Bash基础语法入门指南

1. Bash 简介

Bash（Bourne Again SHell）是 Linux 和 macOS 系统中最常用的 shell 程序，它是 Bourne Shell 的一个增强版本。Shell 是用户与操作系统内核之间的接口，通过命令行输入，Bash 解释并执行用户的指令，实现对系统的各种操作。

2. 变量

2.1 变量定义

在 Bash 中定义变量非常简单，语法为：变量名=变量值。例如：

name="John"

注意，等号两边不能有空格。变量名一般遵循以下规则：

• 由字母、数字和下划线组成。
• 不能以数字开头。

2.2 变量引用

引用变量时，在变量名前加上 $ 符号，例如：

name="John"
echo $name

上面的代码会输出 John。如果要在字符串中引用变量，可以使用双引号，例如：

name="John"
echo "Hello, $name"

这会输出 Hello, John。如果使用单引号，变量不会被替换，例如：

name="John"
echo 'Hello, $name'

输出为 Hello, $name。

2.3 环境变量

环境变量是具有特殊意义的变量，会影响 shell 以及运行在其中的程序的行为。常见的环境变量有 PATH、HOME 等。可以使用 export 命令将普通变量提升为环境变量，例如：

myvar="test"
export myvar

也可以在定义变量时直接声明为环境变量：

export myenvvar="envtest"

可以通过 echo $环境变量名 查看环境变量的值，例如 echo $PATH 会显示系统的可执行文件搜索路径。

2.4 只读变量

使用 readonly 命令可以将变量设置为只读，一旦设置为只读，就不能再修改其值。例如：

readonly myreadonlyvar="readonlytest"
myreadonlyvar="newvalue"  # 这会报错

运行上述代码，会提示 bash: myreadonlyvar: readonly variable。

3. 数据类型

3.1 字符串

Bash 中的字符串无需特别声明类型，直接定义即可。字符串可以用单引号或双引号括起来。单引号内的所有字符都按字面意思处理，双引号内的变量会被替换，并且支持转义字符。例如：

single_str='This is a single - quoted string with $name'
double_str="This is a double - quoted string with $name"
echo $single_str
echo $double_str

输出结果：

This is a single - quoted string with $name
This is a double - quoted string with John

3.2 数组

Bash 支持一维数组，定义数组的方式有多种。例如：

# 方式一
my_array=(element1 element2 element3)
# 方式二
my_array[0]=element1
my_array[1]=element2
my_array[2]=element3

访问数组元素使用 ${数组名[索引]}，例如：

echo ${my_array[0]}

这会输出 element1。获取数组所有元素使用 ${数组名[@]} 或 ${数组名[*]}，例如：

echo ${my_array[@]}

会输出 element1 element2 element3。获取数组长度使用 ${#数组名[@]}，例如：

echo ${#my_array[@]}

输出 3，即数组的元素个数。

4. 运算符

4.1 算术运算符

Bash 支持基本的算术运算，如加、减、乘、除等。但是需要使用特定的语法。例如，使用 $((运算表达式)) 或 let "变量=运算表达式"。

a=5
b=3
# 使用 $((运算表达式))
result1=$((a + b))
echo $result1
# 使用 let
let "result2=a - b"
echo $result2

上述代码分别输出 8 和 2。支持的运算符有 +（加）、-（减）、*（乘）、/（除）、%（取余）、**（幂运算）等。

4.2 比较运算符

比较运算符用于比较两个数的大小等关系。常用的有 -eq（等于）、-ne（不等于）、-gt（大于）、-lt（小于）、-ge（大于等于）、-le（小于等于）。这些运算符一般用于条件判断语句中。例如：

a=5
b=3
if [ $a -gt $b ]; then
    echo "$a 大于 $b"
fi

上述代码会输出 5 大于 3。

4.3 逻辑运算符

逻辑运算符有 &&（逻辑与）、||（逻辑或）、!（逻辑非）。例如：

a=5
b=3
if [ $a -gt $b ] && [ $a -lt 10 ]; then
    echo "$a 大于 $b 且小于 10"
fi

上述代码会输出 5 大于 3 且小于 10。

4.4 字符串运算符

字符串运算符用于对字符串进行比较等操作。例如 =（字符串相等）、!=（字符串不相等）、-z（字符串长度为 0）、-n（字符串长度不为 0）。例如：

str1="hello"
str2="world"
if [ $str1 != $str2 ]; then
    echo "字符串不相等"
fi

上述代码会输出 字符串不相等。

5. 条件判断

5.1 if 语句

if 语句是最基本的条件判断语句，语法如下：

if [ 条件判断 ]; then
    命令1
    命令2
    ...
elif [ 条件判断2 ]; then
    命令3
    命令4
    ...
else
    命令5
    命令6
    ...
fi

