Shell编程从入门到精通-第五章流程控制

流程控制是Shell脚本实现复杂逻辑的核心。本章将详细介绍Shell中的条件语句（if-elif-else）、多分支语句（case）以及各种循环结构（for、while、until），同时深入讲解循环的高级用法、信号处理和超时控制等实用场景，帮助你全面掌握Shell脚本的流程控制能力。

5.1 if-elif-else条件语句

5.1.1 基本语法

Shell中的if语句使用fi作为结束标记，语法结构如下：

bash 复制代码

# 单分支if
if 条件; then
    命令
fi

# 双分支if-else
if 条件; then
    命令1
else
    命令2
fi

# 多分支if-elif-else
if 条件1; then
    命令1
elif 条件2; then
    命令2
elif 条件3; then
    命令3
else
    命令4
fi

5.1.2 条件表达式写法

bash 复制代码

#!/bin/bash

# 使用 [ ] 进行条件判断
name="zhangsan"
if [ "$name" = "zhangsan" ]; then
    echo "名字匹配"
fi

# 使用 [[ ]] 进行条件判断（推荐，支持模式匹配）
name="zhangsan"
if [[ $name == zhang* ]]; then
    echo "名字以zhang开头"
fi

# 使用 (( )) 进行数学比较
a=10
b=20
if (( a < b )); then
    echo "a小于b"
fi

# 结合多个条件
age=25
if [ $age -ge 18 ] && [ $age -le 60 ]; then
    echo "年龄在18到60之间"
fi

# 使用 -a 和 -o（在 [ ] 中）
if [ $age -ge 18 -a $age -le 60 ]; then
    echo "年龄在18到60之间"
fi

# 在 [[ ]] 中使用 && 和 ||
if [[ $age -ge 18 && $age -le 60 ]]; then
    echo "年龄在18到60之间"
fi

5.1.3 嵌套if语句与多层条件

bash 复制代码

#!/bin/bash

# 嵌套if语句
num=75

if [ $num -ge 60 ]; then
    if [ $num -ge 90 ]; then
        echo "优秀"
    elif [ $num -ge 80 ]; then
        echo "良好"
    else
        echo "及格"
    fi
else
    echo "不及格"
fi

# 使用 && 和 || 简化嵌套if
# 等价于上面的嵌套if
[[ $num -ge 90 ]] && echo "优秀" && exit
[[ $num -ge 80 ]] && echo "良好" && exit
[[ $num -ge 60 ]] && echo "及格" || echo "不及格"

5.1.4 if语句的退出状态

if语句实际上是根据命令的退出状态来决定分支执行的：

bash 复制代码

#!/bin/bash

# if 后跟命令（而非条件表达式）
if grep -q "error" /var/log/syslog 2>/dev/null; then
    echo "发现错误"
fi

# if后跟函数返回值
check_service() {
    systemctl is-active nginx >/dev/null 2>&1
}

if check_service; then
    echo "Nginx服务正在运行"
else
    echo "Nginx服务未运行"
fi

# 使用命令的退出状态进行判断
if ! command -v git >/dev/null 2>&1; then
    echo "git未安装"
fi

5.2 case多分支语句

5.2.1 基本语法

case语句类似于其他语言中的switch-case，用于多分支选择：

bash 复制代码

case 变量 in
    模式1)
        命令1
        ;;  # 类似于break
    模式2)
        命令2
        ;;
    模式3)
        命令3
        ;;
    *)  # 默认分支，类似于default
        命令4
        ;;
esac  # case的反写

5.2.2 使用通配符模式

bash 复制代码

#!/bin/bash

# 使用通配符
echo "请输入一个字符:"
read char

case $char in
    [a-z])
        echo "你输入了小写字母"
        ;;
    [A-Z])
        echo "你输入了大写字母"
        ;;
    [0-9])
        echo "你输入了数字"
        ;;
    *)
        echo "你输入了其他字符"
        ;;
esac

