怎樣用 Bash 程式設計：邏輯操作符和 shell 擴充套件

學習邏輯操作符和 shell 擴充套件，本文是三篇 Bash 程式設計系列的第二篇。

Bash 是一種強大的程式語言，完美契合命令列和 shell 指令碼。本系列（三篇文章，基於我的 三集 Linux 自學課程）講解如何在 CLI 使用 Bash 程式設計。

第一篇文章 講解了 Bash 的一些簡單命令列操作，包括如何使用變數和控制操作符。第二篇文章探討檔案、字串、數字等型別和各種各樣在執行流中提供控制邏輯的的邏輯運算子，還有 Bash 中的各類 shell 擴充套件。本系列第三篇也是最後一篇文章，將會探索能重複執行操作的 for 、while 和 until 迴圈。

邏輯操作符是程式中進行判斷的根本要素，也是執行不同的語句組合的依據。有時這也被稱為流控制。

邏輯操作符

Bash 中有大量的用於不同條件表示式的邏輯操作符。最基本的是 if 控制結構，它判斷一個條件，如果條件為真，就執行一些程式語句。操作符共有三類：檔案、數字和非數字操作符。如果條件為真，所有的操作符返回真值（0），如果條件為假，返回假值（1）。

這些比較操作符的函式語法是，一個操作符加一個或兩個引數放在中括號內，後面跟一系列程式語句，如果條件為真，程式語句執行，可能會有另一個程式語句列表，該列表在條件為假時執行：

if [ arg1 operator arg2 ] ; then list
或
if [ arg1 operator arg2 ] ; then list ; else list ; fi

像例子中那樣，在比較表示式中，空格不能省略。中括號的每部分，[ 和 ]，是跟 test 命令一樣的傳統的 Bash 符號：

if test arg1 operator arg2 ; then list

還有一個更新的語法能提供一點點便利，一些系統管理員比較喜歡用。這種格式對於不同版本的 Bash 和一些 shell 如 ksh（Korn shell）相容性稍差。格式如下：

if [[ arg1 operator arg2 ]] ; then list

檔案操作符

檔案操作符是 Bash 中一系列強大的邏輯操作符。圖表 1 列出了 20 多種不同的 Bash 處理檔案的操作符。在我的指令碼中使用頻率很高。

操作符	描述
-a filename	如果檔案存在，返回真值；檔案可以為空也可以有內容，但是隻要它存在，就返回真值
-b filename	如果檔案存在且是一個塊裝置，如 /dev/sda 或 /dev/sda1，則返回真值
-c filename	如果檔案存在且是一個字元裝置，如 /dev/TTY1，則返回真值
-d filename	如果檔案存在且是一個目錄，返回真值
-e filename	如果檔案存在，返回真值；與上面的 -a 相同
-f filename	如果檔案存在且是一個一般檔案，不是目錄、裝置檔案或連結等的其他的檔案，則返回 真值
-g filename	如果檔案存在且 SETGID 標記被設定在其上，返回真值
-h filename	如果檔案存在且是一個符號連結，則返回真值
-k filename	如果檔案存在且粘滯位已設定，則返回真值
-p filename	如果檔案存在且是一個命名的管道（FIFO），返回真值
-r filename	如果檔案存在且有可讀許可權（它的可讀位被設定），返回真值
-s filename	如果檔案存在且大小大於 0，返回真值；如果一個檔案存在但大小為 0，則返回假值
-t fd	如果檔案描述符 fd 被開啟且被關聯到一個終端裝置上，返回真值
-u filename	如果檔案存在且它的 SETUID 位被設定，返回真值
-w filename	如果檔案存在且有可寫許可權，返回真值
-x filename	如果檔案存在且有可執行許可權，返回真值
-G filename	如果檔案存在且檔案的組 ID 與當前使用者相同，返回真值
-L filename	如果檔案存在且是一個符號連結，返回真值（同 -h）
-N filename	如果檔案存在且從檔案上一次被讀取後檔案被修改過，返回真值
-O filename	如果檔案存在且你是檔案的擁有者，返回真值
-S filename	如果檔案存在且檔案是套接字，返回真值
file1 -ef file2	如果檔案 file1 和檔案 file2 指向同一裝置的同一 INODE 號，返回真值（即硬連結）
file1 -nt file2	如果檔案 file1 比 file2 新（根據修改日期），或 file1 存在而 file2 不存在，返回真值
file1 -ot file2	如果檔案 file1 比 file2 舊（根據修改日期），或 file1 不存在而 file2 存在