例如：

num=10
if [ $num -gt 15 ]; then
    echo "数字大于 15"
elif [ $num -gt 5 ]; then
    echo "数字大于 5 小于等于 15"
else
    echo "数字小于等于 5"
fi

上述代码会输出 数字大于 5 小于等于 15。

5.2 case 语句

case 语句用于多分支选择，语法如下：

case 变量 in
模式1)
    命令1
    命令2
    ;;
模式2)
    命令3
    命令4
    ;;
*)
    命令5
    命令6
    ;;
esac

例如：

fruit="apple"
case $fruit in
apple)
    echo "这是苹果"
    ;;
banana)
    echo "这是香蕉"
    ;;
*)
    echo "不知道这是什么水果"
    ;;
esac

上述代码会输出 这是苹果。

6. 循环

6.1 for 循环

for 循环用于按指定次数执行一组命令。语法有两种常见形式。 形式一：

for 变量 in 列表; do
    命令1
    命令2
    ...
done

例如：

for num in 1 2 3 4 5; do
    echo $num
done

上述代码会依次输出 1 2 3 4 5。

形式二：

for (( 初始值; 条件判断; 增量 )); do
    命令1
    命令2
    ...
done

例如：

for ((i = 1; i <= 5; i++)); do
    echo $i
done

同样会依次输出 1 到 5。

6.2 while 循环

while 循环只要条件为真就会一直执行。语法如下：

while [ 条件判断 ]; do
    命令1
    命令2
    ...
done

例如：

num=1
while [ $num -le 5 ]; do
    echo $num
    num=$((num + 1))
done

上述代码会输出 1 到 5。

6.3 until 循环

until 循环与 while 循环相反，只要条件为假就会一直执行，直到条件为真停止。语法如下：

until [ 条件判断 ]; do
    命令1
    命令2
    ...
done

例如：

num=1
until [ $num -gt 5 ]; do
    echo $num
    num=$((num + 1))
done

同样会输出 1 到 5。

7. 函数

7.1 函数定义

在 Bash 中定义函数的语法如下：

函数名() {
    命令1
    命令2
    ...
    [return 返回值]
}

例如：

print_hello() {
    echo "Hello, World!"
}

7.2 函数调用

定义好函数后，可以直接通过函数名调用，例如：

print_hello

上述代码会输出 Hello, World!。

7.3 函数参数

函数可以接受参数，在函数内部通过 $1、$2 等变量来访问参数，$0 表示脚本本身的名字（如果在脚本中定义函数）。例如：

add_numbers() {
    result=$(( $1 + $2 ))
    echo "两数之和为: $result"
}
add_numbers 3 5

上述代码会输出 两数之和为: 8。

7.4 函数返回值

可以使用 return 语句返回一个值，返回值范围是 0 到 255。例如：

square() {
    result=$(( $1 * $1 ))
    return $result
}
square 5
return_value=$?
echo "返回值为: $return_value"

上述代码会输出 返回值为: 25，$? 用于获取上一个命令（这里是函数）的返回值。

8. 文件操作

8.1 文件创建

使用 touch 命令可以创建一个空文件，例如：

touch newfile.txt

8.2 文件读取

可以使用 cat 命令读取文件内容并输出到终端，例如：

cat newfile.txt

如果文件较大，可以使用 less 命令，它支持分页查看，例如：

less newfile.txt

按 q 键可以退出 less 查看。

8.3 文件写入

使用 echo 配合重定向符号 > 或 >> 可以写入文件。> 会覆盖原有内容，>> 会追加内容。例如：

echo "这是写入的内容" > newfile.txt
echo "这是追加的内容" >> newfile.txt

8.4 文件删除

使用 rm 命令可以删除文件，例如：

rm newfile.txt

如果要删除目录及目录下所有文件，使用 rm -r，例如：

rm -r mydirectory

注意，使用 rm 命令要谨慎，因为删除后数据难以恢复。

8.5 文件权限操作

使用 chmod 命令可以改变文件或目录的权限。权限分为读（r）、写（w）、执行（x）。例如，给文件 testfile 添加可执行权限：

chmod +x testfile

可以使用数字表示权限，例如 755 表示所有者有读、写、执行权限，组用户和其他用户有读和执行权限。设置文件权限为 755：

chmod 755 testfile

9. 脚本执行

9.1 直接执行

将一系列 Bash 命令保存到一个文件中，例如 myscript.sh，然后给文件添加可执行权限：

chmod +x myscript.sh

之后可以直接执行脚本：

./myscript.sh

9.2 使用 bash 命令执行

也可以不添加可执行权限，直接使用 bash 命令执行脚本，例如：

bash myscript.sh

在脚本开头添加 #!/bin/bash 称为 shebang，它指定了执行该脚本的程序，这样在添加可执行权限后就可以直接执行脚本，而不需要在命令前加上 bash。例如：

