使用者的角度来说，使用者也没办法直接操作kernel，而是透过kernel的“外壳”程序，也就是所谓的shell，来与kernel沟通。
这也正是kernel跟shell的形像命名关系。

从技术角度来说，shell是一个使用者与系统的互动界面（interface），主要是让使用者透过命令行（command line）来使用系统以完成工作。因此，shell的最简单的定义就是---命令解释器（Command Interpreter）：

• 将使用者的命令翻译给核心处理，
• 同时，将核心处理结果翻译给使用者。

每次当我们完成系统登入（log in），我们就取得一个互动模式的shell，也称为login shell或primary shell。若从行程（process）角度来说，我们在shell所下达的命令，均是shell所产生的子行程。这现像，我们暂可称之为fork。如果是执行脚本（shell script）的话，脚本中的命令则是由另外一个非互动模式的子shell（sub shell）来执行的。也就是primary shell产生sub shell的行程，sub shell再产生script中所有命令的行程。（关于行程，我们日后有机会再补充。）

这里，我们必须知道：kernel与shell是不同的两套软件，而且都是可以被替换的：

• 不同的操作系统使用不同的kernel，
• 而在同一个kernel之上，也可使用不同的shell。

在linux的预设系统中，通常都可以找到好几种不同的shell，且通常会被列于如下档案里：

/etc/shells
不同的shell有着不同的功能，且也彼此各异、或说“大同小异”。常见的shell主要分为两大主流：
sh：

• burne shell（sh）
• burne again shell（bash）

csh：

• c shell（csh）
• tc shell（tcsh）
• korn shell（ksh）

大部份的Linux系统的预设shell都是bash，其原因大致如下两点：

• 自由软件
• 功能强大

bash是gnu project最成功的产品之一，自推出以来深受广大Unix用户喜爱，且也逐渐成为不少组织的系统标准。

第2问：shell prompt（PS1）与 Carriage Return（CR）的关系？
当你成功登录进一个文字界面之后，大部份情形下，你会在荧幕上看到一个不断闪烁的方块或底线（视不同版本而别），我们称之为游标（cursor）。游标的作用就是告诉你接下来你从键盘输入的按键所插入的位置，且每输入一键游标便向右边移动一个格子，若连续输入太多的话，则自动接在下一行输入。假如你刚完成登录还没输入任何按键之前，你所看到的游标所在位置的同一行的左边部份，我们称之为提示符号（prompt）。提示符号的格式或因不同系统版本而各有不同，在Linux上，只需留意最接近游标的一个可见的提示符号，通常是如下两者之一：

• $：给一般使用者帐号使用
• #：给root（管理员）帐号使用

事实上，shell prompt的意思很简单：是shell告诉使用者：您现在可以输入命令行了。我们可以说，使用者只有在得到shell prompt才能打命令行，而cursor是指示键盘在命令行所输入的位置，使用者每输入一个键，cursor就往后移动一格，直到碰到命令行读进CR（Carriage Return，由Enter键产生）字符为止。CR的意思也很简单：是使用者告诉shell：老兄你可以执行我的命令了。

严格来说：所谓的命令行，就是在shell prompt与CR字符之间所输入的文字。（思考：为何我们这里坚持使用CR字符而不说Enter键呢？答案在后面的学习中揭晓。）不同的命令可接受的命令行格式或有不同，一般情况下，一个标准的命令行格式为如下所列：

command-name options argument
若从技术细节来看，shell会依据IFS（Internal Field Seperator）将command line所输入的文字给拆解为“字段”（word）。然后再针对特殊字符（meta）先作处理，最后再重组整行command line。（注意：请务必理解上两句话的意思，我们日后的学习中会常回到这里思考。）

其中的IFS是shell预设使用的字段分隔符号，可以由一个及多个如下按键组成：

• 空白键（White Space）
• 表格键（Tab）
• 回车键（Enter）

系统可接受的命令名称（command-name）可以从如下途径获得：

明确路径所指定的外部命令

• 命令别名（alias）
• 自定功能（function）
• shell内置命令（built-in）
• $PATH之下的外部命令

每一个命令行均必需含用命令名称，这是不能缺少的。

第3问：别人echo、你也echo，是问echo知多少？
承接上一章所介绍的command line，这里我们用echo这个命令加以进一步说明。温习---标准的command line包含三个部件：

command_name option argument
echo是一个非常简单、直接的Linux命令：将argument送出至标准输出（STDOUT），通常就是在显示器（monitor）上输出。（注：stdout我们日后有机会再解说）。为了更好理解，不如先让我们先跑一下echo命令好了：

$ echo
你会发现只有一个空白行，然后又回到shell prompt上了。这是因为echo在预设上，在显示完argument之后，还会送出一个换行符号（new-line charactor）。但是上面的command并没任何的argument，那结果就只剩一个换行符号了…

若你要取消这个换行符号，可利用echo的-n option：

$ echo -n
不妨让我们回到command line的概念上来讨论上例的echo命令好了：command line只有command_name（echo）及option（-n），并没有任何argument。

