嵌入式Linux——Shell脚本编程

Shell 脚本编程是通过**编写一系列 Shell 命令的集合（文本文件），实现自动化任务的技术。**它广泛用于系统管理、批量处理、自动化部署等场景。以下是 Shell 脚本编程的核心知识点和入门指南：

一、基础概念

• 什么是 Shell 脚本 ：由 Shell 命令组成的文本文件，可直接被 Shell 解释器（如bash、sh）执行，无需编译。
• 常用 Shell ：bash（最流行，Linux 默认）、sh（基础版）、zsh（增强版）等，本文以bash为例。

二、脚本基本结构与运行

1. 脚本格式

脚本第一行必须指定解释器（"shebang"），后续为命令序列：

#!/bin/bash  # 指定用bash解释器执行
# 这是注释（#开头的行）
echo "Hello, Shell Script!"  # 输出内容

2. 运行脚本的步骤

• 创建脚本文件 ：用vim、nano等编辑器创建，例如test.sh。

• 赋予执行权限 ：

  chmod +x test.sh  # 允许脚本执行

• 执行脚本 ：

  ./test.sh  # 当前目录执行（需权限）
  # 或直接指定解释器：bash test.sh（无需执行权限）

三、核心语法

1. 变量

变量用于存储数据，分为系统变量 （预定义）和自定义变量。

• 系统变量 ：如$HOME（用户主目录）、$PATH（命令搜索路径）、$USER（当前用户）等。示例：echo "当前用户：$USER"

• 自定义变量：

  • 赋值：变量名=值（等号前后无空格 ），例如name="Alice"。
  • 使用：$变量名或${变量名}（推荐，避免歧义），例如echo "Name: $name"。
  • 只读变量：readonly age=18（赋值后不可修改）。
  • 删除变量：unset name（只读变量不可删除）。

• 特殊变量（处理脚本参数）：

  • $0：脚本文件名（如test.sh）。
  • $1~$9：第 1 到第 9 个参数（超过 9 个用${10}）。
  • $#：参数总个数。
  • $*/$@：所有参数（$*将参数视为整体，$@视为独立个体）。
  • $?：上一条命令的退出状态（0 表示成功，非 0 表示失败）。

  示例（param.sh）：

  #!/bin/bash
  echo "脚本名：$0"
  echo "参数1：$1"
  echo "参数总数：$#"
  echo "所有参数：$@"

  运行：./param.sh a b c，输出：

  脚本名：./param.sh
  参数1：a
  参数总数：3
  所有参数：a b c

2. 输入输出

• 输出 ：echo命令，支持转义字符（需加-e）。

  echo "Hello"  # 输出Hello（默认换行）
  echo -n "Hello"  # 不换行输出
  echo -e "Line1\nLine2"  # 换行输出两行

• 输入 ：read命令读取用户输入。

  #!/bin/bash
  read -p "请输入姓名：" name  # -p显示提示信息
  echo "你好，$name！"

  运行后输入姓名，会输出对应问候。

3.逻辑与和逻辑或

在 Shell 脚本中，逻辑与（AND）和 逻辑或（OR）用于组合多个条件或命令，实现更复杂的逻辑判断。它们在条件判断 和命令执行流程中有着不同的语法和特性，以下是详细说明：

一、逻辑与（AND）的用法

逻辑与表示 "多个条件同时成立" 或 "前一个命令成功后执行下一个命令"。

1. 在test/[ ]中：用-a

在test命令或[ ]结构中，逻辑与用-a表示，格式为：

test 条件1 -a 条件2
[ 条件1 -a 条件2 ]

示例：判断文件存在且可写

if [ -e "file.txt" -a -w "file.txt" ]; then
  echo "文件存在且可写"
fi

2. 在[[ ]]中：用&&

[[ ]]是 Bash 的增强语法，逻辑与用&&表示，更直观：

[[ 条件1 && 条件2 ]]

