《Unix/Linux系统编程》第十章学习笔记 20201209戴骏

第十章 sh编程

一、知识点归纳

（一）sh脚本

sh脚本(Bourne 1982 ； Forouzan和Gilberg 2003 )是一个包含sh语句的文本文件，命令解释程序sh要执行该语句。例如，我们可以创建一个文本文件mysh,包含：

#I /bin/bash
# comment line
echo hello

使用chmod +x mysh使其可执行。然后运行mysho sh脚本的第一行通常以#!组合开始，通常称为shebang。当主sh见到shebang时，会读取脚本所针对的程序名并调用该程序。sh有许多不同的版本，例如Linux的bash、BSD Unix的csh和IBM AIX的ksh等。所有sh程序基本上都执行相同的任务，但它们的脚本在语法上略有不同。shebang允许主sh调用适当版本的sh来执行脚本。如果未指定shebang,它将运行默认的sh,即Linux中的/bin/bash。当bash执行mysh脚本时，将会打印hello。

（二）sh脚本与C程序

sh脚本和C程序有一些相似之处，但它们在根本上是不同的。下面并列列出了一个sh 脚本和一个C程序，以比较它们的语法形式和用法。

//sh代码
INTERPRETER: read & execute
mysh a b c d
$0 $1 $2 $3 $4

//C代码
COMPILE-LINKED to a.out
a.out a b c d
main(int argc, char *argv[])

首先，Sh是一个解释程序，逐行读取sh脚本文件并直接执行这些行。如果行是可执行命令且为内置命令，那么Sh可直接执行。否则，它会复刻一个子进程来执行命令，并等待子进程终止后再继续，这与它执行单个命令行完全一样。相反，C程序必须先编译链接到一个二进制可执行文件.然后通过主sh的子进程运行二进制可执行文件。其次，在C程序中，每个变量必须有一个类型，例如char、int、float、派生类型（如struct）等。相反，在sh脚本中，每个变量都是字符串。因此不需要类型，因为只有一种类型，即字符串。最后，每个C程序必须有一个main。函数，每个函数必须定义一个返回值类型和参数（如有）。相反，sh脚本不需要main函数。在sh脚本中，第一个可执行语句是程序的入口点。

（三）命令行参数

可使用与运行sh命令完全相同的参数调用sh脚本，如:

mysh one two three

在sh脚本中，可以通过位置参数$0、$1、$2等访问命令行参数。前10个命令行参数可以作为$0 ~ $9被访问。其他参数必须称为${10}~${n},其中n>10。或者，可以通过稍后显示的shift命令査看它们。通常，$0是程序名本身，$1到$n是程序的参数，在sh中，可用内置变量$#和$*计数并显示命令行参数。

$# =命令行参数$ 1到$n的数量
$* =所有命令行参数，包括$0
SS =执行sh的进程PID
$?=最后一个命令执行的退出状态（如果成功，则为0,否则为非0 ）

（四）sh变量

sh有许多内置变量，如PATH、HOME、TERM等。除了内置变量外，用户还可使用任何符号作为sh变量。不需要声明。所有的sh变量值都是字符串。未赋值的sh变量是NULL字符串。sh变量可用以下方法设置或赋值：

variable=string # NOTE: no white spaces allowed between tokens

（五）sh中的引导

sh有许多特殊字符，如$、/、*、＞、<等。要想把它们用作普通字符，可使用\或单引号来引用它们。用于引用单个字符。单引号用于引用长字符串。单引号内没有替换。双引号用于保留双引号字符串中的空格，但在双引号内会发生替换。

A=xyz
echo \$A       ==>  $A	     #	back quote $ as is
echo * $A/     ==>  $A	     #	NO substitution within SINGLE quotes
echo "see $A"  ==>  see	xyz  #	substitute $A in DOUBLE quotes