要想看看echo的argument，那还不简单﹗接下来，你可试试如下的输入：

 $ echo first line first line $ echo -n first line first line $ 

于上两个echo命令中，你会发现argument的部份显示在你的荧幕，而换行符号则视-n option的有无而别。
很明显的，第二个echo由于换行符号被取消了，接下来的shell prompt就接在输出结果同一行了…^_^

事实上，echo除了-n options之外，常用选项还有：

• -e：启用反斜线控制字符的转换（参考下表）
• -E：关闭反斜线控制字符的转换（预设如此）
• -n：取消行末之换行符号（与-e选项下的\c字符同意）

关于echo命令所支持的反斜线控制字符如下表：

• \a:ALERT / BELL（从系统喇叭送出铃声）
• \b:BACKSPACE，也就是向左退格键
• \c：取消行末之换行符号
• \E:ESCAPE，跳脱键
• \f:FORMFEED，分页字符
• \n:NEWLINE，换行字符
• \r:RETURN，回车键
• \t:TAB，表格跳位键
• \v:VERTICAL TAB，垂直表格跳位键
• \n:ASCII八进位编码（以x开首为十六进位）
• \\：反斜线本身

（表格数据来自O'Reilly出版社之Learning the Bash Shell，2nd Ed.）

或许，我们可以透过实例来了解echo的选项及控制字符：
例一：

 $ echo -e "a\tb\tc\nd\te\tf" a b c d e f 

上例运用\t来区隔abc还有def，及用\n将def换至下一行。

例二：

 $ echo -e "\141\011\142\011\143\012\144\011\145\011\146" a b c d e f 

与例一的结果一样，只是使用ASCII八进位编码。

例三：

 $ echo -e "\x61\x09\x62\x09\x63\x0a\x64\x09\x65\x09\x66" a b c d e f 

与例二差不多，只是这次换用ASCII十六进位编码。

例四：

 $ echo -ne "a\tb\tc\nd\te\bf\a" a b c d f $ 

因为e字母后面是退格键（\b），因此输出结果就没有e了。在结束时听到一声铃向，那是\a的杰作﹗
由于同时使用了-n选项，因此shell prompt紧接在第二行之后。若你不用-n的话，那你在\a后再加个\c，也是同样的效果。

事实上，在日后的shell操作及shell script设计上，echo命令是最常被使用的命令之一。
比方说，用echo来检查变量值：

 $ A=B $ echo $A B $ echo $？ 0 

（注：关于变量概念，我们留到下两章才跟大家说明。）
好了，更多的关于command line的格式，以及echo命令的选项，就请您自行多加练习、运用了…

第4问：“”（双引号）与''（单引号）差在哪？
还是回到我们的command line来吧…

经过前面两章的学习，应该很清楚当你在shell prompt后面敲打键盘、直到按下Enter的时候，
你输入的文字就是command line了，然后shell才会以行程的方式执行你所交给它的命令。但是，你又可知道：你在command line输入的每一个文字，对shell来说，是有类别之分的呢？

简单而言（我不敢说这是精确的定议，注一），command line的每一个charactor，分为如下两种：

• literal：也就是普通纯文字，对shell来说没特殊功能。
• meta：对shell来说，具有特定功能的特殊保留字元。（注一：关于bash shell在处理command line时的顺序说明，请参考O'Reilly出版社之Learning the Bash Shell，2nd Edition，第177 - 180页的说明，尤其是178页的流程图Figure 7-1…）

Literal没甚么好谈的，凡举abcd、123456这些“文字”都是literal…（easy？）。但meta却常使我们困惑…..（confused？）事实上，前两章我们在command line中已碰到两个机乎每次都会碰到的meta：

• IFS：由或或三者之一组成（我们常用space）。
• CR：由产生。

IFS是用来拆解command line的每一个词（word）用的，因为shell command line是按词来处理的。而CR则是用来结束command line用的，这也是为何我们敲命令就会跑的原因。除了IFS与CR，常用的meta还有：

• = : 设定变量。
• $ : 作变量或运算替换（请不要与shell prompt搞混了）。
• > : 重导向stdout。
• < : 重导向stdin。
• | : 命令管线。
• & : 重导向file descriptor，或将命令置于背境执行。
• () : 将其内的命令置于nested subshell执行，或用于运算或命令替换。
• {} : 将其内的命令置于non-named function中执行，或用在变量替换的界定范围。
• ; : 在前一个命令结束时，而忽略其返回值，继续执行下一个命令。
• && : 在前一个命令结束时，若返回值为true，继续执行下一个命令。
• || : 在前一个命令结束时，若返回值为false，继续执行下一个命令。
• ！: 执行history列表中的命令

...