示例：判断字符串非空且数值大于 10

str="hello"
num=20
if [[ -n "$str" && $num -gt 10 ]]; then
  echo "条件成立"
fi

3. 在命令执行中：用&&

多个命令用&&连接时，** 前一个命令成功（退出状态 0）** 才会执行后一个命令（短路逻辑）。示例：创建目录并进入（确保 mkdir 成功后再 cd）

mkdir "new_dir" && cd "new_dir"

二、逻辑或（OR）的用法

逻辑或表示 "多个条件至少一个成立" 或 "前一个命令失败后执行下一个命令"。

1. 在test/[ ]中：用-o

在test或[ ]中，逻辑或用-o表示：

test 条件1 -o 条件2
[ 条件1 -o 条件2 ]

示例：判断文件是 txt 或 sh 格式

if [ "$file" = "*.txt" -o "$file" = "*.sh" ]; then
  echo "是文本或脚本文件"
fi

2. 在[[ ]]中：用||

[[ ]]中逻辑或用||表示：

[[ 条件1 || 条件2 ]]

示例：判断数值小于 0 或大于 100

num=150
if [[ $num -lt 0 || $num -gt 100 ]]; then
  echo "数值超出范围"
fi

3. 在命令执行中：用||

多个命令用||连接时，** 前一个命令失败（退出状态非 0）** 才会执行后一个命令（短路逻辑）。示例：如果文件不存在则创建

ls "file.txt" || touch "file.txt"

三、短路逻辑的特性

• 逻辑与（&&）：若第一个条件 / 命令失败，直接跳过后续判断 / 命令（"短路"）。
• 逻辑或（||）：若第一个条件 / 命令成功，直接跳过后续判断 / 命令（"短路"）。

示例：结合逻辑与或实现复杂判断

# 判断文件存在且（是txt或sh格式）
if [ -e "file" ] && ( [ "$file" = "*.txt" ] || [ "$file" = "*.sh" ] ); then
  echo "符合条件"
fi

四、注意事项

1. [ ]与[[ ]]的语法差异：

   • [ ]中使用-a/-o，且条件内的变量建议加双引号（避免空值报错）。
   • [[ ]]中使用&&/||，支持更直观的逻辑，且变量引用可不加引号（但建议加）。

2. 命令间的逻辑与或：

   • &&和||可用于连接多个命令，实现 "依赖执行" 或 "兜底执行"。

3. 优先级 ：逻辑非（!）> 逻辑与（-a/&&）> 逻辑或（-o/||），复杂逻辑建议用括号明确优先级。

4.1 条件判断（if 语句）

格式：

if [ 条件表达式 ]; then
  # 条件为真时执行
elif [ 条件表达式 ]; then
  # 否则若该条件为真时执行
else
  # 所有条件为假时执行
fi

条件表达式规则：

• 中括号[ ]前后必须有空格。
• 数值比较：-eq（等于）、-ne（不等于）、-gt（大于）、-lt（小于）、-ge（大于等于）、-le（小于等于）。例：[ $a -gt 10 ]（a 大于 10）。
• 字符串比较：=（等于）、!=（不等于）、-z（空字符串）、-n（非空字符串）。例：[ "$str" = "hello" ]（字符串相等，变量加引号避免空值报错）。
• 文件判断：-f（普通文件）、-d（目录）、-r（可读）、-w（可写）、-x（可执行）、-e（存在）。例：[ -f "file.txt" ]（file.txt 是普通文件）。

示例（判断文件是否存在）：

#!/bin/bash
read -p "输入文件名：" file
if [ -e "$file" ]; then
  echo "$file 存在"
  if [ -f "$file" ]; then
    echo "是普通文件"
  elif [ -d "$file" ]; then
    echo "是目录"
  fi
else
  echo "$file 不存在"
fi

4.2 多分支条件判断（case in 语句）

在 Shell 脚本中，case in语句用于多分支条件判断 ，功能类似于其他编程语言的switch-case语句，适合处理变量与多个固定值 / 模式匹配的场景，语法简洁且可读性强。

