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[#]: subject: (How to program with Bash: Syntax and tools)
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[#]: author: (David Both https://opensource.com/users/dboth)

怎样用 Bash 编程：语法和工具
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> 让我们通过本系列文章来学习基本的 Bash 编程语法和工具，以及如何使用变量和控制运算符，这是三篇中的第一篇。

![](https://img.linux.net.cn/data/attachment/album/201911/08/092559r5wdg0w97dtf350j.jpg)

Shell 是操作系统的命令解释器，其中 Bash 是我最喜欢的。每当用户或者系统管理员将命令输入系统的时候，Linux 的 shell 解释器就会把这些命令转换成操作系统可以理解的形式。而执行结果返回 shell 程序后，它会将结果输出到 STDOUT（标准输出），默认情况下，这些结果会[显示在你的终端][2]。所有我熟悉的 shell 同时也是一门编程语言。

Bash 是个功能强大的 shell，包含众多便捷特性，比如：tab 补全、命令回溯和再编辑、别名等。它的命令行默认编辑模式是 Emacs，但是我最喜欢的 Bash 特性之一是我可以将其更改为 Vi 模式，以使用那些储存在我肌肉记忆中的的编辑命令。

然而，如果你把 Bash 当作单纯的 shell 来用，则无法体验它的真实能力。我在设计一套包含三卷的 [Linux 自学课程][3]时（这个系列的文章正是基于此课程），了解到许多 Bash 的知识，这些是我在过去 20 年的 Linux 工作经验中所没有掌握的，其中的一些知识就是关于 Bash 的编程用法。不得不说，Bash 是一门强大的编程语言，是一个能够同时用于命令行和 shell 脚本的完美设计。

本系列文章将要探讨如何使用 Bash 作为命令行界面（CLI）编程语言。第一篇文章简单介绍 Bash 命令行编程、变量以及控制运算符。其他文章会讨论诸如：Bash 文件的类型；字符串、数字和一些逻辑运算符，它们能够提供代码执行流程中的逻辑控制；不同类型的 shell 扩展；通过 `for`、`while` 和 `until` 来控制循环操作。

### Shell

Bash 是 Bourne Again Shell 的缩写，因为 Bash shell 是 [基于][4] 更早的 Bourne shell，后者是 Steven Bourne 在 1977 年开发的。另外还有很多[其他的 shell][5] 可以使用，但下面四个是我经常见到的：

* `csh`：C shell 适合那些习惯了 C 语言语法的开发者。
* `ksh`：Korn shell，由 David Korn 开发，在 Unix 用户中更流行。
* `tcsh`：一个 csh 的变种，增加了一些易用性。
* `zsh`：Z shell，集成了许多其他流行 shell 的特性。

所有 shell 都有内置命令，用以补充或替代核心工具集。打开 shell 的 man 说明页，找到“BUILT-INS”那一段，可以查看都有哪些内置命令。

每种 shell 都有它自己的特性和语法风格。我用过 csh、ksh 和 zsh，但我还是更喜欢 Bash。你可以多试几个，寻找更适合你的 shell，尽管这可能需要花些功夫。但幸运的是，切换不同 shell 很简单。

所有这些 shell 既是编程语言又是命令解释器。下面我们来快速浏览一下 Bash 中集成的编程结构和工具。

### 作为编程语言的 Bash

大多数场景下，系统管理员都会使用 Bash 来发送简单明了的命令。但 Bash 不仅可以输入单条命令，很多系统管理员可以编写简单的命令行程序来执行一系列任务，这些程序可以作为通用工具，能节省时间和精力。

编写 CLI 程序的目的是要提高效率（做一个“懒惰的”系统管理员）。在 CLI 程序中，你可以用特定顺序列出若干命令，逐条执行。这样你就不用盯着显示屏，等待一条命令执行完，再输入另一条，省下来的时间就可以去做其他事情了。

