从零开始学Shell编程：从基础到实战案例

从零开始学Shell编程：从基础到实战案例

一、认识Shell：是什么与为什么学

1.1 Shell的定义

Shell是用C语言编写的程序，它充当用户与操作系统内核之间的“桥梁”——用户通过Shell可以访问操作系统内核的服务。从功能上看，它类似Windows系统下的command或cmd.exe，但功能更强大、灵活性更高。

同时，Shell具有双重身份：

• 命令语言：可以直接在终端输入命令，执行文件操作、进程管理等任务；
• 程序设计语言：支持变量、函数、流程控制等编程特性，能编写脚本（Shell Script）实现自动化操作。

需要注意的是，“Shell编程”通常指编写Shell脚本，而非开发Shell解释器本身。

1.2 常用Shell解释器

Shell解释器是执行Shell脚本的核心工具，Linux系统中支持多种解释器，通过cat /etc/shells命令可查看系统已安装的解释器。其中：

• /bin/sh：早期的Bourne Shell，功能较基础；
• /bin/bash：Bourne Again Shell，兼容sh且新增了大量特性（如命令补全、历史记录），是目前大多数Linux系统（如CentOS、Ubuntu）的默认Shell，也是本文的主要使用解释器；
• /sbin/nologin：非交互Shell，通常用于禁止用户登录。

二、Shell编程快速入门：编写第一个脚本

学习Shell编程无需复杂的开发环境，只需一个文本编辑器（如vi/vim）和Shell解释器即可。下面以“打印Hello World”为例，带你完成第一个Shell脚本的编写与执行。

2.1 步骤1：创建脚本文件

使用vi编辑器在指定目录（如/root/shelldemo）创建脚本文件hello.sh（.sh是Shell脚本的约定后缀，不影响执行）：

# 1. 创建存放脚本的目录（若不存在）
mkdir -p /root/shelldemo
# 2. 进入目录
cd /root/shelldemo
# 3. 用vi创建并编辑hello.sh
vi hello.sh

在vi编辑器中输入以下内容：

#!/bin/bash
# 这是注释，打印Hello World
echo "Hello World!"

• #!/bin/bash：约定标记，告诉系统该脚本使用/bin/bash解释器执行；
• #：注释符号，后面的内容不会被执行；
• echo：输出命令，用于向终端打印文本。

输入完成后，按Esc键，输入:wq保存并退出vi。

2.2 步骤2：赋予执行权限

刚创建的脚本文件默认只有“读”和“写”权限，需要通过chmod命令赋予“执行权限”：

# 给当前用户添加执行权限（+x表示新增执行权限，./hello.sh指定脚本路径）
chmod +x ./hello.sh

通过ls -l查看权限是否生效，若输出中包含-rwxr-xr-x，说明已成功添加执行权限：

ls -l hello.sh
# 输出示例：-rwxr-xr-x 1 root root 32 May 20 05:35 hello.sh

2.3 步骤3：执行脚本

Shell脚本有3种常见执行方式，可根据场景选择：

执行结果如下：

# 相对路径执行
./hello.sh
# 输出：Hello World!

# 解释器参数执行（即使无执行权限也能运行）
sh hello.sh
# 输出：Hello World!

注意：若直接输入hello.sh执行，系统会在PATH环境变量指定的目录中寻找脚本，若当前目录不在PATH中，会提示“command not found”，因此需用./hello.sh明确“当前目录”。

三、Shell核心语法：变量与字符串

变量和字符串是Shell编程的基础，掌握它们能帮你存储和处理数据。

3.1 变量：定义、使用与修改

Shell变量无需声明数据类型，直接通过“变量名=值”的格式定义，且等号两边不能有空格。

3.1.1 变量定义规则

• 变量名首字符必须是字母（a-z/A-Z）；
• 变量名中间可包含下划线（_），但不能有空格或标点符号；
• 不能使用Shell关键字（如if、for，可通过help命令查看关键字）。

示例：

# 正确定义：变量名见名知意，多单词用下划线分隔
your_name="bigdata.com"
student_age=20

# 错误定义：等号两边有空格、包含特殊字符
# your_name = "bigdata.com" （错误：等号有空格）
# student-age=20 （错误：包含减号）

3.1.2 变量使用

使用变量时，在变量名前加$符号，若需明确变量边界，可加{}（推荐）：

your_name="bigdata.com"
# 两种使用方式，输出结果相同
echo $your_name
echo ${your_name}

# 明确变量边界的场景：拼接字符串
echo "Hello, ${your_name}_user"  # 输出：Hello, bigdata.com_user
# 若不加{}：echo "Hello, $your_name_user" 会被解析为“变量your_name_user”，导致错误

3.1.3 变量修改与删除

• 修改变量：直接重新赋值即可（普通变量支持修改）；
• 只读变量：用readonly关键字定义，赋值后无法修改或删除；
• 删除变量：用unset命令删除普通变量（无法删除只读变量）。

示例：

# 1. 修改普通变量
name="hadoop"
echo $name  # 输出：hadoop
name="spark"
echo $name  # 输出：spark

# 2. 定义只读变量
readonly readonly_name="linux"
# readonly_name="ubuntu"  # 错误：只读变量无法修改，执行会提示“readonly variable”

# 3. 删除普通变量
unset name
echo $name  # 输出为空（变量已删除）

# unset readonly_name  # 错误：无法删除只读变量

3.2 字符串：单引号、双引号与常用操作

字符串是Shell中最常用的数据类型，支持单引号、双引号和无引号三种定义方式，功能差异主要体现在“变量解析”和“转义字符”上。

3.2.1 三种字符串定义方式对比

示例：

your_name="bigdata"
# 单引号：不解析变量
str1='I love $your_name'
echo $str1  # 输出：I love $your_name

