shell的编程结构体(函数、条件结构、循环结构)

本文目录：

1.1 shell函数

1.2 条件结构：if

1.3 条件结构：case

1.4 条件结构：select

1.5 循环结构：for

1.6 循环结构：while(以及少为人知的陷阱)

1.7 循环结构：until

1.8 exit、break、continue和return

1.1 shell函数

在shell中，函数可以被当作命令一样执行，它是命令的组合结构体。可以将函数看成是一个普通命令或者一个小型脚本。

首先给出几个关于函数的结论：


函数的语法结构：


上面的语法结构中定义了一个名为name的函数，关键字function是可选的，如果使用了function关键字，则name后的括号可以省略。compound-cmd是函数体，通常使用大括号{}包围，由于历史原因，大括号本身也是关键字，所以为了不产生歧义，函数体必须和大括号使用空格、制表符、换行符分隔开来。还可以指定可选的函数重定向功能，这样当函数被调用的时候，指定的重定向也会被执行。

例如：定义一个名为rm的函数，该函数会将传递的所有文件移动到"~/backup"目录下，目的是替代rm命令，避免误删除的危险操作。

[root@xuexi ~]# function rm () { [ -d ~/rmbackup ] || mkdir ~/rmbackup;/bin/mv -f $@ ~/rmbackup; } &>/dev/null

在调用rm函数时，只需是给rm函数传递参数即可。例如，要删除/tmp/a.log。

[root@xuexi ~]# rm /tmp/a.log

在执行函数时，会将执行可能输出的信息重定向到/dev/null中。

为了让函数在子shell(例如脚本)中也可以使用，使用export的"-f"选项将其导出为全局函数。取消函数的导出则使用export的"-n"选项。

export -f rm
export -n rm

关于shell函数，还有几个需要说明的知识点：

1.2 条件结构：if

语法结构：


if的判断很简单，一切都以返回状态码是否为0为判决条件。如果test-commands1执行后的退出状态码为0(不是其执行结果为0)，则执行commands1部分的结构体，否则如果test-commands2返回0则执行commands2部分的结构体，如果都不满足，则执行commands3的结构体。

常见的test-commands有几种类型：

(1).一条普通的命令。只要该命令退出状态码为0，则执行then后的语句体。例如：

if echo haha &>/dev/null;then echo go;fi

(2).测试语句。例如test、[]、[[]]。

if [ $((1+2)) -eq 3 ];then echo go;fi
if [[ "$name" =~ "long" ]];then echo go;fi

(3).使用逻辑运算符，包括!、&&和||。该特性主要是为普通命令而提供，因为测试语句自身就支持逻辑运算。所以，对于测试语句就提供了两种写法，一种是将逻辑运算符作为测试语句的一部分，一种是将逻辑运算符作为if语句的一部分。例如：

if ! id "$name" &>/dev/null;then echo "$name" miss;fi
if ! [ 3 -eq 3 ];then echo go;fi
if [ ! 3 -eq 3 ];then echo go;fi
if [ 3 -eq 3 ] && [ 4 -eq 4 ] ;then echo go;fi
if [ 3 -eq 3 -a 4 -eq 4 ];then echo go;fi
if [[ 3 -eq 3 && 4 -eq 4 ]];then echo go;fi

注意，在if语句中使用()不能改变优先级，而是让括号内的语句成为命令列表并进入子shell运行。因此，要改变优先级时，需要在测试语句中完成。

1.3 条件结构：case

语法结构：


sysV风格的服务启动脚本是shell脚本中使用case语句最典型案例。例如：

case "$1" in
start)
start;;
stop)
stop;;
restart)
restart;;
reload | force-reload)
reload;;
status)
status;;
*)
echo $"Usage: $0 {start|stop|status|restart|reload|force-reload}"
exit 2
esac

从上面的示例中，可以看出一些结论：

(1).case中的每个小分句都以双分号";;"结尾，但最后一个小分句的双分号可以省略。实际上，小分句除了使用";;"结尾，还可以使用";&"和";;&"结尾，只不过意义不同，它们用的不多，不过为了文章完整性，稍后还是给出说明。