圖表 1：Bash 檔案操作符

以測試一個檔案存在與否來舉例：

[student@studentvm1 testdir]$ File="TestFile1" ; if [ -e $File ] ; then echo "The file $File exists." ; else echo "The file $File does not exist." ; fi
The file TestFile1 does not exist.
[student@studentvm1 testdir]$

建立一個用來測試的檔案，命名為 TestFile1。目前它不需要包含任何資料：

[student@studentvm1 testdir]$ touch TestFile1

在這個簡短的 CLI 程式中，修改 $File 變數的值相比於在多個地方修改表示檔名的字串的值要容易：

[student@studentvm1 testdir]$ File="TestFile1" ; if [ -e $File ] ; then echo "The file $File exists." ; else echo "The file $File does not exist." ; fi
The file TestFile1 exists.
[student@studentvm1 testdir]$

現在，執行一個測試來判斷一個檔案是否存在且長度不為 0（表示它包含資料）。假設你想判斷三種情況：

1. 檔案不存在；
2. 檔案存在且為空；
3. 檔案存在且包含資料。

因此，你需要一組更復雜的測試程式碼 — 為了測試所有的情況，使用 if-elif-else 結構中的 elif 語句：

[student@studentvm1 testdir]$ File="TestFile1" ; if [ -s $File ] ; then echo "$File exists and contains data." ; fi
[student@studentvm1 testdir]$

在這個情況中，檔案存在但不包含任何資料。向檔案新增一些資料再執行一次：

[student@studentvm1 testdir]$ File="TestFile1" ; echo "This is file $File" > $File ; if [ -s $File ] ; then echo "$File exists and contains data." ; fi
TestFile1 exists and contains data.
[student@studentvm1 testdir]$

這組語句能返回正常的結果，但是僅僅是在我們已知三種可能的情況下測試某種確切的條件。新增一段 else 語句，這樣你就可以更精確地測試。把檔案刪掉，你就可以完整地測試這段新程式碼：

[student@studentvm1 testdir]$ File="TestFile1" ; rm $File ; if [ -s $File ] ; then echo "$File exists and contains data." ; else echo "$File does not exist or is empty." ; fi
TestFile1 does not exist or is empty.

現在建立一個空檔案用來測試：

[student@studentvm1 testdir]$ File="TestFile1" ; touch $File ; if [ -s $File ] ; then echo "$File exists and contains data." ; else echo "$File does not exist or is empty." ; fi
TestFile1 does not exist or is empty.

向檔案新增一些內容，然後再測試一次：

[student@studentvm1 testdir]$ File="TestFile1" ; echo "This is file $File" > $File ; if [ -s $File ] ; then echo "$File exists and contains data." ; else echo "$File does not exist or is empty." ; fi
TestFile1 exists and contains data.

現在加入 elif 語句來辨別是檔案不存在還是檔案為空：

[student@studentvm1 testdir]$ File="TestFile1" ; touch $File ; if [ -s $File ] ; then echo "$File exists and contains data." ; elif [ -e $File ] ; then echo "$File exists and is empty." ; else echo "$File does not exist." ; fi
TestFile1 exists and is empty.
[student@studentvm1 testdir]$ File="TestFile1" ; echo "This is $File" > $File ; if [ -s $File ] ; then echo "$File exists and contains data." ; elif [ -e $File ] ; then echo "$File exists and is empty." ; else echo "$File does not exist." ; fi
TestFile1 exists and contains data.
[student@studentvm1 testdir]$

現在你有一個可以測試這三種情況的 Bash CLI 程式，但是可能的情況是無限的。

如果你能像儲存在檔案中的指令碼那樣組織程式語句，那麼即使對於更復雜的命令組合也會很容易看出它們的邏輯結構。圖表 2 就是一個示例。 if-elif-else 結構中每一部分的程式語句的縮排讓邏輯更變得清晰。

File="TestFile1"
echo "This is $File" > $File
if [ -s $File ]
   then
   echo "$File exists and contains data."
elif [ -e $File ]
   then
   echo "$File exists and is empty."
else
   echo "$File does not exist."
fi

圖表 2: 像在指令碼里一樣重寫書寫命令列程式

對於大多數 CLI 程式來說，讓這些複雜的命令變得有邏輯需要寫很長的程式碼。雖然 CLI 可能是用 Linux 或 Bash 內建的命令，但是當 CLI 程式很長或很複雜時，建立一個儲存在檔案中的指令碼將更有效，儲存到檔案中後，可以隨時執行。