一、基本语法结构

case $变量 in
  模式1)
    命令序列1
    ;;  # 双分号表示分支结束（无需break，自动退出case）
  模式2)
    命令序列2
    ;;
  模式N)
    命令序列N
    ;;
  *)  # 通配符*表示"默认分支"（所有未匹配的情况）
    命令序列默认
    ;;
esac  # case的结束标记

二、模式匹配规则

case in的模式支持通配符，规则与 Shell 文件名匹配一致：

• *：匹配任意字符（包括空字符）。
• ?：匹配单个字符。
• [字符范围]：匹配指定范围 / 集合的单个字符 （如[a-z]匹配小写字母）。
• 多个模式可通过|分隔（表示 "或"），如模式1|模式2)。

三、使用示例

示例 1：菜单选择

根据用户输入的数字执行对应操作：

#!/bin/bash
read -p "请选择操作（1-3）：" choice

case $choice in
  1)
    echo "执行操作1：创建文件"
    touch new_file.txt
    ;;
  2)
    echo "执行操作2：删除文件"
    rm -f old_file.txt
    ;;
  3)
    echo "执行操作3：查看文件"
    ls -l
    ;;
  *)
    echo "输入无效，请选择1-3！"
    ;;
esac

示例 2：文件类型判断

根据文件扩展名执行不同处理：

#!/bin/bash
file="report.pdf"
ext=${file##*.}  # 提取文件扩展名（如pdf、txt）

case $ext in
  txt|md)  # 匹配txt或md格式
    echo "文本文件，使用cat查看"
    cat "$file"
    ;;
  pdf|jpg|png)  # 匹配pdf、图片格式
    echo "多媒体文件，无法直接查看"
    ;;
  *)
    echo "未知格式：$ext"
    ;;
esac

示例 3：通配符匹配

处理带通配符的输入：

#!/bin/bash
read -p "输入一个字符：" char

case $char in
  [a-z])  # 匹配小写字母
    echo "你输入了小写字母：$char"
    ;;
  [A-Z])  # 匹配大写字母
    echo "你输入了大写字母：$char"
    ;;
  [0-9])  # 匹配数字
    echo "你输入了数字：$char"
    ;;
  ?)  # 匹配单个非空字符（如符号）
    echo "你输入了符号：$char"
    ;;
  "")  # 匹配空输入（无内容）
    echo "你没有输入任何内容"
    ;;
esac

四、关键特性与注意事项

1. 自动退出分支 ：每个分支的;;会让case执行完命令后直接退出，无需像其他语言一样写break。
2. 变量引用 ：case后的变量直接写$变量，模式中无需加 $ 符号。
3. 默认分支的必要性 ：*)分支建议保留，确保所有未匹配的情况都有处理逻辑，避免脚本异常。
4. 模式顺序 ：若多个模式存在包含关系（如*和具体值），需将具体模式放在前面 ，否则会被*提前匹配。

五、与if-elif-else的对比

场景	case in	if-elif-else
多固定值匹配	语法简洁，可读性高	分支多时有冗余，可读性差
复杂条件（如范围）	依赖通配符，灵活性有限	支持数值 / 逻辑运算，灵活性高
执行效率	内部是哈希表匹配，效率略高	逐分支判断，效率随分支数降低

5.test语句

在 Shell 脚本中，test命令是用于条件检测的基础工具，[ ]（中括号）本质上是test命令的语法糖（符号链接） ，二者功能几乎完全一致。补充test命令的用法，能更全面理解 Shell 的条件判断机制。

