【Shell变量替换与测试】

文章目录

• [一、变量替换（Parameter Expansion）概述](#一、变量替换（Parameter Expansion）概述)
• • 常见形式与含义
  • • [1. 默认值与赋值](#1. 默认值与赋值)
    • [2. 字符串长度](#2. 字符串长度)
    • [3. 子串提取](#3. 子串提取)
    • [4. 模式删除（从头/尾裁剪）](#4. 模式删除（从头/尾裁剪）)
    • [5. 字符串替换](#5. 字符串替换)
    • [6. 去除首尾空白（纯 Bash 方法）](#6. 去除首尾空白（纯 Bash 方法）)
• 二、测试
• • [1. 基本用法](#1. 基本用法)
  • [2. 常见测试选项](#2. 常见测试选项)
  • • 文件相关（常用）
    • 字符串相关
    • [整数比较（使用 `-eq -ne -lt -le -gt -ge` 或 `(( ))`）](#整数比较（使用 -eq -ne -lt -le -gt -ge 或 (( ))）)
  • [3. 组合逻辑与返回值](#3. 组合逻辑与返回值)
  • [4. 注意事项](#4. 注意事项)
• 三、进阶技巧
• • [1. 引号与扩展顺序](#1. 引号与扩展顺序)
  • [2. 在 POSIX sh 中的差异](#2. 在 POSIX sh 中的差异)
  • [3. 性能与可维护性](#3. 性能与可维护性)
  • [4. 使用 `set -u` 时的安全处理](#4. 使用 set -u 时的安全处理)
• 总结

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一、变量替换（Parameter Expansion）概述

变量替换指通过 ${...} 或 $var 访问并用不同方式处理变量内容。Bash 提供了非常丰富的扩展语法，用于默认值、替换、截断、长度、模式删除等。

常见形式与含义

代码如下：

#!/usr/bin/env bash
name="alice"
echo "$name"         # alice
echo "${name}"       # alice（显式）

下面按功能分类说明：

1. 默认值与赋值

• ${var:-word} --- 如果 var 未设置或为空，结果为 word（不改变 var）。
• ${var:=word} --- 如果 var 未设置或为空，则将 var 设为 word 并输出它。
• ${var:+word} --- 如果 var 已设置且非空，结果为 word，否则为空。
• ${var:?message} --- 如果 var 未设置或为空，打印 message 到 stderr 并退出（用于参数校验）。

示例：

#!/usr/bin/env bash
unset A
B=""
echo "${A:-default}"   # 输出 default（A 未设置）
echo "${B:-default}"   # 输出 default（B 为空）

echo "${A:=hello}"     # A=hello，并输出 hello
echo "$A"              # hello

C="ok"
echo "${C:+present}"   # 输出 present

# 强制报错并退出（用于必需参数）
D=""
: "${D:?D is required}"

2. 字符串长度

• ${#var} --- 变量长度（字符数）。

s="hello"
echo "${#s}"  # 5

3. 子串提取

• ${var:offset}、${var:offset:length} --- 按字符位置提取（支持负数偏移，Bash 特性）。

s="abcdefgh"
echo "${s:2}"      # cdefgh
echo "${s:2:3}"    # cde
echo "${s: -3}"    # fgh （注意有空格以区别负数偏移）

4. 模式删除（从头/尾裁剪）

• ${var#pattern} --- 从开头匹配最短模式，删除。
• ${var##pattern} --- 从开头匹配最长模式，删除。
• ${var%pattern} --- 从结尾匹配最短模式，删除。
• ${var%%pattern} --- 从结尾匹配最长模式，删除。

path="/home/user/docs/readme.txt"
echo "${path#*/}"       # home/user/docs/readme.txt (删除第一个 / 及之前)
echo "${path##*/}"      # readme.txt (删除最长前缀，保留最后一个文件名)
echo "${path%/*}"       # /home/user/docs (删除最后一个 / 及之后)
echo "${path%%/*}"      # (空) 删除最长后缀，原理同上

5. 字符串替换

• ${var/pattern/repl} --- 替换第一个匹配（Bash）。
• ${var//pattern/repl} --- 替换所有匹配。
• ${var/#pattern/repl} --- 如果匹配开头则替换。
• ${var/%pattern/repl} --- 如果匹配结尾则替换。

s="a-b-c-a"
echo "${s/-/_}"      # a_b-c-a (第一个 -)
echo "${s//-/_}"     # a_b_c_a (全部替换)
echo "${s/#a/X}"     # X-b-c-a (开头的 a 替换)
echo "${s/%a/X}"     # a-b-c-X (结尾的 a 替换)