5.2.3 多个模式匹配

bash 复制代码

#!/bin/bash

# 多个模式用 | 分隔
echo "请输入月份(1-12):"
read month

case $month in
    1|2|3)
        echo "春天"
        ;;
    4|5|6)
        echo "夏天"
        ;;
    7|8|9)
        echo "秋天"
        ;;
    10|11|12)
        echo "冬天"
        ;;
    *)
        echo "无效的月份"
        ;;
esac

5.2.4 case实战应用

bash 复制代码

#!/bin/bash

# 1. 系统服务管理
service_action() {
    local action=$1
    local service=$2
    
    case $action in
        start)
            echo "启动 $service"
            ;;
        stop)
            echo "停止 $service"
            ;;
        restart)
            echo "重启 $service"
            ;;
        status)
            echo "查看 $service 状态"
            ;;
        *)
            echo "未知操作: $action"
            return 1
            ;;
    esac
}

# 2. 文件处理
process_file() {
    local filename=$1
    local ext="${filename##*.}"
    
    case $ext in
        txt)
            echo "处理文本文件"
            ;;
        jpg|jpeg|png|gif)
            echo "处理图片文件"
            ;;
        mp4|avi|mkv)
            echo "处理视频文件"
            ;;
        sh)
            echo "处理Shell脚本"
            ;;
        *)
            echo "未知文件类型"
            ;;
    esac
}

# 3. 菜单驱动
show_menu() {
    echo "1. 显示日期"
    echo "2. 显示日历"
    echo "3. 显示当前目录"
    echo "4. 退出"
}

while true; do
    show_menu
    read -p "请选择: " choice
    
    case $choice in
        1) date ;;
        2) cal ;;
        3) pwd ;;
        4) echo "再见"; break ;;
        *) echo "无效选择" ;;
    esac
done

5.3 for循环

5.3.1 列表for循环

遍历一系列值：

bash 复制代码

#!/bin/bash

# 基本列表for循环
for i in 1 2 3 4 5; do
    echo "计数器: $i"
done

# 使用花括号生成序列
for i in {1..5}; do
    echo "计数器: $i"
done

# 指定步长（使用seq）
for i in $(seq 1 2 10); do
    echo "奇数: $i"
done

# 负数步长
for i in $(seq 10 -2 1); do
    echo "倒序偶数: $i"
done

5.3.2 C风格for循环

类似C语言的for循环语法：

bash 复制代码

#!/bin/bash

# C风格for循环
for ((i=1; i<=5; i++)); do
    echo "计数器: $i"
done

# 指定步长
for ((i=0; i<=10; i+=2)); do
    echo "偶数: $i"
done

# 多个变量
for ((i=1, j=10; i<=5; i++, j--)); do
    echo "i=$i, j=$j"
done

# 复杂条件
for ((i=1; i<=100 && j>0; i++)); do
    # 循环体
    ((j--))
done

5.3.3 遍历文件和目录

bash 复制代码

#!/bin/bash

# 遍历当前目录下的所有文件
for file in *; do
    echo "文件: $file"
done

# 遍历特定类型的文件
for file in *.md; do
    echo "Markdown文件: $file"
done

# 递归遍历（使用find）
for file in $(find . -type f -name "*.sh"); do
    echo "Shell脚本: $file"
done

# 遍历目录
for dir in */; do
    echo "目录: $dir"
done

5.3.4 for循环高级用法

bash 复制代码

#!/bin/bash

# 1. 并行处理（使用&和wait）
echo "=== 并行处理示例 ==="
for i in {1..5}; do
    sleep 1 &
done
wait
echo "所有任务完成"

# 2. 遍历数组
fruits=("apple" "banana" "cherry")
for fruit in "${fruits[@]}"; do
    echo "水果: $fruit"
done

# 3. 遍历关联数组
declare -A capitals=([China]="Beijing" [Japan]="Tokyo")
for country in "${!capitals[@]}"; do
    echo "$country 的首都是 ${capitals[$country]}"
done