#!/bin/bash
echo "这是一个脚本"

保存为 myscript.sh，添加可执行权限后，直接执行 ./myscript.sh 即可。

10. 命令替换

10.1 反引号方式

可以使用反引号（`）将命令括起来，Bash 会执行反引号中的命令，并将输出结果替换到原位置。例如：

current_date=`date`
echo "当前日期是: $current_date"

上述代码会输出当前日期，例如 当前日期是: Fri Aug 11 15:30:00 CST 2023。

10.2 $( ) 方式

更推荐使用 $( ) 方式进行命令替换，例如：

current_dir=$(pwd)
echo "当前目录是: $current_dir"

这会输出当前所在目录路径。

11. 输入输出重定向

11.1 输出重定向

前面提到过使用 > 覆盖输出和 >> 追加输出到文件。例如：

ls > filelist.txt  # 将 ls 命令的输出覆盖写入 filelist.txt
echo "追加内容" >> filelist.txt  # 追加内容到 filelist.txt

11.2 输入重定向

使用 < 可以进行输入重定向，将文件内容作为命令的输入。例如，假设有一个 input.txt 文件内容为 Hello，可以这样使用：

read line < input.txt
echo "读取的内容是: $line"

上述代码会输出 读取的内容是: Hello。

11.3 错误输出重定向

使用 2> 可以将错误输出重定向到文件。例如，执行一个不存在的命令：

nonexistentcommand 2> error.log

命令执行产生的错误信息会被写入 error.log 文件。也可以同时重定向标准输出和错误输出，例如：

command 2>&1 > output.log

这样标准输出和错误输出都会被写入 output.log 文件。

12. 管道

管道（|）可以将一个命令的输出作为另一个命令的输入。例如，要查看当前目录下文件数量，可以这样：

ls | wc -l

ls 命令列出目录下的文件，wc -l 统计行数，这里就是文件数量。再比如，要在当前目录及子目录中查找包含特定字符串的文件，可以使用：

grep -r "特定字符串" . | less

grep -r "特定字符串" . 会递归查找当前目录（.）下包含特定字符串的文件及行，| less 将结果通过 less 分页显示。

13. 信号处理

13.1 捕获信号

在脚本中可以使用 trap 命令捕获信号并执行相应的处理程序。例如，捕获 SIGINT（通常是 Ctrl+C）信号，在用户按下 Ctrl+C 时输出一条提示信息：

#!/bin/bash
trap 'echo "你按下了 Ctrl+C，程序即将退出。"' SIGINT
while true; do
    echo "程序正在运行..."
    sleep 1
done

上述脚本在运行时，当用户按下 Ctrl+C，会输出提示信息后退出。

13.2 发送信号

使用 kill 命令可以向进程发送信号。例如，要终止一个进程，首先通过 ps 命令找到进程 ID，假设进程 ID 为 1234，可以这样发送终止信号：

kill 1234

如果要发送其他信号，可以使用 -信号编号 或 -信号名 的方式，例如发送 SIGTERM 信号：

kill -SIGTERM 1234

14. 调试

14.1 调试选项

在脚本开头添加 set -x 可以开启调试模式，Bash 会在执行每一条命令前打印命令及其参数。例如：

#!/bin/bash
set -x
a=5
b=3
result=$((a + b))
echo "结果是: $result"

运行脚本时，会看到类似如下输出：

+ a=5
+ b=3
+ result=8
+ echo '结果是: 8'
结果是: 8

+ 开头的行就是调试信息，显示了实际执行的命令。调试完成后，可以使用 set +x 关闭调试模式。

14.2 错误处理

使用 set -e 可以使脚本在遇到错误（命令返回非零状态码）时立即停止执行。例如：

#!/bin/bash
set -e
nonexistentcommand  # 这会导致错误
echo "这行不会被执行"

上述脚本运行到 nonexistentcommand 时会报错并停止执行，不会输出 这行不会被执行。

通过掌握以上这些 Bash 基础语法，你可以编写各种自动化脚本，提高在 Linux 或 macOS 系统下的工作效率，无论是系统管理、文件处理还是其他各种任务，Bash 脚本都能发挥巨大的作用。在实际应用中，不断练习和尝试，结合具体需求编写合适的脚本，进一步提升自己在命令行环境下的操作能力。