# 双引号：解析变量
str2="I love $your_name"
echo $str2  # 输出：I love bigdata

# 双引号：支持转义字符
str3="Hello\nWorld"
echo -e $str3  # 输出：Hello（换行）World（-e启用转义）

3.2.2 字符串常用操作

Shell提供了便捷的字符串处理方法，如获取长度、提取子串、查找子串位置。

注意：expr index命令返回的是“子串中任意字符首次出现的位置”，而非完整子串的位置，若需精确查找完整子串，需结合其他命令（如grep）。

四、流程控制：让脚本“有判断、会循环”

默认情况下，Shell脚本按“从上到下”顺序执行。通过流程控制语句，可实现“条件判断”和“循环执行”，让脚本更灵活。

4.1 条件判断：if…else语句

if...else语句根据条件的“成立与否”（true/false）执行不同代码块，支持“单支”“双支”“多支”三种场景。

4.1.1 语法格式

• 单支：仅当条件成立时执行代码

  if [ 条件 ]; then
      命令1  # 条件成立时执行
  fi  # 结束if语句（必须）
  

• 双支：条件成立/不成立分别执行不同代码

  if [ 条件 ]; then
      命令1  # 条件成立
  else
      命令2  # 条件不成立
  fi
  

• 多支：多个条件依次判断，满足一个即执行

  if [ 条件1 ]; then
      命令1
  elif [ 条件2 ]; then
      命令2
  ...
  else
      命令n  # 所有条件不成立时执行
  fi
  

4.1.2 条件表达式

条件判断依赖“条件表达式”，常见类型包括：

• 数字比较：用-eq（等于）、-gt（大于）、-lt（小于）等运算符（仅支持整数）；
• 字符串比较：用=（等于）、!=（不等于）、-z（空字符串）、-n（非空字符串）；
• 文件判断：用-f（普通文件）、-d（目录）、-e（文件存在）等。

4.1.3 示例：成绩评级

根据输入的成绩（0-100）输出评级（优秀/良好/及格/不及格）：

# 创建脚本grade.sh
vi grade.sh

输入内容：

#!/bin/bash
score=$1  # $1表示执行脚本时传入的第一个参数
if [ $score -ge 90 ]; then
    echo "优秀"
elif [ $score -ge 80 ]; then
    echo "良好"
elif [ $score -ge 60 ]; then
    echo "及格"
else
    echo "不及格"
fi

执行脚本并传入参数（如“85”）：

chmod +x grade.sh
./grade.sh 85  # 输出：良好
./grade.sh 59  # 输出：不及格

4.2 循环执行：for与while语句

循环用于“重复执行某段代码”，Shell中常用for和while循环，分别适用于“已知循环次数”和“未知循环次数（按条件结束）”的场景。

4.2.1 for循环：已知循环范围

for循环有两种常用格式：

示例1：计算1-10的累加和

vi sum_for.sh

输入内容：

#!/bin/bash
sum=0  # 存储累加结果
# 数值循环：i从1到10，每次+1
for ((i=1; i<=10; i++)); do
    sum=$((sum + i))  # $((...))用于算术运算
done
echo "1-10的累加和：$sum"  # 输出：55

示例2：遍历目录下的文件
打印/root/shelldemo目录下的所有文件名：

vi list_files.sh

输入内容：

#!/bin/bash
# 列表循环：遍历ls命令的结果（即目录下的文件）
for filename in $(ls /root/shelldemo); do
    echo "文件名：$filename"
done

4.2.2 while循环：按条件结束

while循环通过“条件是否成立”控制循环，适用于“未知循环次数”的场景（如等待用户输入正确值）。

语法格式：

while [ 条件 ]; do
    命令1
    修改条件  # 避免死循环
done

示例：猜数字游戏（简化版）
程序内置1-10的随机数，用户猜数字，直到猜对为止：

vi guess_simple.sh

输入内容：

#!/bin/bash
# 生成1-10的随机数（RANDOM是系统变量，0-32767）
num=$[RANDOM%10+1]
while true; do  # true表示无限循环，需在内部用exit退出
    read -p "猜一个1-10的数字：" cai
    if [ $cai -eq $num ]; then
        echo "恭喜猜对了！"
        exit  # 猜对后退出循环
    elif [ $cai -gt $num ]; then
        echo "猜大了，再试试！"
    else
        echo "猜小了，再试试！"
    fi
done

执行脚本，体验交互过程：

chmod +x guess_simple.sh
./guess_simple.sh
# 输出示例：
# 猜一个1-10的数字：5
# 猜小了，再试试！
# 猜一个1-10的数字：8
# 恭喜猜对了！

五、实战案例：完整猜数字游戏

结合前面所学的变量、流程控制、随机数生成等知识，我们来实现一个“1-100的猜数字游戏”，规则如下：

1. 程序随机生成1-100的整数；
2. 用户每次输入一个数字，系统提示“大了”“小了”或“猜对了”；
3. 猜对后提示“游戏结束”，并退出程序。

5.1 代码实现

创建脚本guess_number.sh：

vi guess_number.sh

输入内容：

#!/bin/bash
# 猜数字游戏：1-100的随机数，直到猜对为止

# 1. 生成1-100的随机数（RANDOM%100得到0-99，+1后为1-100）
target_num=$[RANDOM%100+1]

# 2. 无限循环，等待用户输入
while true; do
    # 接收用户输入（-p提示用户输入内容）
    read -p "计算机生成了1-100的随机数，请猜：" user_guess

    # 3. 判断输入是否为整数（避免非数字输入导致脚本报错）
    if ! [[ $user_guess =~ ^[0-9]+$ ]]; then
        echo "请输入有效的整数