字串比較操作符

字串比較操作符使我們可以對字串中的字元按字母順序進行比較。圖表 3 列出了僅有的幾個字串比較操作符。

操作符	描述
-z string	如果字串的長度為 0 ，返回真值
-n string	如果字串的長度不為 0 ，返回真值
string1 == string2 或 string1 = string2	如果兩個字串相等，返回真值。處於遵從 POSIX 一致性，在測試命令中應使用一個等號 =。與命令 [[ 一起使用時，會進行如上描述的模式匹配（混合命令）。
string1 != string2	兩個字串不相等，返回真值
string1 < string2	如果對 string1 和 string2 按字母順序進行排序，string1 排在 string2 前面（即基於地區設定的對所有字母和特殊字元的排列順序）
string1 > string2	如果對 string1 和 string2 按字母順序進行排序，string1 排在 string2 後面

圖表 3: Bash 字串邏輯操作符

首先，檢查字串長度。比較表示式中 $MyVar 兩邊的雙引號不能省略（你仍應該在目錄 ~/testdir 下 ）。

[student@studentvm1 testdir]$ MyVar="" ; if [ -z "" ] ; then echo "MyVar is zero length." ; else echo "MyVar contains data" ; fi
MyVar is zero length.
[student@studentvm1 testdir]$ MyVar="Random text" ; if [ -z "" ] ; then echo "MyVar is zero length." ; else echo "MyVar contains data" ; fi
MyVar is zero length.

你也可以這樣做：

[student@studentvm1 testdir]$ MyVar="Random text" ; if [ -n "$MyVar" ] ; then echo "MyVar contains data." ; else echo "MyVar is zero length" ; fi
MyVar contains data.
[student@studentvm1 testdir]$ MyVar="" ; if [ -n "$MyVar" ] ; then echo "MyVar contains data." ; else echo "MyVar is zero length" ; fi
MyVar is zero length

有時候你需要知道一個字串確切的長度。這雖然不是比較，但是也與比較相關。不幸的是，計算字串的長度沒有簡單的方法。有很多種方法可以計算，但是我認為使用 expr（求值表示式）命令是相對最簡單的一種。閱讀 expr 的手冊頁可以瞭解更多相關知識。注意表示式中你檢測的字串或變數兩邊的引號不要省略。

[student@studentvm1 testdir]$ MyVar="" ; expr length "$MyVar"
0
[student@studentvm1 testdir]$ MyVar="How long is this?" ; expr length "$MyVar"
17
[student@studentvm1 testdir]$ expr length "We can also find the length of a literal string as well as a variable."
70

關於比較操作符，在我們的指令碼中使用了大量的檢測兩個字串是否相等（例如，兩個字串是否實際上是同一個字串）的操作。我使用的是非 POSIX 版本的比較表示式：

[student@studentvm1 testdir]$ Var1="Hello World" ; Var2="Hello World" ; if [ "$Var1" == "$Var2" ] ; then echo "Var1 matches Var2" ; else echo "Var1 and Var2 do not match." ; fi
Var1 matches Var2
[student@studentvm1 testdir]$ Var1="Hello World" ; Var2="Hello world" ; if [ "$Var1" == "$Var2" ] ; then echo "Var1 matches Var2" ; else echo "Var1 and Var2 do not match." ; fi
Var1 and Var2 do not match.

在你自己的指令碼中去試一下這些操作符。

數字比較操作符

數字操作符用於兩個數字引數之間的比較。像其他類操作符一樣，大部分都很容易理解。

操作符	描述
arg1 -eq arg2	如果 arg1 等於 arg2，返回真值
arg1 -ne arg2	如果 arg1 不等於 arg2，返回真值
arg1 -lt arg2	如果 arg1 小於 arg2，返回真值
arg1 -le arg2	如果 arg1 小於或等於 arg2，返回真值
arg1 -gt arg2	如果 arg1 大於 arg2，返回真值
arg1 -ge arg2	如果 arg1 大於或等於 arg2，返回真值

圖表 4: Bash 數字比較邏輯操作符

來看幾個簡單的例子。第一個示例設定變數 $X 的值為 1，然後檢測 $X 是否等於 1。第二個示例中，$X 被設定為 0，所以比較表示式返回結果不為真值。

[student@studentvm1 testdir]$ X=1 ; if [ $X -eq 1 ] ; then echo "X equals 1" ; else echo "X does not equal 1" ; fi
X equals 1
[student@studentvm1 testdir]$ X=0 ; if [ $X -eq 1 ] ; then echo "X equals 1" ; else echo "X does not equal 1" ; fi
X does not equal 1
[student@studentvm1 testdir]$