（六）sh语句

sh语句包括所有Unix/Linux命令，以及可能的I/O重定向。

Is
Is > outfile 
date
cp f1 f2
mkdir newdir 
cat < filename

此外，sh编程语言还支持控制sh程序执行的测试条件、循环、case等语句。

（七）sh命令

内置命令
sh有许多内置命令，这些命令由sh执行，不需要创建一个新进程。下面列出一些常用的内置sh命令。
- .file：读取并执行文件。
- break [n]：从最近的第n个嵌套循环中退出。
- cd [dirname]：更换目录。
- continue [n]：重启最近的第n个嵌套循环。
- eval [arg...]：计算一次参数并让sh执行生成的命令。
- exec [arg ...]：通过这个sh执行命令，sh将会退出。
- exit [n]：使sh退出，退出状态为n。
- export [var ...]：将变量导岀到随后执行的命令。
- read [var...]：从stdin中读取一行并为变量赋值。
- set [arg ...]：在执行环境中设置变量。
- shift：将位置参数$2 $3...重命名为$1 $2...。
- trap [arg] [n]：接收到信号n后执行参数。
- umask [ddd]：将掩码设置为八进制数ddd的。
- wait [pid]：等待进程pid,如果没有给出pid,则等待所有活动子进程。
- read命令：当sh执行read命令时，它会等待来自stdin的输入行。它将输入行划分为几个标记，分配给列岀的变量。read的一个常见用法是允许的sh进行交互，如下面的示例所示。
```
echo -n "enter yes or no : " # wait for user input line from stdin
read ANS	# sh reads a line from stdin
echo $ANS	# display the input string
```
Linux命令
sh可以执行所有的Linux命令。其中，有些命令几乎已经成为sh不可分割的一部分, 因为它们广泛用于sh脚本中。下文列出并解释了其中一些命令。
- echo命令：echo只是将参数字符串作为行回显到stdout。它通常将相邻的多个空格压缩为一个空格，除非有引号。
```
echo   This is    a line     # display This is a line 
echo   "This is   a line"    # display This is    a    line                     
echo   -n hi                 # display hi without NEWLINE                   
echo      there              # display hithere        
```
- expr命令：因为所有的sh变量都是字符串，所以我们不能直接把它们改为数值。
```
I=123	# I assigned the string *123*
I=I + 1	# I assigned the string "I + 1"
```
  最后一个语句并不是将I的数值增加1,而仅仅是将I更改为字符串“1+1”，这肯定不是我们所希聖的结果（1=124 ）0可通过expr命令间接更改sh变量的值（数值）。expr是一个程序，它的运行方式如下：
```
expr string1 OP string2 # OP = any binary operator on numbers
```
  首先，它将两个参数字符串转换为数字，然后对数字执行（二进制）操作OP,再将得到的数字转换回字符串。因此，
```
I=123
I=$(expr $I + 1)
```
  将I从"123"更改为"124"。同样，expr也可用于对其值为数字字符串的sh变量执行其他算术操作。
- 管道命令：在sh脚本中经常使用管道作为过滤器。
```
ps -ax | grep httpd
cat file | grep word
```
- 实用命令：除了上面的Linux命令之外，sh还使用许多其他实用程序作为命令。其中包括：
  - awk：数据处理程序。
  - cmp：比较两个文件。
  - comm：选择两个排序文件共有的行。
  - grep：匹配一系列文件的模式。
  - diff：找出两个文件的差异。
  - join：通过使用相同的键来连接记录以比较两个文件。
  - sed：流或行编辑命令。
  - sort：排序或合并文件。
  - tail：打印某个文件的最后n行。
  - tr：一对一字符翻译。
  - uniq：从文件中删除连续重复行。

（八）命令替换

在sh中，$A会被替换成A值。同样，当sh遇到'cmd'(用引号括起来)或$(cmd)时，它会先执行cmd,然后用执行的结果字符串替换$(cmd)。

echo $(date)	# display the result string of date command
echo $(ls dir)	# display the result string of ls dir command

（九）sh控制命令

sh是一种编程语言，支持许多执行控制语句，类似于C语言中的语句。

if-else-fi 语句

//语法
if [ condition ]     # NOTE: must have white space between tokens
   then
      statements
   else	             # as usual, the else part is optional
      statements
fi	             # each if must end with a matching fi

//实际
if [ condition ]; then
   statements
 else
   statements
fi

for 语句
sh中的for语句作用类似于C语言中的for循环。
```
for VARIABLE in string1 string2 ・・・ stringn
  do
    commands
  done
```
在每次迭代中，变量接受一个参数字符串值，并执行关键字do和done之间的命令。
while 语句
sh的while语句类似于C语言中的while循环：
```
while [ condition ]
  do
    commands
  done
```
当条件为真时，sh将重复执行do-done关键字中的命令。预计条件会有变化，所以循环将在某个时间点退出。

until-do 语句
该语句类似于c语言中的do-until语句。

until [ $ANS = "give up" ]
  do
      echo -n "enter your answer :"
      read ANS
  done

case 语句
该语句也类似于C语言中的case语句，但在sh编程中很少使用。

case $variable in
     patternl) commands;; # note the double semicolons ;;
     pattern2) command;; 
     patternN) command;;
esac

continue 和 break 语句
与在C语言中一样，continue重启最近循环的下一个迭代,break退出最近循环。它们的工作原理与在C语言中完全相同。

（十）I/O重定向

当进入sh命令时，我们可以指示sh将I/O重定向到除默认stdin、stdout和sterr以外的文件。I/O重定向有以下形式和含义：

› file stdout转向文件，如果文件不存在，将会创建文件。
›› file stdout追加到文件。
‹ file 将文件用作stdin；文件必须存在并具有r权限。
‹‹ word 从"here"文件中获取输入，直到只包含“word”的行。

