linux shell编程实战 03 数组：批量处理数据

在Shell编程中，当需要处理一系列相关数据（如多个文件名、成绩、IP地址等）时，使用单个变量会非常繁琐。数组（Array）正是为解决这类问题而设计的------它可以将多个相关数据存储在一个变量中，实现批量管理和操作。本章将详细介绍Shell数组的定义、使用及实用技巧，让你轻松应对批量数据处理场景。

3.1 认识数组：什么是数组及为什么需要数组

3.1.1 数组的基本概念

数组是一种可以存储多个值的变量，这些值称为"元素"，每个元素通过"索引"（位置编号）来访问。

可以用生活中的例子理解数组：

数组 = 一排储物柜（多个存储单元的集合）
元素 = 储物柜中的物品（每个位置存放的数据）
索引 = 储物柜编号（从0开始，用于定位元素）

例如，存储3个学生姓名的数组：

plain 复制代码

索引：0   1   2
元素：张三 李四 王五

3.1.2 为什么需要数组

假设需要处理5个成绩，如果用单个变量：

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score1=90
score2=85
score3=95
score4=78
score5=88

如果要计算平均分，需要逐个引用变量，代码冗长且易错。

而用数组存储：

bash 复制代码

scores=(90 85 95 78 88)

通过循环可以轻松遍历所有元素，大幅简化代码。

数组的核心优势：

集中管理多个相关数据，避免变量名泛滥
结合循环可高效批量处理元素
便于通过索引快速定位和操作元素

3.2 数组的定义与初始化：创建你的第一个数组

Shell数组的定义非常灵活，不需要声明长度，元素类型也可以混合（字符串、数字等）。

3.2.1 基本定义方式

语法：

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数组名=(元素1 元素2 元素3 ...)

示例：

bash 复制代码

# 定义存储姓名的数组
names=("张三" "李四" "王五" "赵六")

# 定义存储数字的数组
ages=(20 22 21 19)

# 混合类型数组（不推荐，但允许）
mixed=("apple" 3.14 100 "banana")

注意：

元素之间用空格分隔
字符串元素如果包含空格，需要用双引号括起来（如("张三" "李四")）
数组名的命名规则与变量相同（字母、数字、下划线，不能以数字开头）

3.2.2 单独定义数组元素

可以先声明数组，再为每个元素赋值：

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# 声明空数组
fruits=()

# 为指定索引赋值（索引从0开始）
fruits[0]="苹果"
fruits[1]="香蕉"
fruits[2]="橙子"

# 索引可以不连续（中间跳过的索引会被视为空元素）
fruits[5]="葡萄"  # 索引2和5之间的3、4为空

3.2.3 从命令输出创建数组

通过命令替换，可以将命令的输出结果直接作为数组元素：

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# 将当前目录下的所有.sh文件作为数组元素
scripts=(*.sh)

# 将ls命令的输出（按行）作为数组元素
files=($(ls))

# 查看数组内容（后续会讲解）
echo "${scripts[@]}"

3.3 数组元素的访问与修改：操作数组中的数据

定义数组后，需要掌握如何访问、修改和删除元素，这是数组操作的基础。

3.3.1 访问单个元素

语法：

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${数组名[索引]}

示例：

bash 复制代码

names=("张三" "李四" "王五")

# 访问第一个元素（索引0）
echo "第一个人：${names[0]}"  # 输出：第一个人：张三

# 访问第二个元素（索引1）
echo "第二个人：${names[1]}"  # 输出：第二个人：李四

注意：Shell数组的索引从0开始（即第一个元素的索引是0，第二个是1，以此类推）。

3.3.2 访问所有元素

有两种方式可以获取数组的所有元素：

${数组名[@]}：将每个元素作为独立的字符串（推荐，处理含空格的元素更安全）
${数组名[*]}：将所有元素合并为一个字符串（元素之间用空格分隔）

示例：

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fruits=("苹果" "香蕉" "草莓")

# 方式1：@符号（推荐）
echo "所有水果：${fruits[@]}"
# 输出：所有水果：苹果 香蕉 草莓

# 方式2：*符号
echo "所有水果：${fruits[*]}"
# 输出：所有水果：苹果 香蕉 草莓（表面看与@相同，但本质不同）

# 区别演示（循环中体现）
echo "使用@遍历："
for f in "${fruits[@]}"; do
    echo "- $f"
done

echo "使用*遍历："
for f in "${fruits[*]}"; do
    echo "- $f"
done

输出结果：

plain 复制代码

使用@遍历：
- 苹果
- 香蕉
- 草莓
使用*遍历：
- 苹果 香蕉 草莓  # 被当作单个元素处理

结论：遍历数组时优先使用${数组名[@]}，尤其是元素包含空格时。

3.3.3 修改数组元素

通过索引可以直接修改数组中的元素：

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scores=(90 85 78)

# 修改第二个元素（索引1）
scores[1]=88
echo "修改后的值：${scores[1]}"  # 输出：修改后的值：88

# 输出所有元素验证
echo "所有成绩：${scores[@]}"  # 输出：所有成绩：90 88 78

3.3.4 删除数组元素

使用unset命令可以删除数组中的指定元素或整个数组：

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names=("张三" "李四" "王五")