# 4. 读取文件每行（避免空格问题）
while IFS= read -r line; do
    echo "行: $line"
done < "filename.txt"

# 5. 嵌套循环
for i in {1..3}; do
    for j in {1..3}; do
        echo "i=$i, j=$j"
    done
done

5.4 while/until循环

5.4.1 while循环

条件为真时循环：

bash 复制代码

#!/bin/bash

# 基本while循环
count=1
while [ $count -le 5 ]; do
    echo "计数: $count"
    count=$((count + 1))
done

# 读取文件行（逐行处理）
while read line; do
    echo "行内容: $line"
done < /etc/hostname

# 无限循环（配合break使用）
count=1
while true; do
    echo "无限循环计数: $count"
    if [ $count -ge 3 ]; then
        break
    fi
    count=$((count + 1))
done

# 逐行读取文件并处理
while IFS= read -r line || [ -n "$line" ]; do
    echo "$line"
done < "file.txt"

5.4.2 until循环

条件为假时循环（直到条件为真）：

bash 复制代码

#!/bin/bash

# 基本until循环
# 直到count大于5才停止
count=1
until [ $count -gt 5 ]; do
    echo "计数: $count"
    count=$((count + 1))
done

# while和until对比
echo "=== while循环 ==="
i=1
while [ $i -le 3 ]; do
    echo "i = $i"
    i=$((i + 1))
done

echo "=== until循环 ==="
i=1
until [ $i -gt 3 ]; do
    echo "i = $i"
    i=$((i + 1))
done

5.4.3 计数器与累加器

bash 复制代码

#!/bin/bash

# 数字累加计算
sum=0
i=1
while [ $i -le 100 ]; do
    sum=$((sum + i))
    i=$((i + 1))
done
echo "1+2+...+100 = $sum"

# 读取多个数字并求和
sum=0
while true; do
    read -p "请输入数字（0结束）: " num
    [ "$num" = "0" ] && break
    sum=$((sum + num))
    echo "当前总和: $sum"
done
echo "最终结果: $sum"

# 计算阶乘
factorial=1
num=5
while [ $num -gt 1 ]; do
    factorial=$((factorial * num))
    num=$((num - 1))
done
echo "5! = $factorial"

5.5 循环控制：break与continue

5.5.1 break语句

立即退出循环：

bash 复制代码

#!/bin/bash

# 基本break用法
for i in 1 2 3 4 5; do
    if [ $i -eq 3 ]; then
        echo "遇到3，退出循环"
        break
    fi
    echo "当前数字: $i"
done
echo "循环结束"

# 嵌套循环中的break
for i in 1 2 3; do
    for j in 1 2 3; do
        if [ $j -eq 2 ]; then
            break  # 只退出内层循环
        fi
        echo "i=$i, j=$j"
    done
done

5.5.2 continue语句

跳过当前迭代，继续下一次循环：

bash 复制代码

#!/bin/bash

# 基本continue用法
for i in 1 2 3 4 5; do
    if [ $i -eq 3 ]; then
        echo "跳过3"
        continue
    fi
    echo "当前数字: $i"
done

# 过滤特定条件
for i in {1..10}; do
    if [ $((i % 2)) -eq 0 ]; then
        continue  # 跳过偶数
    fi
    echo "奇数: $i"
done

5.5.3 break与continue的高级用法

bash 复制代码

#!/bin/bash

# break指定退出层级
for i in 1 2 3; do
    for j in 1 2 3; do
        if [ $i -eq 2 ] && [ $j -eq 2 ]; then
            break 2  # 退出两层循环
        fi
        echo "i=$i, j=$j"
    done
done

# continue跳到指定层级
for i in {1..3}; do
    for j in {1..3}; do
        if [ $j -eq 2 ]; then
            continue  # 跳到下一次内层循环
        fi
        echo "i=$i, j=$j"
    done
done

5.6 高级循环技巧

5.6.1 循环中的超时控制

bash 复制代码

#!/bin/bash

# 使用timeout命令
echo "=== 超时控制示例 ==="
timeout 3 bash -c 'while true; do echo "运行中"; sleep 1; done'

# 使用read超时
echo "请在3秒内输入:"
if read -t 3 -r response; then
    echo "你输入了: $response"
else
    echo "超时未输入"
fi

# 循环中的超时处理
counter=0
while true; do
    sleep 1
    counter=$((counter + 1))
    if [ $counter -ge 5 ]; then
        echo "达到最大循环次数"
        break
    fi
done