假如我们需要在command line中将这些保留字元的功能关闭的话，就需要quoting处理了。在bash中，常用的quoting有如下三种方法：

hard quote:' '（单引号），凡在hard quote中的所有meta均被关闭。
soft quote:“”（双引号），在soft quote中大部份meta都会被关闭，但某些则保留（如$）。（注二：在soft quote中被豁免的具体meta清单，我不完全知道，有待大家补充，或透过实作来发现及理解。）
escape : \（反斜线），只有紧接在escape（跳脱字符）之后的单一meta才被关闭。
下面的例子将有助于我们对quoting的了解：

 $ A=B C #空白键未被关掉，作为IFS处理。 $ C: command not found. $ echo $A $ A="B C" #空白键已被关掉，仅作为空白键处理。 $ echo $A B C 

在第一次设定A变量时，由于空白键没被关闭，command line将被解读为：A=B然后碰到，再执行C命令

在第二次设定A变量时，由于空白键被置于soft quote中，因此被关闭，不再作为IFS：A=BC

事实上，空白键无论在soft quote还是在hard quote中，均会被关闭。Enter键亦然：

 $ A='B > C > ' $ echo "$A" B C 

在上例中，由于被置于hard quote当中，因此不再作为CR字符来处理。这里的单纯只是一个断行符号（new-line）而已，由于command line并没得到CR字符，因此进入第二个shell prompt（PS2，以>符号表示），command line并不会结束，直到第三行，我们输入的并不在hard quote里面，因此并没被关闭，此时，command line碰到CR字符，于是结束、交给shell来处理。
上例的要是被置于soft quote中的话，CR也会同样被关闭：

 $ A="B > C >" $ echo $A B C 

然而，由于echo $A时的变量没至于soft quote中，因此当变量替换完成后并作命令行重组时，会被解释为IFS，而不是解释为New Line字符。

同样的，用escape亦可关闭CR字符：

 $ A=B\ > C\ > $ echo $A BC 

上例中，第一个跟第二个均被escape字符关闭了，因此也不作为CR来处理，
但第三个由于没被跳脱，因此作为CR结束command line。

但由于键本身在shell meta中的特殊性，在\跳脱后面，仅仅取消其CR功能，而不会保留其IFS功能。

您或许发现光是一个键所产生的字符就有可能是如下这些可能：CR、IFS、NL（New Line）、FF（Form Feed）、NULL ...至于什么时候会解释为什么字符，这个我就没去深挖了，或是留给读者诸君自行慢慢摸索了…^_^

至于soft quote跟hard quote的不同，主要是对于某些meta的关闭与否，以$来作说明：

 $ A=B\ C $ echo "$A" B C $ echo '$A' $A 

在第一个echo命令行中，$被置于soft quote中，将不被关闭，因此继续处理变量替换，因此echo将A的变量值输出到荧幕，也就得到B C的结果。在第二个echo命令行中，$被置于hard quote中，则被关闭，因此$只是一个$符号，并不会用来作变量替换处理，因此结果是$符号后面接一个A字母：$A。

 # 练习与思考：如下结果为何不同？ $ A=B\ C $ echo '"$A"' #最外面的是单引号 "$A" $ echo "'$A'" #最外面的是双引号 'B C' 

（提示：单引号及双引号，在quoting中均被关闭了。）
在CU的shell版里，我发现有很多初学者的问题，都与quoting理解的有关。比方说，若我们在awk或sed的命令参数中调用之前设定的一些变量时，常会问及为何不能的问题。要解决这些问题，关键点就是：
区分出shell meta与command meta

前面我们提到的那些meta，都是在command line中有特殊用途的，比方说{ }是将其内一系列command line置于不具名的函式中执行（可简单视为command block），但是，awk却需要用{ }来区分出awk的命令区段（BEGIN，MAIN，END）。若你在command line中如此输入：

 $ awk {print $0} 1.txt 

由于{ }在shell中并没关闭，那shell就将{print $0}视为command block，但同时又没有;符号作命令区隔，因此就出现awk的语法错误结果。要解决之，可用hard quote：

 $ awk '{print $0}' 1.txt 

上面的hard quote应好理解，就是将原本的{、、$（注三）、}这几个shell meta关闭，避免掉在shell中遭到处理，而完整的成为awk参数中的command meta。（注三：而其中的$0是awk内置的field number，而非awk的变量，awk自身的变量无需使用$。）

要是理解了hard quote的功能，再来理解soft quote与escape就不难：

 awk "{print \$0}" 1.txt awk \{print\ \$0\} 1.txt 

然而，若你要改变awk的$0的0值是从另一个shell变量读进呢？比方说：已有变量$A的值是0，那如何在command line中解决awk的$$A呢？你可以很直接否定掉hard quoe的方案：

 $ awk '{print $$A}' 1.txt 

那是因为$A的$在hard quote中是不能替换变量的。聪明的读者（如你！），经过本章学习，我想，应该可以解释为何我们可以使用如下操作了吧：

 A=0 awk "{print \$$A}" 1.txt awk \{print\ \$$A\} 1.txt awk '{print $'$A'}' 1.txt awk '{print $'"$A"'}' 1.txt #注：“$A”包在soft quote中 

或许，你能举出更多的方案呢….^_^

第5问：var=value? export前后差在哪?
这次让我们暂时丢开command line，先来了解一下bash变量（variable）吧…

所谓的变量，就是利用一个特定的“名称”（name）来存取一段可以变化的“值”（value）。

设定（set）
在bash中，你可以用“=”来设定或重新定义变量的内容：