(2).每个小分句中的pattern部分都使用括号"()"包围，只不过左括号"("不是必须的。

(3).每个小分句的pattern支持通配符模式匹配(不是正则匹配模式，因此只有3种通配元字符："*"、"?"和[...])，其中使用"|"分隔多个通配符pattern，表示满足其中一个pattern即可。例如"([yY] | [yY][eE][sS]])"表示即可以输入单个字母的y或Y，还可以输入yes三个字母的任意大小写格式。

set -- y;case "$1" in ([yY]|[yY][eE][sS]) echo right;;(*) echo wrong;;esac

其中"set -- string_list"的作用是将输入的string_list按照IFS分隔后分别赋值给位置变量$1、$2、$3...，因此此处是为$1赋值字符"y"。

(4).最后一个小分句使用的pattern是"*"，表示无法匹配前面所有小分句时，将匹配该小分句。一般最后一个小分句都会使用"*"避免case语句无法匹配的情况，在shell脚本中，此小分句一般用于提示用户脚本的使用方法，即给出脚本的Usage。

(5).附加一个结论：如果任何模式都不匹配，该命令的返回状态是零；否则，返回最后一个被执行的命令的返回值。

如果小分句不是使用双分号";;"结尾，而是使用";&"或";;&"结尾，则case语句的行为将改变。

◇ ";;"结尾符号表示小分句执行完成后立即退出case语句。

◇ ";&"表示继续执行下一个小分句中的command部分，而无需进行匹配动作，并由此小分句的结尾符号来决定是否继续操作下一个小分句。

◇ ";;&"表示继续向后(不止是下一个，而是一直向后)匹配小分句，如果匹配成功，则执行对应小分句中的command部分，并由此小分句的结尾符号来决定是否继续向后匹配。

示例如下：

set -- y
case "$1" in
([yY]|[yY][eE][sS])
echo yes;&
([nN]|[nN][oO])
echo no;;
(*)
echo wrong;;
esac
yes
no

在此示例中，$1能匹配第一个小分句，但第一个小分句的结尾符号为";&"，所以无需判断地直接执行第二个小分句的"echo no"，但第二个小分句的结尾符号为";;"，于是直接退出case语句。因此，即使$1无法匹配第二个小分句，case语句的结果中也输出了"yes"和"no"。

set -- y
case "$1" in
([yY]|[yY][eE][sS])
echo yes;;&
([nN]|[nN][oO])
echo no;;
(*)
echo wrong;;
esac
yes
wrong

在此示例中，$1能匹配第一个小分句，但第一个小分句的结尾符号为";;&"，所以继续向下匹配，第二个小分句未匹配成功，直到第三个小分句才被匹配上，于是执行第三个小分句中的"echo wrong"，但第三个小分句的结尾符号为";;"，于是直接退出case语句。所以，结果中输出了"yes"和"wrong"。

1.4 条件结构：select

shell中提供菜单选择的条件判断结构。例如：

[root@xuexi ~]# select fname in cat dog sheep mouse;do echo your choice: \"$REPLY\) $fname\";break;done
1) cat
2) dog
3) sheep
4) mouse
#? 3                      # 在此选择序号3
your choice: "3) sheep"   # 将输出序号3对应的内容

语法结构：


它的结构几乎和for循环的结构相同。有以下几个要点：

(1).in关键词后的word将根据IFS变量进行分割，分割后的每一项都进行编号，作为菜单序号被输出，如果省略in word，则等价于"in $@"，即将位置变量的内容作为菜单项。

(2).当选择菜单序号后，该序号的内容将保存到变量name中，并且所输入的内容(一般是序号值，例如上面的例子中输入的3，但不规定一定要输入序号值，例如随便输入几个字符)保存保存到特殊变量REPLY中。

(3).每次输入选择后，select语句都将重置，如果输入的菜单序号存在，则cmd_list会重新执行，变量name也将重置。如果没有break命令，则select语句会一直运行，如果遇到break命令，将退出select语句。

仍然是上面的示例：但不是用break

[root@xuexi ~]# select fname in cat dog sheep mouse;do echo your choice: \"$REPLY\) $fname\";done
1) cat
2) dog
3) sheep
4) mouse
#? 2
your choice: "2) dog"
#? habagou                    # 随意输入几个字符
your choice: "habagou) "      # 变量fname被重置为空，变量REPLY被赋予了输入的值habagou
#? 2 3
your choice: "2 3) "
#? ^C                         # 直到杀掉进程select才结束

1.5 循环结构：for

for循环再shell脚本中应用极其广泛，它有两种语法结构：


结构一中：将扩展in word，然后按照IFS变量对word进行分割，并依次将分割的单词赋值给变量name，每赋值一次，执行一次循环体cmd_list，然后再继续将下一个单词赋值给变量name，直到所有变量赋值结束。如果省略in word，则等价于"in $@"，即展开位置变量并依次赋值给变量name。注意，如果word中使用引号包围了某些单词，这引号包围的内容被分割为一个单词。

