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Bash脚本编程速成教程

青衫2025年2月27日大约 9 分钟Shell编程Linux基础运维开发BashShellLinuxDevOps

Bash脚本编程速成教程

用了好几年的Linux才真正开始系统地学习Bash脚本。之前都是现查现用，东拼西凑。一直想写个教程来巩固下自己的知识一直没能有机会。

先给个在线练习环境：

  1. Katacoda - 免费Linux练习环境
  2. repl.it - 在线Bash编辑器
  3. Learn Shell - 交互式Shell学习平台

第一部分：基础概念

Hello Bash!

第一个脚本总得是Hello World：

#!/bin/bash
echo "Hello, World!"

关于Shebang

第一行的 #!/bin/bash 叫做shebang（也叫hashbang），告诉系统用什么解释器执行这个脚本。

变量和数据类型

Bash里的变量...说来有点意思。不像其他编程语言那样严格：

# 变量赋值（等号两边不能有空格，这点老让我踩坑）
name="Alice"
age=25

# 使用变量要加$
echo "Name: $name, Age: $age"

# 这么写也行，更明确一点
echo "Name: ${name}, Age: ${age}"

变量名规则

  • 字母、数字、下划线
  • 不能数字开头
  • 大小写敏感

特殊变量

这些特殊变量我一开始真是记不住：

  • $0 - 脚本名称
  • $1, $2, ... - 位置参数
  • $# - 参数个数
  • $@ - 所有参数
  • $? - 上一条命令的退出状态
  • $$ - 当前进程ID

来个例子体会一下：

#!/bin/bash

echo "脚本名称: $0"
echo "第一个参数: $1"
echo "参数个数: $#"
echo "所有参数: $@"

# 执行ls命令
ls
echo "ls命令退出状态: $?"

数组

说实话，Bash的数组用法挺独特：

# 定义数组
fruits=("apple" "banana" "orange")

# 访问元素
echo ${fruits[0]}    # apple
echo ${fruits[@]}    # 所有元素
echo ${#fruits[@]}   # 数组长度

# 添加元素
fruits+=("grape")

# 切片
echo ${fruits[@]:1:2}   # banana orange

第二部分：控制流

if语句

if [ condition ]; then
    # 代码
elif [ condition ]; then
    # 代码
else
    # 代码
fi

条件测试的写法有点特别：

# 数值比较
if [ "$age" -eq 25 ]; then
    echo "Age is 25"
fi

# 字符串比较
if [ "$name" = "Alice" ]; then
    echo "Hello Alice!"
fi

# 文件测试
if [ -f "file.txt" ]; then
    echo "file.txt exists"
fi

常用条件测试

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

字符串比较：

  • = 相等
  • != 不等
  • -z 空字符串
  • -n 非空字符串

文件测试：

  • -f 常规文件
  • -d 目录
  • -r 可读
  • -w 可写
  • -x 可执行

case语句

有时候if-elif写多了看着烦，case语句更清晰：

case "$fruit" in
    "apple")
        echo "Selected apple"
        ;;
    "banana"|"orange")
        echo "Selected banana or orange"
        ;;
    *)
        echo "Unknown fruit"
        ;;
esac

循环

for循环

# 基础for循环
for i in 1 2 3 4 5; do
    echo $i
done

# 序列
for i in {1..5}; do
    echo $i
done

# C风格
for ((i=0; i<5; i++)); do
    echo $i
done

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

# 遍历文件
for file in *.txt; do
    echo "Processing $file"
done

while循环

# 基础while循环
count=1
while [ $count -le 5 ]; do
    echo $count
    ((count++))
done

# 读取文件
while read line; do
    echo "Line: $line"
done < input.txt

第三部分：函数

基础函数

# 函数定义
say_hello() {
    echo "Hello, $1!"
}

# 调用函数
say_hello "Alice"

# 返回值
get_sum() {
    local num1=$1
    local num2=$2
    echo $((num1 + num2))
}

result=$(get_sum 5 3)
echo "Sum: $result"

