13種Shell邏輯與算術,能寫出5種算你贏!

語言: CN / TW / HK

相較於最初的 Bourne shell,現代 bash 版本的最大改進之一體現在算術方面。早期的 shell 版本沒有內建的算術功能,哪怕是給變量加1,也得調用單獨的程序來完成。

1、算術方法一: $(( ))

只要都是整數運算,就可以在 $(( )) 的算術表達式內使用所有的標準運算符。還有一個額外的運算符:可以用** 進行冪運算,如下:

COUNT=$((COUNT + 5 + MAX * 2))

或者:

MAX=$((2**8))

$(( )) 表達式內不需要使用空格,不過在運算符和操作數兩邊加上空格也無妨(但 ** 必須寫在一起)。但是 = 兩邊絕不能出現空格,這和 bash 變量賦值的規則一樣。如果你按以下方式寫:

COUNT = $((COUNT+5))   # 注意 = 號兩邊多了空格,可不像你想的那樣!

那麼,bash 會嘗試運行一個名為 COUNT 的程序,其第一個參數為 =,第二個參數為 $COUNT 與 5 之和。記住,別在賦值號兩邊加空格!

另一個怪異之處是,通常出現在 shell 變量前表示取值的 $ 符號(如 $COUNT 或 $MAX)在雙括號內部是不需要的。例如,我們可以寫:

$((COUNT + 5 + MAX * 2))

shell 變量前並沒有 $ 符號,實際上,外部的 $ 應用於整個表達式。但如果用到了位置參數(如 $2),那麼 $ 還是少不了的,因為只有這樣才能區分位置參數與數字常量(如 2)。以下是一個示例。

COUNT=$((COUNT + $2 + OFFSET))

也可以用逗號運算符形成級聯賦值,如下圖:

echo $(( X+=5 , Y*=3 ))

該表達式執行兩次賦值操作,然後由 echo 顯示出第二個子表達式的結果(因為逗號運算符返回其第二個操作數的值)。

2、算術方法二:let

除去使用$(())可進行算術運算外,還可以使用let語句,如下:

let COUNT=COUNT+5

同$(())一樣,在使用變量時不需要使用$符號。但是,當我們需要使用let進行COUNT=$((COUNT + 5 + MAX * 2))格式的運算時,需要使用到引號‘’,如下:

let COUNT+='5+MAX*2'

let 語句和 $(( )) 語法的另一處重要區別在於兩者處理空白字符(空格字符)的方式不同。對 let 語句來説,要麼添加引號,要麼賦值運算符(=)和其他運算符兩邊不能出現空格。必須將運算符和操作數放在一起形成一個單詞。以下兩種寫法都沒問題。

let i=2+2
let "i = 2 + 2"

$(( )) 語法就寬鬆多了,它允許各種空白字符出現在雙括號內。這種寫法不易出錯,代碼的可讀性也要好得多,是我們執行 bash 整數運算時的首選方式。

3、bash中的賦值運算符

file

4、條件分支if

條件判斷,邏輯分支是任何一個語言都會遇到的問題,bash中同其他語言類似,都是使用if進行條件判斷,如下:

if [ $# -lt 3 ]
then
 printf "%b" "Error. Not enough arguments.\n"
 printf "%b" "usage: myscript file1 op file2\n"
 exit 1
fi

或者:

if (( $# < 3 ))
then
 printf "%b" "Error. Not enough arguments.\n"
 printf "%b" "usage: myscript file1 op file2\n"
 exit 1
fi

以下是一個帶有 elif(bash 中的 else-if)和 else 子句的完整if 語句。如下:

if (( $# < 3 ))
then
 printf "%b" "Error. Not enough arguments.\n"
 printf "%b" "usage: myscript file1 op file2\n"
 exit 1
elif (( $# > 3 ))
then
 printf "%b" "Error. Too many arguments.\n"
 printf "%b" "usage: myscript file1 op file2\n"
 exit 2
else
 printf "%b" "Argument count correct. Proceeding...\n"
fi

關於if,我們有兩個問題需要明白,分別是:

  • if 語句的基本結構
  • if 表達式的不同語法(括號或方括號,運算符或選項)