### 什么是“程序”？

自由在线计算机词典（[FOLDOC][6]）对于程序的定义是：“由计算机执行的指令，而不是运行它们的物理硬件。”普林斯顿大学的 [WordNet][7] 将程序定义为：“……计算机可以理解并执行的一系列指令……”[维基百科][8]上也有一条不错的关于计算机程序的条目。

总结下，程序由一条或多条指令组成，目的是完成一个具体的相关任务。对于系统管理员而言，一段程序通常由一系列的 shell 命令构成。Linux 下所有的 shell （至少我所熟知的）都有基本的编程功能，Bash 作为大多数 linux 发行版的默认 shell，也不例外。

本系列用 Bash 举例（因为它无处不在），假如你使用一个不同的 shell 也没关系，尽管结构和语法有所不同，但编程思想是相通的。有些 shell 支持某种特性而其他 shell 则不支持，但它们都提供编程功能。Shell 程序可以被存在一个文件中被反复使用，或者在需要的时候才创建它们。

### 简单 CLI 程序

最简单的命令行程序只有一或两条语句，它们可能相关，也可能无关，在按回车键之前被输入到命令行。程序中的第二条语句（如果有的话）可能取决于第一条语句的操作，但也不是必须的。

这里需要特别讲解一个标点符号。当你在命令行输入一条命令，按下回车键的时候，其实在命令的末尾有一个隐含的分号（`;`）。当一段 CLI shell 程序在命令行中被串起来作为单行指令使用时，必须使用分号来终结每个语句并将其与下一条语句分开。但 CLI shell 程序中的最后一条语句可以使用显式或隐式的分号。

### 一些基本语法

下面的例子会阐明这一语法规则。这段程序由单条命令组成，还有一个显式的终止符：

```
[student@studentvm1 ~]$ echo "Hello world." ;
Hello world.
```

看起来不像一个程序，但它确是我学习每个新编程语言时写下的第一个程序。不同语言可能语法不同，但输出结果是一样的。

让我们扩展一下这段微不足道却又无所不在的代码。你的结果可能与我的有所不同，因为我的家目录有点乱，而你可能是在 GUI 桌面中第一次登录账号。

```
[student@studentvm1 ~]$ echo "My home directory." ; ls ;
My home directory.
chapter25   TestFile1.Linux  dmesg2.txt  Downloads  newfile.txt  softlink1  testdir6
chapter26   TestFile1.mac    dmesg3.txt  file005    Pictures     Templates  testdir
TestFile1      Desktop       dmesg.txt   link3      Public       testdir    Videos
TestFile1.dos  dmesg1.txt    Documents   Music      random.txt   testdir1
```

现在是不是更明显了。结果是相关的，但是两条语句彼此独立。你可能注意到我喜欢在分号前后多输入一个空格，这样会让代码的可读性更好。让我们再运行一遍这段程序，这次不要带结尾的分号：

```
[student@studentvm1 ~]$ echo "My home directory." ; ls
```

输出结果没有区别。

### 关于变量

像所有其他编程语言一样，Bash 支持变量。变量是个象征性的名字，它指向内存中的某个位置，那里存着对应的值。变量的值是可以改变的，所以它叫“变~量”。

Bash 不像 C 之类的语言，需要强制指定变量类型，比如：整型、浮点型或字符型。在 Bash 中，所有变量都是字符串。整数型的变量可以被用于整数运算，这是 Bash 唯一能够处理的数学类型。更复杂的运算则需要借助 [bc][9] 这样的命令，可以被用在命令行编程或者脚本中。

变量的值是被预先分配好的，这些值可以用在命令行编程或者脚本中。可以通过变量名字给其赋值，但是不能使用 `$` 符开头。比如，`VAR=10` 这样会把 `VAR` 的值设为 `10`。要打印变量的值，你可以使用语句 `echo $VAR`。变量名必须以文本（即非数字）开始。