例如：

[root@xuexi ~]# for i in 1 2 3 4;do echo $i;done
1
2
3
4

[root@xuexi ~]# for i in 1 2 "3 4";do echo $i;done
1
2
3 4

结构二中：该结构的expr部分只支持数学计算和比较。首先计算expr1，再判断expr2的返回状态码，如果为0，则执行cmd_list，并将计算expr3的值，并再次判断expr2的状态码。直到expr2的返回状态码不为0，循环结束。

例如：

[root@xuexi ~]# for ((i=1;i<=3;++i));do echo $i;done
1
2
3

[root@xuexi ~]# for ((i=1,j=3;i<=3 && j>=2;++i,--j));do echo $i $j;done
1 3
2 2

1.6 循环结构：while

使用while循环尽量要让条件运行到可以退出循环，否则无限循环。一般都在命令体部分加上变量的改变行为。

语法结构：


首先执行test_cmd_list中的命令，当test_cmd_list的最后一个命令的状态码为0时，将执行一次cmd_list，然后回到循环的开头继续执行test_cmd_list。只有test_cmd_list中最后一个测试命令的状态码非0时，循环才会退出。

例如：计算1到10的算术和。

[root@xuexi ~]# let i=1,sum=0;while [ $i -le 10 ];do let sum=sum+i;let ++i;done;echo $sum
55

在此例中，test_cmd_list中只有一个命令[ $i -le 10 ]，所以它的状态直接决定整个循环何时退出。

test_cmd_list中可以是多个命令，但千万要考虑清楚，是否要让决定退出循环的测试命令处在列表的尾部，否则将进入无线循环。

[root@xuexi ~]# let i=1,sum=0;while echo $i;[ $i -le 10 ];do let sum=sum+i;let ++i;done;echo $sum
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
55

对于while循环，有另外两种常见的写法：

(1).test_cmd_list部分使用一个冒号":"或者true命令，使得while进入无限循环。


(2).使用read命令从标准输入中按行读取值，然后保存到变量line中(既然是read命令，所以可以保存到多个变量中)，读取一行是一个循环。

由于标准输入既可以来源于重定向，也可以来源于管道(本质还是重定向)，所以有几种常见的写法：

写法一：使用管道传递内容，这是最烂的写法


写法二：


写法三：从文件中读取内容


既然是读取标准输入，于是还可以衍生出几种写法：


尽管写法有多种，但注意，它们并不等价。

陷阱一：

方法一中使用的是管道符号，这使得while语句在子shell中执行，这意味着while语句内部设置的变量、数组、函数等在循环外部都不再生效。例如：

#!/bin/bash
echo "abc xyz" | while read line
do
new_var=$line
done
echo the variable new_var is null: $new_var?

该脚本的执行结果中，$new_var的值将为空。

使用除写法一外的任意一种写法，在while循环外部都能继续获得while内的环境。例如，使用写法二的here string代替写法一：

#!/bin/bash
while read line
do
new_var=$line
done <<< "abc xyz"
echo the variable new_var is null: $new_var?

如果没注意写法一中while是在子shell运行，很可能会一直疑惑，为什么在while循环里设置好的变量或数组在循环一结束就成了空值呢。

[b]陷阱二：[/b]

关于这几种while循环的写法，还有一点要注意：写法一和写法四传递数据的源都是一个单独的进程，它们传递的数据一被while循环读取，所有数据就丢弃了，而以实体文件作为重定向传递的数据，while读取了之后并不会丢弃。更标准一些的说法是，当标准输入是非实体文件时(如管道传递的、独立进程产生的)只供一次读取；当标准输入是直接重定向实体文件时，可供多次读取，但只要某一次读取了该文件的全部内容就无法再提供读取。

举个例子，老师让我们听写10个单词，而我记忆力比较烂，他念完10个单词时我可能只写出了3个，剩余的7个因为记不住就没法再写出来。但如果我有小抄，我就可以慢悠悠的一个一个写，写了一个还可以等一段时间再写第二个，但当我写完10个之后，小抄这种东西就应该销毁掉。