5.6.2 循环中的信号处理

bash 复制代码

#!/bin/bash

# 捕获Ctrl+C信号
trap 'echo "收到中断信号，退出循环"; break' INT

# 或使用EXIT清理
cleanup() {
    echo "清理资源..."
}
trap cleanup EXIT

count=0
while true; do
    echo "计数: $count"
    sleep 1
    count=$((count + 1))
done

# 忽略信号
trap '' INT  # 忽略Ctrl+C
echo "按Ctrl+C无效"
sleep 10
trap INT  # 恢复信号处理

5.6.3 进度显示

bash 复制代码

#!/bin/bash

# 简单进度条
progress_bar() {
    local current=$1
    local total=$2
    local width=50
    
    percent=$((current * 100 / total))
    completed=$((width * current / total))
    remaining=$((width - completed))
    
    printf "\r进度: ["
    printf "%${completed}s" | tr ' ' '='
    printf "%${remaining}s" | tr ' ' '-'
    printf "] %3d%%" $percent
    
    [ $current -eq $total ] && echo ""
}

# 使用进度条
total=20
for i in $(seq 1 $total); do
    sleep 0.2
    progress_bar $i $total
done

# 旋转指针
spinner() {
    local pid=$1
    local delay=0.1
    local spinstr='|/-\'
    
    while ps -p $pid > /dev/null 2>&1; do
        local temp=${spinstr#?}
        printf "\r[%c] " "$spinstr"
        local spinstr=$temp${spinstr%"$temp"}
        sleep $delay
    done
    printf "\r"
}

# 后台任务配合旋转指针
sleep 10 &
spinner $!
echo "任务完成"

5.6.4 循环中的错误处理

bash 复制代码

#!/bin/bash

# 遇到错误继续执行
for file in file1.txt file2.txt nonexistent.txt; do
    if [ -f "$file" ]; then
        echo "处理 $file"
    else
        echo "警告: $file 不存在，跳过" >&2
        continue
    fi
done

# 遇到错误退出
set -e  # 遇到错误立即退出
for i in {1..5}; do
    echo "处理 $i"
    if [ $i -eq 3 ]; then
        exit 1
    fi
done

# 错误计数
error_count=0
for i in {1..10}; do
    if [ $((i % 3)) -eq 0 ]; then
        echo "错误发生在 $i" >&2
        error_count=$((error_count + 1))
    else
        echo "处理 $i 成功"
    fi
done

echo "共发生 $error_count 个错误"

5.7 综合示例

5.7.1 菜单驱动的系统管理脚本

bash 复制代码

#!/bin/bash

show_menu() {
    echo "================================"
    echo "      系统管理脚本"
    echo "================================"
    echo "1. 查看系统信息"
    echo "2. 查看磁盘使用"
    echo "3. 查看内存使用"
    echo "4. 查看进程"
    echo "5. 查看网络连接"
    echo "6. 批量文件操作"
    echo "0. 退出"
    echo "================================"
}

show_system_info() {
    echo "=== 系统信息 ==="
    echo "主机名: $(hostname)"
    echo "内核版本: $(uname -r)"
    echo "运行时间: $(uptime -p)"
    echo "负载: $(cat /proc/loadavg | awk '{print $1, $2, $3}')"
}

show_disk_usage() {
    echo "=== 磁盘使用情况 ==="
    df -h | grep -v tmpfs
}

show_memory() {
    echo "=== 内存使用情况 ==="
    free -h
}

show_processes() {
    echo "=== 运行中的进程 ==="
    ps aux --sort=-%mem | head -n 11
}

show_network() {
    echo "=== 网络连接 ==="
    netstat -tun | tail -n +3
}

batch_file_operation() {
    echo "=== 批量文件操作 ==="
    echo "请选择操作1. :"
    echo "批量重命名"
    echo "2. 批量压缩"
    echo "3. 批量复制"
    read -p "选择: " choice
    
    case $choice in
        1)
            read -p "输入文件前缀: " prefix
            for f in *; do
                [ -f "$f" ] && mv "$f" "${prefix}$f"
            done
            ;;
        2)
            tar -czf backup.tar.gz *
            ;;
        3)
            read -p "目标目录: " dest
            cp -r * "$dest"
            ;;
        *)
            echo "无效选择"
            ;;
    esac
}