Bash 会保存已经定义好的变量，直到它们被取消掉。

下面这个例子，在变量被赋值前，它的值是空（`null`）。然后给它赋值并打印出来，检验一下。你可以在同一行 CLI 程序里完成它：

```
[student@studentvm1 ~]$ echo $MyVar ; MyVar="Hello World" ; echo $MyVar ;

Hello World
[student@studentvm1 ~]$
```

*注意：变量赋值的语法非常严格，等号（`=`）两边不能有空格。*

那个空行表明了 `MyVar` 的初始值为空。变量的赋值和改值方法都一样，这个例子展示了原始值和新的值。

正如之前说的，Bash 支持整数运算，当你想计算一个数组中的某个元素的位置，或者做些简单的算术运算，这还是挺有帮助的。然而，这种方法并不适合科学计算，或是某些需要小数运算的场景，比如财务统计。这些场景有其它更好的工具可以应对。

下面是个简单的算术题：

```
[student@studentvm1 ~]$ Var1="7" ; Var2="9" ; echo "Result = $((Var1*Var2))"
Result = 63
```

好像没啥问题，但如果运算结果是浮点数会发生什么呢？

```
[student@studentvm1 ~]$ Var1="7" ; Var2="9" ; echo "Result = $((Var1/Var2))"
Result = 0
[student@studentvm1 ~]$ Var1="7" ; Var2="9" ; echo "Result = $((Var2/Var1))"
Result = 1
[student@studentvm1 ~]$
```

结果会被取整。请注意运算被包含在 `echo` 语句之中，其实计算在 echo 命令结束前就已经完成了，原因是 Bash 的内部优先级。想要了解详情的话，可以在 Bash 的 man 页面中搜索 “precedence”。

### 控制运算符

Shell 的控制运算符是一种语法运算符，可以轻松地创建一些有趣的命令行程序。在命令行上按顺序将几个命令串在一起，就变成了最简单的 CLI 程序：

```
command1 ; command2 ; command3 ; command4 ; . . . ; etc. ;
```

只要不出错，这些命令都能顺利执行。但假如出错了怎么办？你可以预设好应对出错的办法，这就要用到 Bash 内置的控制运算符， `&&` 和 `||`。这两种运算符提供了流程控制功能，使你能改变代码执行的顺序。分号也可以被看做是一种 Bash 运算符，预示着新一行的开始。

`&&` 运算符提供了如下简单逻辑，“如果 command1 执行成功，那么接着执行 command2。如果 command1 失败，就跳过 command2。”语法如下：

```
command1 && command2
```

现在，让我们用命令来创建一个新的目录，如果成功的话，就把它切换为当前目录。确保你的家目录（`~`）是当前目录，先尝试在 `/root` 目录下创建，你应该没有权限：

```
[student@studentvm1 ~]$ Dir=/root/testdir ; mkdir $Dir/ && cd $Dir
mkdir: cannot create directory '/root/testdir/': Permission denied
[student@studentvm1 ~]$
```

上面的报错信息是由 `mkdir` 命令抛出的，因为创建目录失败了。`&&` 运算符收到了非零的返回码，所以 `cd` 命令就被跳过，前者阻止后者继续运行，因为创建目录失败了。这种控制流程可以阻止后面的错误累积，避免引发更严重的问题。是时候讲点更复杂的逻辑了。

当一段程序的返回码大于零时，使用 `||` 运算符可以让你在后面接着执行另一段程序。简单语法如下：

```
command1 || command2
```

解读一下，“假如 command1 失败，执行 command2”。隐藏的逻辑是，如果 command1 成功，跳过 command2。下面实践一下，仍然是创建新目录：

```
[student@studentvm1 ~]$ Dir=/root/testdir ; mkdir $Dir || echo "$Dir was not created."
mkdir: cannot create directory '/root/testdir': Permission denied
/root/testdir was not created.
[student@studentvm1 ~]$
```