回到IO重定向上，无论什么数据资源，只要被读取完毕或者主动丢弃，那么该资源就不可再得。①对于独立进程传递的数据(管道左侧进程产生的数据、进程替换产生的数据)，它们都是"虚拟"数据，要不被一次读取完毕，要不读一部分剩余的丢弃，这是真正的一次性资源。②而实体文件重定向传递的数据，只要不是一次性被全部读取，它就是可再得资源，直到该文件数据全部读取结束，这是"伪"一次性资源。其实①是进程间通信时数据传递的现象，只不过这个问题容易被人忽略。

大多数时候，独立进程传递的数据和文件直接传递的数据并没有什么区别，但有些命令可以标记当前读取到哪个位置，使得下次该命令的读取动作可以从标记位置处恢复并继续读取，特别是这些命令用在循环中时。据我到目前的总结，这样的命令有"head -n N"和"grep -m"，经测试，tail并没有位置标记的功能，因为tail读取的是后几行，所以它必然要读取到最后一行并计算要输出的行，所以tail的性能比head要差。

说了这么多，现在终于开始验证。下面的循环中，本该head每次读取2行，但实际执行结果中总共就只读取了一次2行。

[root@xuexi ~]# i=0
[root@xuexi ~]# cat /etc/fstab | while head -n 2 ; [[ "$i" -le 3 ]];do echo $i;let ++i;done

#
0
1
2
3

使用进程替换的结果是一样的。

[root@xuexi ~]# i=0
[root@xuexi ~]# while head -n 2; [[ "$i" -le 3 ]];do echo $i;let ++i;done < <(cat /etc/fstab)

#
0
1
2
3

但如果是直接将实体文件进行重定向传递给head，则结果和上面的不一样。

[root@xuexi ~]# i=0;while head -n 2 ; [[ "$i" -le 3 ]];do echo $i;let ++i;done < /etc/fstab

#
0
# /etc/fstab
# Created by anaconda on Thu May 11 04:17:44 2017
1
#
# Accessible filesystems, by reference, are maintained under '/dev/disk'
2
# See man pages fstab(5), findfs(8), mount(8) and/or blkid(8) for more info
#
3
UUID=b2a70faf-aea4-4d8e-8be8-c7109ac9c8b8 /                       xfs     defaults        0 0
UUID=367d6a77-033b-4037-bbcb-416705ead095 /boot                   xfs     defaults        0 0

可以看到结果中每次读取两行并echo一次"$i"，而且每次读取的两行是不同的，后一次读取的两行是从前一次读取结束的地方开始的，这是因为head有"读取到指定行数后做上位置标记"的功能。

要确定命令、工具是否具有做位置标记的能力，只需像下面例子一样做个简单的测试。以head和sed为例，即使sed的"q"命令能让sed匹配到内容就退出，但却不做位置标记，而且数据资源使用一次就丢弃。

[root@xuexi ~]# (head -n 2;head -n 2) </etc/fstab

#
# /etc/fstab
# Created by anaconda on Thu May 11 04:17:44 2017

[root@xuexi ~]# (sed -n /default/'{p;q}' ;sed -n /default/'{p;q}') </etc/fstab
UUID=b2a70faf-aea4-4d8e-8be8-c7109ac9c8b8 /                       xfs     defaults        0 0

其实在实际应用过程中，这根本就不是个问题，因为搜索和处理文本数据的工具虽然不少，但绝大多数都是用一次文本就"丢"一次，几乎不可能因此而产生问题。之所以说这么多废话，主要是想说上面的5种while写法中，使用最广泛的写法一虽然最简单、方便，但其实是最烂的一种。

1.7 循环结构：until

until和while循环基本一致，所不同的仅仅只是test_cmd_list的意义。

语法结构：


首先判断test_cmd_list中的最后一个命令，如果状态码为非0，则执行一次cmd_list，然后再返回循环的开头再次执行test_cmd_list，直到test_cmd_list的最后一个命令状态码为0时，才退出循环。

当判断test_cmd_list最后一个命令的状态满足退出条件时直接退出循环，也就是说循环是在test_cmd_list最后一个命令处退出的。

例如：

[root@xuexi ~]# i=5;until echo haha;[ "$i" -eq 0 ];do let --i;echo $i;done
haha
4
haha
3
haha
2
haha
1
haha
0
haha

1.8 exit、break、continue和return

exit
：退出当前shell，在脚本中应用则表示退出整个脚本(子shell)。其中数值n表示退出状态码。

break
：退出整个循环，包括for、while、until和select语句。其中数值n表示退出的循环层次。

continue
：退出当前循环进入下一次循环。n表示继续执行第n次循环。

return
：退出整个函数。n表示函数的退出状态码。

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