6. 去除首尾空白（纯 Bash 方法）

Bash 没有内置 trim 函数，但可用模式删除实现：

s="  hello  "
# 去左空格
s="${s#"${s%%[![:space:]]*}"}"
# 去右空格
s="${s%"${s##*[![:space:]]}"}"
echo ">$s<"  # >hello<

（注：这段技巧依赖于模式匹配，复杂但无须外部命令）

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二、测试

在脚本里判断条件通常使用 test 命令、[ ... ]、或 [[ ... ]]（Bash 扩展）。还可以使用 (( ... )) 进行算术测试。

1. 基本用法

if [ -f "$file" ]; then
  echo "file exists"
fi

# 或
if test -f "$file"; then
  echo "file exists"
fi

# Bash 扩展（推荐用于字符串比较、模式匹配）
if [[ -n "$var" && "$var" == foo* ]]; then
  echo "starts with foo"
fi

注意：[ ... ] 与 test 是 POSIX 标准；[[ ... ]] 与 (( ... )) 是 Bash / ksh 特性，支持更多语法且减少字符串拆词风险。

2. 常见测试选项

文件相关（常用）

• -e file：存在（包括目录、特殊文件）
• -f file：普通文件且存在
• -d file：目录
• -s file：存在且大小 > 0
• -r file：可读
• -w file：可写
• -x file：可执行
• -L file：符号链接

示例：

if [ -d "$dir" ]; then
  echo "dir exists"
else
  mkdir -p "$dir"
fi

字符串相关

• -z str：字符串长度为 0（空）
• -n str：字符串长度非 0
• str1 = str2（在 [ 中）或 ==（在 [[ 中）比较相等
• 注意 < 和 > 在 [ 中需要转义或使用 \> 等（更安全用 [[）

示例：

if [ -z "$username" ]; then
  echo "username empty"
fi

if [[ "$name" == "alice" ]]; then
  echo "hello alice"
fi

整数比较（使用 -eq -ne -lt -le -gt -ge 或 (( ))）

• [ "$a" -eq "$b" ]
• (( a == b )) --- 算术测试，支持 C 风格运算符

示例：

a=5
b=10
if [ "$a" -lt "$b" ]; then
  echo "a < b"
fi

# 或
if (( a < b )); then
  echo "a < b"
fi

3. 组合逻辑与返回值

• &&、|| 可在 shell 中串联命令（短路求值）。
• if 判断的是命令的退出状态（0 为真，非 0 为假）。
• test / [ 返回退出码（0/1/2），[[ 返回更友好。

示例：

cmd && echo "success" || echo "failed"

4. 注意事项

• 变量引用必须加引号 （"$var"），避免空格与通配符展开导致脚本错误。
• 在 [ ... ] 中，用 = 比较字符串相等，且两边要有空格： [ "$a" = "$b" ]。
• [[ ... ]] 中不需要对 < > 进行转义用于字符串比较，但仍建议用 [[ 来避免单词分割和路径名扩展。
• (( ... )) 中变量可不加 $，但最好加可读性更好。
• 当用 -n/-z 时仍旧加双引号：[ -z "$s" ]。

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三、进阶技巧

1. 引号与扩展顺序

• 总是为变量加双引号："$var"，避免字段分割与通配符展开（pathname expansion）。
• 当希望展开数组或保留单元边界时使用 "$@" 与 "$*"（通常不推荐）。

2. 在 POSIX sh 中的差异

• [[ ... ]]、${var//pattern/repl}、${var:offset} 等是 Bash 扩展，不可在纯 /bin/sh 中使用（有些系统的 /bin/sh 是 Dash）。

• 如果需要跨平台兼容（比如在 BusyBox 或 Dash 中运行），请仅使用 POSIX 功能：

  • 使用 expr、cut、awk 等外部工具替代复杂替换，或用更保守的模式删除（${var#pattern} / ${var%pattern} 在 POSIX 中可用，但 ${var//} 不可用）。

3. 性能与可维护性

• 当要做复杂字符串处理时，调用外部命令（sed、awk）常比复杂的 Bash 花式更可读。
• 对于大量文件处理，避免不必要的子 shell 与外部命令调用以减少开销。

4. 使用 set -u 时的安全处理

• 因为 set -u 会在使用未定义变量时报错，常用的防御写法为：${VAR:-} 或 ${VAR+set}，或在使用前显式赋默认值。

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总结

本文介绍了 Shell 脚本中变量替换 的常用语法（默认值、赋值、替换、截断、长度、模式删除等），并介绍了条件测试 （文件测试、字符串测试、整数比较、[ ] 与 [[ ]]、(( )) 的差别）。