正如预期，因为目录无法创建，第一条命令失败了，于是第二条命令被执行。

把 `&&` 和 `||` 两种运算符结合起来才能发挥它们的最大功效。请看下面例子中的流程控制方法：

```
前置 commands ; command1 && command2 || command3 ; 跟随 commands
```

语法解释：“假如 command1 退出时返回码为零，就执行 command2，否则执行 command3。”用具体代码试试：

```
[student@studentvm1 ~]$ Dir=/root/testdir ; mkdir $Dir && cd $Dir || echo "$Dir was not created."
mkdir: cannot create directory '/root/testdir': Permission denied
/root/testdir was not created.
[student@studentvm1 ~]$
```

现在我们再试一次，用你的家目录替换 `/root` 目录，你将会有权限创建这个目录了：

```
[student@studentvm1 ~]$ Dir=~/testdir ; mkdir $Dir && cd $Dir || echo "$Dir was not created."
[student@studentvm1 testdir]$
```

像 `command1 && command2` 这样的控制语句能够运行的原因是，每条命令执行完毕时都会给 shell 发送一个返回码，用来表示它执行成功与否。默认情况下，返回码为 `0` 表示成功，其他任何正值表示失败。一些系统管理员使用的工具用值为 `1` 的返回码来表示失败，但其他很多程序使用别的数字来表示失败。

Bash 的内置变量 `$?` 可以显示上一条命令的返回码，可以在脚本或者命令行中非常方便地检查它。要查看返回码，让我们从运行一条简单的命令开始，返回码的结果总是上一条命令给出的。

```
[student@studentvm1 testdir]$ ll ; echo "RC = $?"
total 1264
drwxrwxr-x  2 student student   4096 Mar  2 08:21 chapter25
drwxrwxr-x  2 student student   4096 Mar 21 15:27 chapter26
-rwxr-xr-x  1 student student     92 Mar 20 15:53 TestFile1
drwxrwxr-x. 2 student student 663552 Feb 21 14:12 testdir
drwxr-xr-x. 2 student student   4096 Dec 22 13:15 Videos
RC = 0
[student@studentvm1 testdir]$
```

在这个例子中，返回码为零，意味着命令执行成功了。现在对 root 的家目录测试一下，你应该没有权限：

```
[student@studentvm1 testdir]$ ll /root ; echo "RC = $?"
ls: cannot open directory '/root': Permission denied
RC = 2
[student@studentvm1 testdir]$
```

本例中返回码是 `2`，表明非 root 用户没有权限进入这个目录。你可以利用这些返回码，用控制运算符来改变程序执行的顺序。

### 总结

本文将 Bash 看作一门编程语言，并从这个视角介绍了它的简单语法和基础工具。我们学习了如何将数据输出到 STDOUT，怎样使用变量和控制运算符。在本系列的下一篇文章中，将会重点介绍能够控制指令执行流程的逻辑运算符。

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via: https://opensource.com/article/19/10/programming-bash-part-1

作者：[David Both][a]
选题：[lujun9972][b]
译者：[jdh8383](https://github.com/jdh8383)
校对：[wxy](https://github.com/wxy)

本文由 [LCTT](https://github.com/LCTT/TranslateProject) 原创编译，[Linux中国](https://linux.cn/) 荣誉推出

[a]: https://opensource.com/users/dboth
[b]: https://github.com/lujun9972
[1]: https://opensource.com/sites/default/files/styles/image-full-size/public/lead-images/bash_command_line.png?itok=k4z94W2U (bash logo on green background)
[2]: https://opensource.com/article/18/10/linux-data-streams
[3]: http://www.both.org/?page_id=1183
[4]: https://opensource.com/19/9/command-line-heroes-bash
[5]: https://en.wikipedia.org/wiki/Comparison_of_command_shells
[6]: http://foldoc.org/program
[7]: https://wordnet.princeton.edu/
[8]: https://en.wikipedia.org/wiki/Computer_program
[9]: https://www.gnu.org/software/bc/manual/html_mono/bc.html