5、if的基本結構

按照 bash 手冊頁中的描述,if 語句的一般形式如下所示。

if list; then list; [ elif list; then list; ] ... [ else list; ]
fi

[ 和 ] 用於劃分語句中的可選部分(例如,有些 if 語句中就沒有else 子句)。我們先來看看不帶任何可選部分的 if 語句。

最簡單的 if 語句形式如下所示。

if list; then list; fi

在 bash 中,和換行符一樣,分號的作用也是結束某個語句。我們可以用分號將解決方案部分中的示例塞進更少的行中,但使用換行符的可讀性更好。then list 的存在看起來是有意義的,其中的語句在 if 條件為真的情況下執行(我們也可以從其他編程語言中猜測出來)。但是,if list 算是怎麼回事?難道不應該是 if expression 嗎?

沒錯,但這是 shell,一個命令處理器。它的主要任務就是執行命令。因此,if 後面的 list 就是放置命令列表的地方。你可能會問,決定分支走向(then 子句或 else 子句)的是什麼呢?答案是list 中最後一個命令的返回值

我們通過一個有點奇怪的示例來説明這一點。如下:

$ cat trythis.sh // 查看腳本內容,如下所示

if ls; pwd; cd $1; 

then

 echo success

else

 echo failed

fi

// 執行腳本,傳遞一個參數
$ bash ./trythis.sh /tmp

在這個奇怪的腳本中,shell 會在選擇分支前執行 3 個命令(ls、pwd、cd),其中 cd 命令的參數是調用該腳本時所提供的第一個命令行參數。如果沒有提供參數,那就只執行 cd,返回到主目錄中。結果會是怎樣?你可以自己試試。最終是顯示“success”還是“failed”,取決於 cd 命令是否執行成功。在示例中,cd 是 if語句命令列表中的最後一個命令。如果 cd 執行失敗,就轉到 else子句;但如果執行成功,則選擇 then 子句。

6、if中的 [] 和 (())

我們一起來看下面的例子:

if test $# -lt 3
then
 echo try again.
fi

前面講到if後面是list是命令列表,雖然此處不是命令列表,但有沒有從中看出起碼類似於單個 shell 命令(內建命令 test 接受參數並比較參數值)的東西?

在本章開頭,我們給出的第一個示例中開頭的 if [ $# -lt 3 ] 看起來很像test 命令。這是因為 [ 其實只是相同命令的不同名稱而已。(出於可讀性和美觀方面的考慮,調用 [ 時還要求將 ] 作為最後一個參數。)因此,對於該語法,if 語句中的表達式其實就是一個只包含單個命令(test 命令)的列表。

在早期的 Unix 中,test 是一個獨立的可執行文件,[ 只是指向該文件的鏈接。現在兩者仍以可執行文件的形式存在,但bash 也將它們實現為內建命令。

那麼 if (( $# < 3 )) 又是什麼意思?

雙括號是複合命令的一種。因為它會對其中的算術表達式求值,所以能在 if 語句中派上用場。這是一處比較新的 bash 改進 ,專門用於有 if 語句的場合。

可用於 if 語句的這兩種語法之間的重要區別在於測試的表達方式及其能夠測試的對象種類

雙括號僅限於算術表達式,方括號還可以測試文件特性,但後者的算術測試語法遠不如前者方便,尤其是用括號將表達式劃分成若干子表達式時。

當我們使用 [ ] 時,一定要注意空格是必須存在的,如下圖:

if [ -d "/opt/" ]

7、測試文件的特性

為了提高腳本的穩健性,你希望在讀取輸入文件前先檢查該文件是否存在;另外,還想在寫入輸出文件前確認其是否具備寫權限,在用cd 切換目錄前看看到底有沒有這個目錄。這些該如何在 bash 腳本中實現呢?如下所示:

#!/usr/bin/env bash
# 實例文件:checkfile
#
DIRPLACE=/tmp
INFILE=/home/yucca/amazing.data
OUTFILE=/home/yucca/more.results

if [ -d "$DIRPLACE" ] // 判斷是否目錄
then
    cd $DIRPLACE
    if [ -e "$INFILE" ] // 判斷文件是否存在
    then
        if [ -w "$OUTFILE" ] // 判斷文件是否擁有寫權限
        then
        	doscience < "$INFILE" >> "$OUTFILE"
        else
       		echo "cannot write to $OUTFILE"
        fi
    else
    	echo "cannot read from $INFILE"
    fi
else
	echo "cannot cd into $DIRPLACE"
fi

將各種文件名引用全都放入了引號,以防路徑名中包含空格。在上面的例子,我們使用了測試文件是否是目錄(-d)、文件是否存在(-e)、文件是否有寫權限(-w),我們也可以測試一些別的文件特性,其中有 3 個特性要用到雙目運算符(接受兩個文件名)。

  • FILE1 -nt FILE2 是否更新(檢查文件的修改時間)。現有文件要比不存在的文件“新”。
  • FILE1 -ot FILE2 是否更舊。同樣,不存在的文件要比現有文件“舊”。
  • FILE1 -ef FILE2 具有相同設備和 inode 編號(即便由不同鏈接所指向,也視為相同的文件)

前面使用的-e、-d、-w都屬於單目運算符,其形式為 option filename,例如,if [ -e myfile ]

8、測試多個特性

前面,我們測試每個特性都是使用單獨一個if語句,那麼我們測試多個特性時,必須嵌套if語句嗎?

使用 -a(邏輯與)和 -o(邏輯或)運算符將多個測試條件組合成一個表達式。例如:

if [ -r $FILE -a -w $FILE ]

該 if 語句會測試指定文件是否可讀並且可寫。

測試時,為啥不加上-e呢?因為所有的文件測試條件都隱含了該文件存在的測試,所以測試文件可讀性時不用測試文件是否存在。如果文件不存在,自然也就不可讀。這些邏輯運算符(-a 表示 AND,-o 表示 OR)可用於所有的測試條件,並不侷限於文件測試。

同一個語句中可以出現多個 AND/OR。你可能要用括號來獲得正確的優先級,比如 a and (b or c),但一定要記得在括號前加上反斜槓或將括號放進引號,以消除其特殊含義。如下:

if [ -r "$FN" -a \( -f "$FN" -o -p "$FN" \) ]

9、測試字符串特性

你希望在使用字符串前先檢查一下它們的值。這些字符串可以是用户輸入、讀入的文件或傳入腳本的環境變量。如何用 bash 腳本實現呢?

你可以在 if 語句中使用單方括號形式的 test 命令進行一些簡單的測試,其中包括檢查變量是否包含文本以及兩個變量中的字符串是否相同。如下腳本所示:

# 使用命令行參數
VAR="$1"
#
# if [ "$VAR" ]這種形式通常也管用,但並不是一種好的寫法,加上-n會更清晰

if [ -n "$VAR" ]
then
	echo has text
else
	echo zero length
fi

if [ -z "$VAR" ]
then
	echo zero length
else echo has text
fi

長度為 0 的變量有兩種:設置為空串的變量和不存在的變量。示例中的測試並不區分這兩種情況。它只關心變量中是否有字符存在。

重要的是要將 $VAR 放進引號,否則測試會被一些怪異的用户輸入干擾。如果 $VAR 的值是 x -a 7 -lt 5 且沒有使用引號,那麼下列語句:

if [ -z $VAR ]

就會變成(在變量擴展之後):

if [ -z x -a 7 -lt 5 ]

10、測試等量關係

你想要檢查兩個 shell 變量是否相等,但是存在兩種測試運算符:-eq 和 =(或 ==)。該用哪個呢?