# 删除第二个元素（索引1）
unset names[1]
echo "删除后：${names[@]}"  # 输出：删除后：张三 王五（注意：索引1被移除，但后续元素索引不变）

# 删除整个数组
unset names
echo "删除数组后：${names[@]}"  # 输出空（数组已不存在）

注意：删除元素后，数组的长度会减小，但剩余元素的索引不会自动重新排列（即索引可能出现断层）。

3.4 数组的长度与切片：获取数组的大小和部分元素

在处理数组时，经常需要知道数组包含多少元素（长度），或获取其中的一部分元素（切片）。

3.4.1 获取数组长度

语法：

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${#数组名[@]}  # 或 ${#数组名[*]}

示例：

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students=("张三" "李四" "王五" "赵六")

# 获取数组长度
len=${#students[@]}
echo "学生人数：$len"  # 输出：学生人数：4

# 结合索引遍历数组（常用写法）
for ((i=0; i<${#students[@]}; i++)); do
    echo "第$((i+1))个学生：${students[i]}"
done

输出结果：

plain 复制代码

第1个学生：张三
第2个学生：李四
第3个学生：王五
第4个学生：赵六

3.4.2 数组切片：获取部分元素

语法：

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${数组名[@]:起始索引:长度}

起始索引：从哪个位置开始（从0开始）
长度：要获取的元素个数（可选，默认获取到数组末尾）

示例：

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nums=(10 20 30 40 50 60)

# 获取从索引1开始的3个元素
echo "${nums[@]:1:3}"  # 输出：20 30 40

# 获取从索引2开始到末尾的元素
echo "${nums[@]:2}"    # 输出：30 40 50 60

# 获取最后2个元素（起始索引为负数表示从末尾开始）
echo "${nums[@]: -2}"  # 输出：50 60（注意：-2前有空格）

应用场景：

分页显示数据（如每次显示10个元素）
处理数组的前N个或后N个元素
截取数组的中间部分进行分析

3.5 数组的遍历与常用操作：批量处理数组元素

数组的核心价值在于批量处理元素，结合循环可以高效操作数组中的所有数据。

3.5.1 用for循环遍历数组

方式1：通过索引遍历（推荐，可获取索引）

bash 复制代码

colors=("红" "绿" "蓝" "黄")

# 获取数组长度
len=${#colors[@]}

# 从索引0循环到最后一个索引
for ((i=0; i<len; i++)); do
    echo "索引$i：${colors[i]}"
done

输出结果：

plain 复制代码

索引0：红
索引1：绿
索引2：蓝
索引3：黄

方式2：直接遍历元素（简洁，无需关心索引）

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fruits=("苹果" "香蕉" "橙子")

# 直接遍历所有元素
for fruit in "${fruits[@]}"; do
    echo "水果：$fruit"
done

输出结果：

plain 复制代码

水果：苹果
水果：香蕉
水果：橙子

3.5.2 向数组添加元素

数组没有固定长度，可以随时添加新元素：

方式1：在数组末尾添加

bash 复制代码

animals=("狗" "猫")

# 末尾添加元素（索引自动递增）
animals+=("鸡")
animals+=("鸭" "鹅")  # 一次添加多个

echo "所有动物：${animals[@]}"  # 输出：所有动物：狗 猫 鸡 鸭 鹅

方式2：指定索引添加（可能导致索引断层）

bash 复制代码

nums=(1 2 3)
nums[5]=6  # 在索引5添加元素（索引3、4为空）
echo "${nums[@]}"  # 输出：1 2 3 6（空元素不显示）

3.5.3 数组元素的拼接与合并

将两个数组合并为一个新数组：

bash 复制代码

# 定义两个数组
arr1=(1 2 3)
arr2=(4 5 6)

# 合并数组（将arr2的元素添加到arr1）
arr3=("${arr1[@]}" "${arr2[@]}")

echo "合并结果：${arr3[@]}"  # 输出：合并结果：1 2 3 4 5 6

3.5.4 数组元素的查找

判断某个值是否在数组中：

bash 复制代码

students=("张三" "李四" "王五")
target="李四"
found=0  # 标记是否找到（0：未找到，1：找到）

# 遍历数组查找目标
for student in "${students[@]}"; do
    if [ "$student" = "$target" ]; then
        found=1
        break  # 找到后跳出循环
    fi
done

if [ $found -eq 1 ]; then
    echo "$target 在数组中"
else
    echo "$target 不在数组中"
fi