自己來多嘗試一下其他的。

雜項操作符

這些雜項操作符展示一個 shell 選項是否被設定，或一個 shell 變數是否有值，但是它不顯示變數的值，只顯示它是否有值。

操作符	描述
-o optname	如果一個 shell 選項 optname 是啟用的（檢視內建在 Bash 手冊頁中的 set -o 選項描述下面的選項列表），則返回真值
-v varname	如果 shell 變數 varname 被設定了值（被賦予了值），則返回真值
-R varname	如果一個 shell 變數 varname 被設定了值且是一個名字引用，則返回真值

圖表 5: 雜項 Bash 邏輯操作符

自己來使用這些操作符實踐下。

擴充套件

Bash 支援非常有用的幾種型別的擴充套件和命令替換。根據 Bash 手冊頁，Bash 有七種擴充套件格式。本文只介紹其中五種：~ 擴充套件、算術擴充套件、路徑名稱擴充套件、大括號擴充套件和命令替換。

大括號擴充套件

大括號擴充套件是生成任意字串的一種方法。（下面的例子是用特定模式的字元建立大量的檔案。）大括號擴充套件可以用於產生任意字串的列表，並把它們插入一個用靜態字串包圍的特定位置或靜態字串的兩端。這可能不太好想象，所以還是來實踐一下。

首先，看一下大括號擴充套件的作用：

[student@studentvm1 testdir]$ echo {string1,string2,string3}
string1 string2 string3

看起來不是很有用，對吧？但是用其他方式使用它，再來看看：

[student@studentvm1 testdir]$ echo "Hello "{David,Jen,Rikki,Jason}.
Hello David. Hello Jen. Hello Rikki. Hello Jason.

這看起來貌似有點用了 — 我們可以少打很多字。現在試一下這個：

[student@studentvm1 testdir]$ echo b{ed,olt,ar}s
beds bolts bars

我可以繼續舉例，但是你應該已經理解了它的用處。

~ 擴充套件

資料顯示，使用最多的擴充套件是波浪字元（~）擴充套件。當你在命令中使用它（如 cd ~/Documents）時，Bash shell 把這個快捷方式展開成使用者的完整的家目錄。

使用這個 Bash 程式觀察 ~ 擴充套件的作用：

[student@studentvm1 testdir]$ echo ~
/home/student
[student@studentvm1 testdir]$ echo ~/Documents
/home/student/Documents
[student@studentvm1 testdir]$ Var1=~/Documents ; echo $Var1 ; cd $Var1
/home/student/Documents
[student@studentvm1 Documents]$

路徑名稱擴充套件

路徑名稱擴充套件是展開檔案通配模式為匹配該模式的完整路徑名稱的另一種說法，匹配字元使用 ? 和 *。檔案通配指的是在大量操作中匹配檔名、路徑和其他字串時用特定的模式字元產生極大的靈活性。這些特定的模式字元允許匹配字串中的一個、多個或特定字元。

• ? — 匹配字串中特定位置的一個任意字元
• * — 匹配字串中特定位置的 0 個或多個任意字元

這個擴充套件用於匹配路徑名稱。為了弄清它的用法，請確保 testdir 是當前工作目錄（PWD），先執行基本的列出清單命令 ls（我家目錄下的內容跟你的不一樣）。

[student@studentvm1 testdir]$ ls
chapter6  cpuHog.dos    dmesg1.txt  Documents  Music       softlink1  testdir6    Videos
chapter7  cpuHog.Linux  dmesg2.txt  Downloads  Pictures    Templates  testdir
testdir  cpuHog.mac    dmesg3.txt  file005    Public      testdir    tmp
cpuHog     Desktop       dmesg.txt   link3      random.txt  testdir1   umask.test
[student@studentvm1 testdir]$

現在列出以 Do、testdir/Documents 和 testdir/Downloads 開頭的目錄：

Documents:
Directory01  file07  file15        test02  test10  test20      testfile13  TextFiles
Directory02  file08  file16        test03  test11  testfile01  testfile14
file01       file09  file17        test04  test12  testfile04  testfile15
file02       file10  file18        test05  test13  testfile05  testfile16
file03       file11  file19        test06  test14  testfile09  testfile17
file04       file12  file20        test07  test15  testfile10  testfile18
file05       file13  Student1.txt  test08  test16  testfile11  testfile19
file06       file14  test01        test09  test18  testfile12  testfile20

Downloads:
[student@studentvm1 testdir]$

然而，並沒有得到你期望的結果。它列出了以 Do 開頭的目錄下的內容。使用 -d 選項，僅列出目錄而不列出它們的內容。

[student@studentvm1 testdir]$ ls -d Do*
Documents  Downloads
[student@studentvm1 testdir]$