一、test命令的基本用法

test命令用于检测条件是否成立，语法为：

test 条件表达式

• 若条件成立，test返回退出状态码 0（表示 "真"）；
• 若条件不成立，返回非 0 状态码（表示 "假"）。

通常结合if、while等流程控制语句使用，例如：

# 判断文件是否存在
if test -f "file.txt"; then
  echo "file.txt存在"
fi

二、test与[ ]的等价性

[ ]是test的简写形式，二者完全等价。例如：

# 以下两种写法效果一致
test -f "file.txt"
[ -f "file.txt" ]  # 注意：[ 后和 ] 前必须有空格（因为[是命令，]是它的最后一个参数）

因此，之前提到的文件测试、字符串测试、数值测试 等条件表达式，既可以用test，也可以用[ ]，语法规则完全相同。

三、test支持的条件表达式分类

1. 文件测试（检测文件 / 目录属性）

表达式	含义	test写法示例
-e 文件	文件 / 目录是否存在	test -e "test.sh"
-f 文件	是否为普通文件（非目录 / 设备文件）	test -f "data.txt"
-d 目录	是否为目录	test -d "backup/"
-r 文件	是否有读权限	test -r "config.ini"
-w 文件	是否有写权限	test -w "log.txt"
-x 文件	是否有执行权限（或目录是否可进入）	test -x "script.sh"
-s 文件	文件是否存在且非空（大小 > 0）	test -s "result.log"
文件1 -nt 文件2	文件 1 是否比文件 2 新（修改时间更新）	test "a.txt" -nt "b.txt"
文件1 -ot 文件2	文件 1 是否比文件 2 旧（修改时间更早）	test "a.txt" -ot "b.txt"

2. 字符串测试（检测字符串属性）

表达式	含义	test写法示例
字符串	字符串是否非空（非空为真）	test "hello"（真）、test ""（假）
-z 字符串000	字符串是否为空（空为真）	test -z ""（真）、test -z "a"（假）
-n 字符串	字符串是否非空（非空为真，同直接写字符串）	test -n "hello"（真）
字符串1 = 字符串2	两字符串是否相等（=可换为==，但=更兼容）	test "abc" = "abc"（真）
字符串1 != 字符串2	两字符串是否不相等	test "abc" != "def"（真）

3. 数值测试（比较整数）

表达式	含义	test写法示例
数值1 -eq 数值2	等于（equal）	test 5 -eq 5（真）
数值1 -ne 数值2	不等于（not equal）	test 5 -ne 3（真）
数值1 -gt 数值2	大于（greater than）	test 10 -gt 5（真）
数值1 -lt 数值2	小于（less than）	test 3 -lt 7（真）
数值1 -ge 数值2	大于等于（>=）	test 5 -ge 5（真）
数值1 -le 数值2	小于等于（<=）	test 4 -le 6（真）

4. 逻辑组合（多条件判断）

test支持通过逻辑运算符组合多个条件，常用运算符：

• !：逻辑非（取反）；
• -a：逻辑与（两个条件都成立才为真）；
• -o：逻辑或（至少一个条件成立为真）。

示例：

# 判断文件存在且有写权限（逻辑与）
test -e "file.txt" -a -w "file.txt"

# 判断字符串非空或数值大于10（逻辑或）
test -n "$str" -o 20 -gt 10

# 判断文件不存在（逻辑非）
test ! -e "nonexist.txt"

四、test与[[ ]]的区别（扩展）

Bash 支持更强大的[[ ]]（双中括号），它是test/[ ]的增强版，语法更灵活，支持：

1. 直接使用&&（与）、||（或）代替-a、-o，逻辑更清晰；
2. 字符串比较支持模式匹配（如*、?通配符）；
3. 不需要对特殊字符（如<、>）转义；
4. 变量引用时，即使为空也不易报错（无需强制加引号，但建议加）。

示例：

# [[ ]]中使用&&代替-a
[[ -f "file.txt" && -r "file.txt" ]]

# 模式匹配：判断字符串是否以".sh"结尾
str="script.sh"
[[ $str == *.sh ]]  # 成立（真）

# 数值比较可直接用>、<（无需-gt/-lt）
[[ 10 > 5 ]]  # 成立（真）

注意：[[ ]]是 Bash 的扩展语法，兼容性不如test/[ ]（如在sh解释器中可能不支持），脚本需兼容多种 Shell 时建议用test/[ ]。

五、实战示例：用test完善脚本

基于之前的 "文件备份脚本"，用test改写条件判断部分：

#!/bin/bash
# 用test命令完善的备份脚本

if test $# -ne 1; then  # 判断参数个数是否为1
  echo "用法：$0 <要备份的目录>"
  exit 1
fi

src_dir=$1
if test ! -d "$src_dir"; then  # 判断目录是否不存在
  echo "错误：$src_dir 不是目录或不存在"
  exit 1
fi