输出结果：

plain 复制代码

李四 在数组中

3.6 多维数组简介：处理更复杂的数据结构

Shell（bash 4.3+）支持简单的多维数组（数组中的元素也是数组），适合存储表格类数据（如矩阵、二维表格）。

3.6.1 定义多维数组

语法：

bash 复制代码

declare -A 二维数组名  # 声明二维数组（注意：需要用declare -A）
二维数组名[行索引,列索引]=值

示例：定义一个2行3列的成绩表

bash 复制代码

# 声明二维数组
declare -A scores

# 赋值（行索引从0开始，列索引从0开始）
scores[0,0]="张三"
scores[0,1]=90
scores[0,2]=85

scores[1,0]="李四"
scores[1,1]=95
scores[1,2]=88

3.6.2 访问多维数组元素

bash 复制代码

# 访问张三的数学成绩（第0行第2列）
echo "张三的数学成绩：${scores[0,2]}"  # 输出：张三的数学成绩：85

# 遍历二维数组（需要知道行数和列数）
rows=2
cols=3

for ((i=0; i<rows; i++)); do
    echo -n "第$i行："
    for ((j=0; j<cols; j++)); do
        echo -n "${scores[$i,$j]} "
    done
    echo  # 换行
done

输出结果：

plain 复制代码

第0行：张三 90 85 
第1行：李四 95 88

注意：Shell的多维数组功能有限，不支持自动获取行列数，复杂场景建议使用其他语言（如Python）。实际Shell编程中，一维数组更为常用。

3.7 实战示例：学生成绩管理脚本

综合运用数组知识，编写一个学生成绩管理脚本，实现以下功能：

录入多个学生的成绩
计算平均分、最高分、最低分
显示所有学生的成绩和统计结果

bash 复制代码

#!/bin/bash
# 学生成绩管理脚本

# 初始化存储姓名和成绩的数组
names=()
scores=()

# 录入学生信息
echo "===== 学生成绩录入 ====="
while true; do
    read -p "请输入学生姓名（输入q结束）：" name
    if [ "$name" = "q" ]; then
        break  # 输入q则结束录入
    fi
    
    # 验证成绩是否有效
    while true; do
        read -p "请输入${name}的成绩（0-100）：" score
        if [ $score -ge 0 ] && [ $score -le 100 ]; then
            break  # 成绩有效，跳出循环
        else
            echo "错误：成绩必须在0-100之间，请重新输入"
        fi
    done
    
    # 将姓名和成绩添加到数组
    names+=("$name")
    scores+=("$score")
done

# 检查是否有数据
if [ ${#names[@]} -eq 0 ]; then
    echo "未录入任何学生信息"
    exit 0
fi

# 计算统计数据
total=0
max=${scores[0]}
min=${scores[0]}

# 遍历成绩数组
for ((i=0; i<${#scores[@]}; i++)); do
    total=$((total + scores[i]))  # 累加总分
    
    # 更新最高分
    if [ ${scores[i]} -gt $max ]; then
        max=${scores[i]}
    fi
    
    # 更新最低分
    if [ ${scores[i]} -lt $min ]; then
        min=${scores[i]}
    fi
done

# 计算平均分
avg=$((total / ${#scores[@]}))

# 显示结果
echo -e "\n===== 成绩统计结果 ====="
echo "学生名单及成绩："
for ((i=0; i<${#names[@]}; i++)); do
    echo "${names[i]}：${scores[i]}"
done

echo -e "\n统计信息："
echo "总人数：${#names[@]}"
echo "总分：$total"
echo "平均分：$avg"
echo "最高分：$max（${names[scores[@]=$max]}）"  # 查找最高分对应的姓名
echo "最低分：$min（${names[scores[@]=$min]}）"
echo "======================"

脚本说明：

使用两个数组names和scores分别存储学生姓名和成绩
通过while循环实现批量录入（下一章会详细讲解while循环）
遍历成绩数组计算总分、最高分、最低分和平均分
最后格式化输出所有学生的成绩和统计结果

运行示例：

plain 复制代码

===== 学生成绩录入 =====
请输入学生姓名（输入q结束）：张三
请输入张三的成绩（0-100）：90
请输入学生姓名（输入q结束）：李四
请输入李四的成绩（0-100）：85
请输入学生姓名（输入q结束）：王五
请输入王五的成绩（0-100）：95
请输入学生姓名（输入q结束）：q

===== 成绩统计结果 =====
学生名单及成绩：
张三：90
李四：85
王五：95

统计信息：
总人数：3
总分：270
平均分：90
最高分：95（王五）
最低分：85（李四）
======================

小结

本章详细介绍了Shell数组的使用，主要内容包括：

数组的基本概念：数组是存储多个元素的变量，通过索引访问，适合批量数据管理
数组的定义与初始化：直接赋值、单独定义元素、从命令输出创建数组
元素操作：访问单个/所有元素、修改元素、删除元素
数组属性：获取长度、切片（获取部分元素）
常用操作：遍历数组（for循环）、添加元素、合并数组、查找元素
多维数组：简单介绍二维数组的定义和访问（适合表格类数据）

数组是Shell处理批量数据的核心工具，结合下一章将要学习的循环结构，可以实现高效的批量操作（如文件批量处理、数据统计等）。

掌握数组的关键是多练习遍历和批量操作，特别是在实际场景中（如处理日志中的多个IP、统计多个文件的大小等）灵活运用数组简化代码。下一章我们将学习循环结构，它与数组结合能发挥更大的威力。