函数注意事项

  • 函数必须先定义后使用
  • return只能返回0-255的数字，要返回其他值用echo
  • 函数内的变量默认是全局的，用local声明局部变量

函数库

实战中经常把常用函数放到单独的文件里：

# lib.sh
log_message() {
    echo "[$(date '+%Y-%m-%d %H:%M:%S')] $1"
}

# main.sh
source ./lib.sh
log_message "Starting script..."

第四部分：文本处理

重定向和管道

# 输出重定向
echo "Hello" > output.txt      # 覆盖
echo "World" >> output.txt     # 追加

# 错误重定向
ls nonexistent 2> error.log

# 同时重定向
command > output.txt 2>&1

# 管道
cat file.txt | grep "pattern" | sort

sed和awk

这两个命令堪称文本处理神器：

sed例子

# 替换
sed 's/old/new/' file.txt          # 替换每行第一次匹配
sed 's/old/new/g' file.txt         # 替换所有匹配

# 删除行
sed '3d' file.txt                  # 删除第3行
sed '/pattern/d' file.txt          # 删除匹配行

# 插入和追加
sed '2i\new line' file.txt         # 在第2行前插入
sed '2a\new line' file.txt         # 在第2行后追加

awk例子

# 打印特定列
awk '{print $1}' file.txt          # 打印第一列
awk '{print $1,$3}' file.txt       # 打印第一、三列

# 条件处理
awk '$3 > 50 {print $1,$3}' data.txt  # 打印第三列大于50的行的第一列和第三列

# 统计
awk '{sum += $1} END {print sum}' numbers.txt  # 计算第一列之和

第五部分：实战示例

1. 系统监控脚本

#!/bin/bash

log_file="system_monitor.log"

monitor_system() {
    # CPU使用率
    cpu_usage=$(top -bn1 | grep "Cpu(s)" | awk '{print $2}')
    
    # 内存使用
    memory_usage=$(free -m | awk 'NR==2{printf "%.2f%%", $3*100/$2}')
    
    # 磁盘使用
    disk_usage=$(df -h / | awk 'NR==2{print $5}')
    
    # 写入日志
    echo "[$(date '+%Y-%m-%d %H:%M:%S')] CPU: ${cpu_usage}% MEM: ${memory_usage} DISK: ${disk_usage}" >> "$log_file"
}

# 每分钟运行一次
while true; do
    monitor_system
    sleep 60
done

2. 批量文件处理

#!/bin/bash

# 配置
source_dir="./source"
backup_dir="./backup"
processed_dir="./processed"

# 创建必要的目录
mkdir -p "$backup_dir" "$processed_dir"

# 处理文件函数
process_file() {
    local file="$1"
    local filename=$(basename "$file")
    
    # 备份
    cp "$file" "$backup_dir/"
    
    # 处理文件（示例：转换为小写）
    tr '[:upper:]' '[:lower:]' < "$file" > "$processed_dir/$filename"
    
    echo "Processed: $filename"
}

# 主处理循环
for file in "$source_dir"/*.txt; do
    if [ -f "$file" ]; then
        process_file "$file"
    fi
done

3. 日志分析器

#!/bin/bash

# 配置
log_file="/var/log/apache2/access.log"
output_file="log_analysis.txt"

# 清空输出文件
> "$output_file"

# 分析函数
analyze_logs() {
    echo "=== Log Analysis Report ===" >> "$output_file"
    echo "Generated at: $(date)" >> "$output_file"
    echo "" >> "$output_file"
    
    # 访问量最大的IP
    echo "Top 5 IP Addresses:" >> "$output_file"
    awk '{print $1}' "$log_file" | sort | uniq -c | sort -nr | head -n 5 >> "$output_file"
    echo "" >> "$output_file"
    
    # 最常访问的页面
    echo "Top 5 Requested Pages:" >> "$output_file"
    awk '{print $7}' "$log_file" | sort | uniq -c | sort -nr | head -n 5 >> "$output_file"
    echo "" >> "$output_file"
    