# 主循环
while true; do
    show_menu
    read -p "请选择 [0-6]: " choice
    
    case $choice in
        1) show_system_info ;;
        2) show_disk_usage ;;
        3) show_memory ;;
        4) show_processes ;;
        5) show_network ;;
        6) batch_file_operation ;;
        0) echo "感谢使用，再见！"; exit 0 ;;
        *) echo "无效选择，请重新输入" ;;
    esac
    
    echo ""
    read -p "按回车继续..."
done

5.7.2 批量处理工具

bash 复制代码

#!/bin/bash

# 批量处理图片文件

# 创建测试目录
mkdir -p /tmp/image_process
cd /tmp/image_process

# 创建测试文件
touch photo1.jpg photo2.jpg photo3.png photo4.jpg screenshot.png

echo "=== 原始文件 ==="
ls -la

echo ""
echo "=== 开始处理 ==="

count=0
skipped=0
errors=0

for file in *; do
    # 跳过目录
    [ -d "$file" ] && continue
    
    # 获取文件扩展名
    ext="${file##*.}"
    
    case $ext in
        jpg|jpeg)
            echo "[处理] $file -> JPEG图片"
            # 这里可以添加实际的图片处理命令
            count=$((count + 1))
            ;;
        png)
            echo "[处理] $file -> PNG图片"
            count=$((count + 1))
            ;;
        gif)
            echo "[处理] $file -> GIF图片"
            count=$((count + 1))
            ;;
        *)
            echo "[跳过] $file -> 未知格式"
            skipped=$((skipped + 1))
            ;;
    esac
done

echo ""
echo "=== 处理完成 ==="
echo "共处理 $count 个图片文件"
echo "跳过 $skipped 个文件"

5.7.3 猜数字游戏

bash 复制代码

#!/bin/bash

# 猜数字游戏

# 生成1-100的随机数
target=$((RANDOM % 100 + 1))
attempts=0
max_attempts=7

echo "================================"
echo "    猜数字游戏"
echo "================================"
echo "我已经想好了一个1-100之间的数字"
echo "你最多可以猜 $max_attempts 次"
echo "================================"

while true; do
    read -p "请输入你的猜测: " guess
    
    # 验证输入
    if ! [[ $guess =~ ^[0-9]+$ ]]; then
        echo "请输入有效的数字！"
        continue
    fi
    
    # 检查范围
    if [ $guess -lt 1 ] || [ $guess -gt 100 ]; then
        echo "请输入1-100之间的数字！"
        continue
    fi
    
    attempts=$((attempts + 1))
    
    # 判断猜测结果
    diff=$((guess - target))
    diff=${diff#-}  # 取绝对值
    
    if [ $guess -lt $target ]; then
        if [ $diff -le 10 ]; then
            echo "很接近了！再大一点"
        else
            echo "太小了！再试试"
        fi
    elif [ $guess -gt $target ]; then
        if [ $diff -le 10 ]; then
            echo "很接近了！再小一点"
        else
            echo "太大了！再试试"
        fi
    else
        echo "================================"
        echo "恭喜你！猜对了！"
        echo "正确答案是 $target"
        echo "你一共猜了 $attempts 次"
        
        # 评价
        if [ $attempts -le 3 ]; then
            echo "太厉害了！你是高手！"
        elif [ $attempts -le 5 ]; then
            echo "很不错！继续加油！"
        else
            echo "运气不错！"
        fi
        echo "================================"
        break
    fi
    
    # 检查剩余次数
    remaining=$((max_attempts - attempts))
    if [ $remaining -le 0 ]; then
        echo "================================"
        echo "游戏结束！"
        echo "正确答案是 $target"
        echo "你已经猜了 $attempts 次"
        echo "================================"
        break
    else
        echo "剩余次数: $remaining"
    fi
done