在兩個例子中，Bash shell 都把 Do* 模式展開成了匹配該模式的目錄名稱。但是如果有檔案也匹配這個模式，會發生什麼？

[student@studentvm1 testdir]$ touch Downtown ; ls -d Do*
Documents  Downloads  Downtown
[student@studentvm1 testdir]$

因此所有匹配這個模式的檔案也被展開成了完整名字。

命令替換

命令替換是讓一個命令的標準輸出資料流被當做引數傳給另一個命令的擴充套件形式，例如，在一個迴圈中作為一系列被處理的專案。Bash 手冊頁顯示：“命令替換可以讓你用一個命令的輸出替換為命令的名字。”這可能不太好理解。

命令替換有兩種格式：`command` 和 $(command)。在更早的格式中使用反引號（`），在命令中使用反斜槓（\）來保持它轉義之前的文字含義。然而，當用在新版本的括號格式中時，反斜槓被當做一個特殊字元處理。也請注意帶括號的格式開啟個關閉命令語句都是用一個括號。

我經常在命令列程式和指令碼中使用這種能力，一個命令的結果能被用作另一個命令的引數。

來看一個非常簡單的示例，這個示例使用了這個擴充套件的兩種格式（再一次提醒，確保 testdir 是當前工作目錄）：

[student@studentvm1 testdir]$ echo "Todays date is `date`"
Todays date is Sun Apr  7 14:42:46 EDT 2019
[student@studentvm1 testdir]$ echo "Todays date is $(date)"
Todays date is Sun Apr  7 14:42:59 EDT 2019
[student@studentvm1 testdir]$

-seq 工具用於一個數字序列：

[student@studentvm1 testdir]$ seq 5
1
2
3
4
5
[student@studentvm1 testdir]$ echo `seq 5`
1 2 3 4 5
[student@studentvm1 testdir]$

現在你可以做一些更有用處的操作，比如建立大量用於測試的空檔案。

[student@studentvm1 testdir]$ for I in $(seq -w 5000) ; do touch file-$I ; done

seq 工具加上 -w 選項後，在生成的數字前面會用 0 補全，這樣所有的結果都等寬，例如，忽略數字的值，它們的位數一樣。這樣在對它們按數字順序進行排列時很容易。

seq -w 5000 語句生成了 1 到 5000 的數字序列。通過把命令替換用於 for 語句，for 語句就可以使用該數字序列來生成檔名的數字部分。

算術擴充套件

Bash 可以進行整型的數學計算，但是比較繁瑣（你一會兒將看到）。數字擴充套件的語法是 $((arithmetic-expression)) ，分別用兩個括號來開啟和關閉表示式。算術擴充套件在 shell 程式或指令碼中類似命令替換；表示式結算後的結果替換了表示式，用於 shell 後續的計算。

我們再用一個簡單的用法來開始：

[student@studentvm1 testdir]$ echo $((1+1))
2
[student@studentvm1 testdir]$ Var1=5 ; Var2=7 ; Var3=$((Var1*Var2)) ; echo "Var 3 = $Var3"
Var 3 = 35

下面的除法結果是 0，因為表示式的結果是一個小於 1 的整型數字：

[student@studentvm1 testdir]$ Var1=5 ; Var2=7 ; Var3=$((Var1/Var2)) ; echo "Var 3 = $Var3"
Var 3 = 0

這是一個我經常在指令碼或 CLI 程式中使用的一個簡單的計算，用來檢視在 Linux 主機中使用了多少虛擬記憶體。 free 不提供我需要的資料：

[student@studentvm1 testdir]$ RAM=`free | grep ^Mem | awk '{print $2}'` ; Swap=`free | grep ^Swap | awk '{print $2}'` ; echo "RAM = $RAM and Swap = $Swap" ; echo "Total Virtual memory is $((RAM+Swap))" ;
RAM = 4037080 and Swap = 6291452
Total Virtual memory is 10328532

我使用 ` 字元來劃定用作命令替換的界限。

我用 Bash 算術擴充套件的場景主要是用指令碼檢查系統資源用量後基於返回的結果選擇一個程式執行的路徑。

總結

本文是 Bash 程式語言系列的第二篇，探討了 Bash 中檔案、字串、數字和各種提供流程控制邏輯的邏輯操作符還有不同種類的 shell 擴充套件。

---

via: https://opensource.com/article/19/10/programming-bash-logical-operators-shell-expansions

作者：David Both 選題：lujun9972 譯者：lxbwolf 校對：wxy

本文由 LCTT 原創編譯，Linux中國 榮譽推出

訂閱“Linux 中國”官方小程式來檢視