    # HTTP状态码统计
    echo "HTTP Status Code Distribution:" >> "$output_file"
    awk '{print $9}' "$log_file" | sort | uniq -c | sort -nr >> "$output_file"
}

# 运行分析
analyze_logs

echo "Analysis complete. Results saved to $output_file"

第六部分：高级主题

错误处理

#!/bin/bash

# 设置错误处理
set -e              # 遇到错误立即退出
set -u              # 使用未定义变量时报错
set -o pipefail     # 管道中的错误也会导致脚本退出

# 错误处理函数
error_handler() {
    local line_num=$1
    local error_code=$2
    echo "Error on line $line_num: Exit code $error_code"
    # 清理工作
    cleanup
    exit $error_code
}

# 设置错误处理器
trap 'error_handler ${LINENO} $?' ERR

# 清理函数
cleanup() {
    echo "Performing cleanup..."
    # 清理临时文件等
}

# 确保脚本结束时调用清理函数
trap cleanup EXIT

并发处理

#!/bin/bash

# 最大并发数
max_jobs=4

# 等待所有后台任务完成
wait_jobs() {
    while [ $(jobs -p | wc -l) -ge "$max_jobs" ]; do
        wait -n
    done
}

# 处理函数
process_item() {
    local item=$1
    echo "Processing $item..."
    sleep 2  # 模拟工作
    echo "Finished $item"
}

# 主循环
for item in item{1..10}; do
    wait_jobs  # 控制并发数
    process_item "$item" &
done

# 等待所有任务完成
wait

调试技巧

#!/bin/bash

# 启用调试模式
set -x  # 打印执行的命令
set -v  # 打印输入行

debug() {
    [ "$DEBUG" = "true" ] && echo "DEBUG: $*"
}

# 使用调试函数
DEBUG=true
debug "Starting process..."

# 查看变量
declare -p variable_name

# 使用PS4自定义调试输出
export PS4='+(${BASH_SOURCE}:${LINENO}): ${FUNCNAME[0]:+${FUNCNAME[0]}(): }'

最佳实践总结

  1. 脚本结构

    #!/bin/bash

# 常量定义
readonly CONFIG_FILE="/etc/myapp.conf"
readonly MAX_RETRIES=3

# 函数定义
main() {
    parse_args "$@"
    setup_environment
    process_data
    cleanup
}

# 调用主函数
main "$@"

  2. 命名规范

    # 变量名使用小写字母和下划线
user_name="Alice"

# 常量使用大写字母
readonly MAX_CONNECTIONS=100

# 函数名使用小写字母和下划线
parse_arguments() {
    # ...
}

  3. 安全注意事项

    # 引用变量时总是使用双引号
file_name="my file.txt"
if [ -f "$file_name" ]; then  # 正确
    rm "$file_name"
fi

# 设置安全的umask
umask 077

# 使用mktemp创建临时文件
temp_file=$(mktemp)

# 安全地处理密码
read -s -p "Password: " password

第七部分：常见问题和解决方案

1. 文件路径问题

说实话，这个坑我没少踩...

#!/bin/bash

# 获取脚本所在目录（这个技巧很有用）
script_dir="$( cd "$( dirname "${BASH_SOURCE[0]}" )" && pwd )"

# 使用绝对路径
config_file="${script_dir}/config.ini"

# 处理带空格的文件名
find . -type f -name "* *" | while IFS= read -r file; do
    mv "$file" "${file// /_}"
done

2. 进程管理

#!/bin/bash

# 启动后台进程并保存PID
background_process() {
    while true; do
        echo "Working..."
        sleep 1
    done
}

background_process &
pid=$!