（十一）嵌入文档

可以指示输出命令从stdin获取输入，将其回显到stdout,直到遇到预先安排的关键字。

echo « END
   #keep enter and echo lines until a line with only
END
cat « DONE
   #keep enter and echo lines until
DONE

这些文档通常被称为嵌入文档。它们通常用在sh脚本中，以生成长块的描述性文本, 不需要分别回显每一行。

（十二）sh函数

sh函数的定义为：

func()
{
   # function code
}

由于sh逐行执行命令，所以必须在任何可执行语句之前定义Sh脚本中的所有函数。与C语言不同，在sh脚本中无法声明函数原型。sh函数的调用方式与sh脚本文件的执行方式完全相同。sh语句

func si s2 ... sn

调用sh函数，以参数(字符串)形式传递s1〜sn。在被调函数中，参数被引用为$0、$1到 $n。通常，$0是函数名，$1到$n是与命令行参数对应的位置参数。函数执行结束时，$? 表示其退出状态，如果成功，状态为0,否则，状态为非0。$?值可用函数的显式返回值进行更改。但是，为了测试$?的最后一次执行，必须将其分配给一个变量，然后测试该变量。

（十三）sh中的通配符

星号通配符：sh中最有用的通配符是*,可扩展到当前目录中的所有文件。
- file*：列出当前目录中所有文件的信息。
- ls *.c：列出当前目录中所有以.c结尾的文件。
?通配符：查询某文件名中的字符。
- file ???：有3个字符的所有文件名。
- ls*.??： 一个点号.后有2个字符的所有文件名。
[]通配符：查询文件名中一对[]中的字符。
- file *[ab] *：包含字符a或b的所有文件名。
- ls *[xyz] *：列出所有包含x、y或z的文件名。
- ls *[a-m] *：列出包含a到m范围内字符的所有文件名。

（十四）命令分组

在sh脚本中，可以用｛｝或()对命令进行分组。
- （ls;mkdir abc;ls;｝:通过当前sh执行｛｝中的命令列表。｛｝命令分组的唯一用处是在相同环境下执行这些命令，例如，为分组中的所有命令重定向I/O。
更有用的命令分组是（），由subsh （进程）执行。
- (cd newdir;ls;A=value;mkdir SA）:通过subsh进程执行（）中的命令。subsh进程可在不影响父sh的情况下更改其工作目录。此外，当subsh进程终止时，subsh中的任何赋值变量都不起作用。

（十五）eval语句

eval [arg1 arg1 .. argn]

eval是sh的一个内置命令。它由sh自己执行，而不需要复刻新进程。它将输入参数字符串连接到一个字符串中，计算一次，即执行变量和命令替换，然后给出结果字符串供sh执行。

（十六）调试sh脚本

sh脚本可由带有-x选项的子sh运行，以进行调试，如：

bash -x mysh

子sh将在执行命令之前显示要执行的每个Sh命令，包括变量和命令替换C它允许用户跟踪命令执行。如果出现错误，Sh将在错误行上停止并显示错误消息。

二、问题与解决思路

问题：大家学习过Python,C,Java等语言，总结一下一门程序设计语言有哪些必备的要素和技能？这些要素和技能在shell脚本中是如果呈现出来的？

要素：数据类型，常量，变量，运算符，表达式，标识符，库，数组，函数，算法
技能：数据结构的分析和设计，算法（即处理逻辑，微观层次）的分析和设计，系统架构（即处理逻辑，宏观层次）的分析和设计
shell脚本：正规表示法，管道命令以及数据流重导向等功能，以达到我们所想要的处理目的。
提供了数组，循环，条件以及逻辑判断等重要功能，让使用者可以直接以shell来写程序，而不必使用类似C程序语言等传统程序编写的语法。

问题：sh函数中"{","}"无法识别（图见第三部分）。
解决方法：网上查找资料。