5.7.4 数据处理脚本

bash 复制代码

#!/bin/bash

# 数据处理脚本 - 处理CSV文件

# 假设CSV文件格式: 姓名,年龄,城市,职业
CSV_FILE="data.csv"

# 创建测试数据
mkdir -p /tmp/csv_process
cat > /tmp/csv_process/data.csv << 'EOF'
张三,25,北京,工程师
李四,30,上海,设计师
王五,28,广州,产品经理
赵六,35,深圳,CEO
孙七,22,杭州,实习生
周八,40,北京,总监
EOF

cd /tmp/csv_process

echo "=== 原始数据 ==="
cat data.csv

echo ""
echo "=== 数据统计 ==="
total_lines=$(wc -l < data.csv)
echo "总记录数: $total_lines"

echo ""
echo "=== 按城市统计 ==="
cut -d',' -f3 data.csv | sort | uniq -c | while read count city; do
    echo "$city: $count 人"
done

echo ""
echo "=== 年龄分析 ==="
ages=$(cut -d',' -f2 data.csv)
avg_age=$(echo "$ages" | awk '{sum+=$1} END {print int(sum/NR)}')
max_age=$(echo "$ages" | sort -n | tail -1)
min_age=$(echo "$ages" | sort -n | head -1)

echo "平均年龄: $avg_age"
echo "最大年龄: $max_age"
echo "最小年龄: $min_age"

echo ""
echo "=== 年龄段分布 ==="
for i in {20..40..10}; do
    next=$((i + 9))
    count=$(awk -F',' -v start=$i -v end=$next '$2>=start && $2<end' data.csv | wc -l)
    [ $count -gt 0 ] && echo "$i-$next岁: $count 人"
done

echo ""
echo "=== 数据处理完成 ==="

5.8 本章小结

本章详细介绍了Shell脚本中的流程控制语法：

if-elif-else条件语句：
- 单分支、双分支、多分支if语句
- 条件表达式的写法（[ ]、[[ ]]、(( ))）
- 嵌套if语句与多层条件
- if语句的退出状态
case多分支语句：
- 基本语法和结束标记（esac）
- 模式匹配（通配符、|分隔多个模式）
- 实战应用（服务管理、文件处理、菜单驱动）
for循环：
- 列表for循环（遍历值、序列、文件）
- C风格for循环
- 遍历文件和命令输出
- 并行处理、遍历数组和关联数组
while/until循环：
- while循环（条件为真循环）
- until循环（条件为假循环）
- 读取文件内容
- 计数器与累加器
循环控制：
- break：立即退出循环
- continue：跳过当前迭代
- break n：退出多层循环
高级循环技巧：
- 超时控制
- 信号处理
- 进度显示
- 错误处理

掌握流程控制语法后，你将能够编写具有复杂逻辑判断和循环处理的Shell脚本，实现各种自动化任务。

更多内容，欢迎访问南徽玉的个人博客

Shell编程从入门到精通-第五章 流程控制

5.1 if-elif-else条件语句

5.1.1 基本语法

5.1.2 条件表达式写法

5.1.3 嵌套if语句与多层条件

5.1.4 if语句的退出状态

5.2 case多分支语句

5.2.1 基本语法

5.2.2 使用通配符模式

5.2.3 多个模式匹配

5.2.4 case实战应用

5.3 for循环

5.3.1 列表for循环

5.3.2 C风格for循环

5.3.3 遍历文件和目录

5.3.4 for循环高级用法

5.4 while/until循环

5.4.1 while循环

5.4.2 until循环

5.4.3 计数器与累加器

5.5 循环控制：break与continue

5.5.1 break语句

5.5.2 continue语句

5.5.3 break与continue的高级用法

5.6 高级循环技巧

5.6.1 循环中的超时控制

5.6.2 循环中的信号处理

5.6.3 进度显示

5.6.4 循环中的错误处理

5.7 综合示例

5.7.1 菜单驱动的系统管理脚本

5.7.2 批量处理工具

5.7.3 猜数字游戏

5.7.4 数据处理脚本

5.8 本章小结

Shell编程从入门到精通-第五章流程控制