# 检查进程是否在运行
if kill -0 $pid 2>/dev/null; then
    echo "Process is running"
fi

# 优雅地终止进程
cleanup() {
    echo "Terminating background process..."
    kill $pid
    wait $pid
}

trap cleanup SIGTERM SIGINT

3. 性能优化

讲真，我觉得这部分特别重要：

#!/bin/bash

# 使用内存而不是磁盘
temp_array=()
while IFS= read -r line; do
    temp_array+=("$line")
done < input.txt

# 避免多次调用外部命令
file_count=$(find . -type f | wc -l)  # 不好
file_count=$(find . -type f -printf '.' | wc -c)  # 更好

# 使用内置命令
number=123
if [[ $number =~ ^[0-9]+$ ]]; then  # 使用bash正则，比调用grep快
    echo "Is number"
fi

第八部分：实用工具函数库

我平时经常用到的一些函数，存下来没准儿对你也有用：

#!/bin/bash

# 日志函数
log() {
    local level=$1
    shift
    echo "[$(date +'%Y-%m-%d %H:%M:%S')] [$level] $*"
}

# 检查命令是否存在
require_command() {
    local cmd=$1
    if ! command -v "$cmd" >/dev/null 2>&1; then
        log ERROR "Required command not found: $cmd"
        exit 1
    fi
}

# 版本比较
version_compare() {
    if [[ $1 == $2 ]]; then
        return 0
    fi
    local IFS=.
    local i ver1=($1) ver2=($2)
    for ((i=${#ver1[@]}; i<${#ver2[@]}; i++)); do
        ver1[i]=0
    done
    for ((i=0; i<${#ver1[@]}; i++)); do
        if [[ -z ${ver2[i]} ]]; then
            ver2[i]=0
        fi
        if ((10#${ver1[i]} > 10#${ver2[i]})); then
            return 1
        fi
        if ((10#${ver1[i]} < 10#${ver2[i]})); then
            return 2
        fi
    done
    return 0
}

# 重试函数
retry() {
    local attempts=$1
    shift
    local count=0
    until "$@"; do
        exit=$?
        count=$((count + 1))
        if [ $count -lt $attempts ]; then
            log WARNING "Command failed. Attempt $count/$attempts. Retrying..."
            sleep $((count * 2))
        else
            log ERROR "Command failed after $attempts attempts"
            return $exit
        fi
    done
    return 0
}

第九部分：常用代码片段

1. 配置文件处理

#!/bin/bash

# INI格式配置文件读取
get_ini_value() {
    local file=$1
    local section=$2
    local key=$3
    local value=$(awk -F '=' '/^\['"$section"'\]/{p=1;next} /^\[/{p=0} p&&$1~/"$key"/{print $2}' "$file")
    echo "$value"
}

# JSON解析（使用jq）
parse_json() {
    local file=$1
    local key=$2
    require_command jq
    jq -r "$key" "$file"
}

2. 网络操作

#!/bin/bash

# HTTP请求
make_request() {
    local url=$1
    local method=${2:-GET}
    local data=$3
    
    if [ "$method" = "POST" ]; then
        curl -X POST -H "Content-Type: application/json" -d "$data" "$url"
    else
        curl -s "$url"
    fi
}

# 端口检查
wait_for_port() {
    local host=$1
    local port=$2
    local timeout=${3:-30}
    
    local start_time=$(date +%s)
    while ! nc -z "$host" "$port" >/dev/null 2>&1; do
        if [ $(($(date +%s) - start_time)) -gt "$timeout" ]; then
            return 1
        fi
        sleep 1
    done
    return 0
}

3. 数据处理

#!/bin/bash

# CSV处理
process_csv() {
    local file=$1
    local column=$2
    local operation=$3
    
    case "$operation" in
        sum)
            awk -F',' "{sum+=\$$column} END {print sum}" "$file"
            ;;
        average)
            awk -F',' "{sum+=\$$column; count++} END {print sum/count}" "$file"
            ;;
        *)
            echo "Unknown operation: $operation"
            return 1
            ;;
    esac
}

# 数组操作
array_contains() {
    local array=("$@")
    local seeking=$1
    shift
    local element
    for element in "${array[@]}"; do
        [[ "$element" == "$seeking" ]] && return 0
    done
    return 1
}

结语

差点忘了说，这些例子都是我为了写这篇文章整理出来的。不敢说最佳实践，但起码是经过一些实战检验的。

上次编辑于: 2025/2/27 08:25:45
贡献者: 青衫
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