你需要的比較類型決定了該用哪種運算符。

  • 如果是進行數值比較,可以使用 -eq 運算符。
  • 如果是進行字符串比較,則使用 =(或 ==)運算符。

下面,我們通過一個簡單的腳本例子來演示,如下:

#
# 老生常談的字符串與數值比較
#

VAR1=" 05 "
VAR2="5"
printf "%s" "do they -eq as equal? "
if [ "$VAR1" -eq "$VAR2" ]
then
	echo YES
else
	echo NO
fi

printf "%s" "do they = as equal? "

if [ "$VAR1" = "$VAR2" ]
then
	echo YES
else
	echo NO
fi

如果,我們運行腳本,則會得到如下結果:

$ ./腳本名
do they -eq as equal? YES
do they = as equal? NO
$

儘管兩個變量的數值相等(5),但從字符角度來看,前導字符 0 和空白字符意味着這兩個字符串並不相同。

= 和 == 都可以使用,但 = 符合 POSIX 標準,可移植性更好。

使用if,我們可以在腳本中進行分支判斷。但是對於系統而言,循環同分支一樣是常見需求。所以Shell一樣支持循環操作

11、循環一段時間

對於算術條件,使用 while 循環:

while (( COUNT < MAX )) // 判斷條件是否成立
do // 語法要求,以do開始
 some stuff
 let COUNT++
done // 語法要求,以done結束

對於文件系統相關的條件:

while [ -z "$LOCKFILE" ]
do
 some things
done

第一個 while 語句中的雙括號界定了算術表達式,這很像 shell 變量賦值中用到的 $(( ))。雙括號內出現的變量名錶示取值。也就是説,不需要寫成 $VAR,直接在括號中使用 VAR就行了。

while [ -z"$LOCKFILE" ] 中的方括號和 if 語句中的一樣,等同於使用 test 命令。

使用(( )) 時,shell 會對其中的表達式求值,如果結果為非0,那麼 (( )) 就返回 0;如果結果為 0,則返回 1。這意味着我們可以像 Java 或 C 程序員那些書寫表達式,但 while 語句沿用的仍舊是 bash 那一套,視 0 為真。實際上,這意味着我們可以編寫一個無限循環:

while (( 1 ))
do

 ...dosomething

done

12、循環若干次

如果需要循環夠一定次數。可以使用 while 循環,在計數時進行測試,不過編程語言中的 for 循環正是針對這種情況設計的。那麼,如何在 bash 中實現呢?

使用 for 循環語法的一種特例,看起來和 C 語言中的差不多,但使用的是雙括號。

for (( i=0 ; i < 10 ; i++ )) ; do echo $i ; done

在早期的 shell 版本中,for 循環只能按照固定的列表項進行迭代。和文件名之類的打交道時,shell 腳本是面向單詞的,就此而言,這算得上是一個不錯的創新。但如果需要計數,用户會發現自己可能寫出瞭如下代碼。

for i in 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
do
 echo $i
done

看起來還行,尤其是循環次數不多時。可是説實話,換成 500 次循環可就不好使了。

bash 2.04 版開始引入一種 for 循環的變體,語法與 C 語言類似。其一般形式如下所示。

for (( expr1 ; expr2 ; expr3 )) ; do list ; done

雙括號表明這是算術表達式,在其中引用變量時,不用加 $(但 $1等位置參數除外),只要是 bash 中出現雙括號的地方,均是如此。該表達式是整數表達式,可以使用包括逗號(用於在一個表達式中放入多個操作)在內的大量運算符。

for (( i=0, j=0 ; i+j < 10 ; i++, j++ ))
do
 echo $((i*j))
done

for 循環先初始化了兩個變量($i 和 $j),然後在第二個更復雜的子表達式中對 $i 和 $j 求和,接着判斷是否小於 10。第三個子表達式再次用逗號運算符累加這兩個變量。

13、在循環中使用浮點值

帶有算術表達式的 for 循環只能執行整數運算。如果是浮點值,該怎麼辦呢?

如果系統提供了 seq 命令,則可以用它來生成浮點值。

for fp in $(seq 1.0 .01 1.1)
do
 echo $fp; other stuff too
done

seq 命令會生成一系列浮點值,每行一個。該命令的參數依次是起始值、增量、結束值。$() 在子 shell 中執行命令,返回結果中的換行符會被空白字符替換,因此,就 for 循環而言,每個值都是字符串。

本文由傳智教育博學谷教研團隊發佈。

如果本文對您有幫助,歡迎關注點贊;如果您有任何建議也可留言評論私信,您的支持是我堅持創作的動力。

轉載請註明出處!