# 后续逻辑不变...

test命令总结

• test是 Shell 条件检测的基础命令，[ ]是其简写，二者完全等价；
• 支持文件、字符串、数值三类测试，以及逻辑组合（!、-a、-o）；
• [[ ]]是 Bash 增强版，语法更灵活，但兼容性稍弱；
• 实际使用中，[ ]因写法简洁更常用，test多用于强调可读性的场景。

6. 循环结构

（1）for 循环

遍历列表或范围：

# 遍历列表
for fruit in apple banana orange; do
  echo "水果：$fruit"
done

# 遍历数字范围（bash支持）
for i in {1..5}; do
  echo "数字：$i"
done

# C语言风格（bash支持）
for ((i=0; i<3; i++)); do
  echo "i=$i"
done

（2）while 循环

条件为真时重复执行：

#!/bin/bash
count=1
while [ $count -le 3 ]; do
  echo "计数：$count"
  count=$((count + 1))  # 数值计算（$((表达式))）
done

读取文件每一行：

# 读取file.txt的每一行并输出
while read line; do
  echo "行内容：$line"
done < file.txt  # < 重定向输入

（3）until 循环

条件为假时重复执行（与 while 相反）：

count=1
until [ $count -gt 3 ]; do
  echo "计数：$count"
  count=$((count + 1))
done

7. 函数

封装可复用的代码块：

# 定义函数（两种格式）
function hello() {
  echo "Hello, $1!"  # $1是函数的第一个参数
}

# 或简化为：
greet() {
  local name=$1  # local声明局部变量（仅函数内有效）
  echo "欢迎，$name！"
  return 0  # 返回值（0-255，默认最后一条命令的状态）
}

# 调用函数
hello "Tom"  # 输出：Hello, Tom!
greet "Jerry"  # 输出：欢迎，Jerry！
echo "greet函数返回值：$?"  # 输出0（成功）

8. 管道与重定向

• 管道（|） ：将前一个命令的输出作为后一个命令的输入。例：ls -l | grep ".txt"（查找当前目录的 txt 文件）。

• 重定向：

  • >：覆盖写入文件（例：echo "test" > file.txt）。
  • >>：追加写入文件（例：echo "new line" >> file.txt）。
  • <：从文件读取输入（例：cat < file.txt）。
  • 2>：重定向错误输出（例：ls error.txt 2> err.log，错误写入 err.log）。
  • &>：同时重定向标准输出和错误（例：command &> output.log）。

四、实战示例：文件备份脚本

功能：将指定目录备份到backup文件夹，文件名含当前日期。

#!/bin/bash
# 备份脚本：backup.sh

# 检查参数（需传入要备份的目录）
if [ $# -ne 1 ]; then
  echo "用法：$0 <要备份的目录>"
  exit 1  # 非0退出表示失败
fi

src_dir=$1
# 检查目录是否存在
if [ ! -d "$src_dir" ]; then
  echo "错误：$src_dir 不是目录或不存在"
  exit 1
fi

# 备份文件名（例：20251111_backup.tar.gz）
backup_name=$(date +%Y%m%d)_backup.tar.gz
# 创建备份目录（若不存在）
mkdir -p backup
# 打包备份
tar -czf "backup/$backup_name" "$src_dir"

# 检查备份是否成功
if [ $? -eq 0 ]; then
  echo "备份成功：backup/$backup_name"
else
  echo "备份失败"
  exit 1
fi

运行：./backup.sh ~/Documents，会在当前目录的backup文件夹生成带日期的压缩包。

五、常见问题

• 脚本执行报错 "Permission denied"：未赋予执行权限，需chmod +x 脚本名。
• 变量引用报错：赋值时等号前后有空格，或字符串比较未加引号（空变量会导致语法错误）。
• 条件判断报错：中括号[ ]前后缺少空格，或使用了错误的比较符号（如数值用>而非-gt）。