Bash 脚本编写详解：从入门到精通

Bash（Bourne Again SHell）是Unix和类Unix系统中的一种强大且灵活的命令行解释器和脚本语言。通过编写Bash脚本，可以自动化日常任务、管理系统、处理文件等。本文将从基础到高级，详细讲解如何编写高效、可靠的Bash脚本，包括各种格式、最佳实践和实用技巧。

Bash脚本简介
环境准备与基本设置
Bash脚本的基本结构
- 3.1 Shebang
- 3.2 注释
- 3.3 执行权限
变量与数据类型
- 4.1 变量定义与引用
- 4.2 环境变量
- 4.3 特殊变量
输入输出操作
- 5.1 标准输入、输出与错误
- 5.2 重定向
- 5.3 管道
- 5.4 读取用户输入
控制结构
- 6.1 条件判断（if-else）
- 6.2 循环结构（for, while, until）
- 6.3 case语句
函数与模块化
- 7.1 函数定义与调用
- 7.2 函数参数与返回值
- 7.3 脚本模块化
数组与关联数组
- 8.1 数组定义与操作
- 8.2 关联数组
字符串处理与正则表达式
- 9.1 字符串操作
- 9.2 正则表达式匹配
错误处理与调试
- 10.1 错误处理机制
- 10.2 调试技巧
脚本参数与选项
- 11.1 位置参数
- 11.2 getopts
高级主题
- 12.1 命令替换与算术运算
- 12.2 Here Document与Here String
- 12.3 进程管理
- 12.4 并行执行
最佳实践
实用示例
结论
参考资料

1. Bash脚本简介

Bash脚本是由一系列Bash命令组成的文本文件，通过解释执行这些命令，实现自动化任务。Bash脚本广泛应用于系统管理、自动化部署、数据处理等领域。掌握Bash脚本编写，可以显著提升工作效率，减少重复性劳动。

2. 环境准备与基本设置

2.1 检查Bash版本

在编写脚本前，了解当前系统的Bash版本有助于掌握可用的特性和功能。

bash --version

2.2 安装Bash

大多数Unix和Linux系统默认安装了Bash。如需安装或升级Bash，可以参考以下命令：

Ubuntu/Debian:
```
sudo apt update
sudo apt install bash
```
Fedora/CentOS:
```
sudo dnf install bash
```
macOS:

macOS默认使用zsh，可通过Homebrew安装Bash：
```
brew install bash
```

2.3 配置默认Shell

使用chsh命令更改默认Shell为Bash：

chsh -s /bin/bash

需要注销并重新登录使更改生效。

3. Bash脚本的基本结构

编写Bash脚本时，遵循一定的结构和规范有助于提高脚本的可读性和可维护性。

3.1 Shebang

Shebang（#!）用于指定脚本的解释器。通常放在脚本的第一行。

#!/bin/bash

这告诉系统使用/bin/bash来解释执行脚本。

3.2 注释

在脚本中使用#添加注释，解释代码逻辑，便于他人理解或日后维护。

# 这是一个注释
echo "Hello, World!"  # 这是行内注释

3.3 执行权限

要执行脚本，需为其赋予执行权限：

chmod +x script.sh

执行脚本：

./script.sh

或者通过Bash解释器执行：

bash script.sh

4. 变量与数据类型

Bash变量无需声明类型，支持字符串、整数、数组等。

4.1 变量定义与引用

定义变量

VARIABLE_NAME=value

注意：等号=两边不能有空格。

使用变量

使用$符号引用变量的值。

echo $VARIABLE_NAME

示例

NAME="Alice"
echo "Hello, $NAME!"
# 输出: Hello, Alice!

命名规则

变量名由字母、数字和下划线组成，且不能以数字开头。
避免使用系统保留变量名。

4.2 环境变量

环境变量是影响Shell行为的全局变量，可被子进程继承。

设置环境变量

使用export命令使变量成为环境变量。

export VARIABLE_NAME=value

示例

export EDITOR=vim
echo $EDITOR
# 输出: vim

4.3 特殊变量

Bash提供了一些特殊变量，用于脚本控制和信息传递。

$0: 脚本名或当前Shell名
$1, $2, ...: 脚本的第1、第2个参数
$#: 参数个数
$@: 所有参数
$?: 上一个命令的退出状态
$$: 当前Shell的进程ID
$!: 后台运行的最后一个进程ID

示例

#!/bin/bash

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

执行脚本：

./script.sh arg1 arg2

输出：

脚本名: ./script.sh
第一个参数: arg1
参数个数: 2
所有参数: arg1 arg2

5. 输入输出操作

Bash脚本常涉及与用户交互、文件操作等，需要掌握输入输出的基本操作。

5.1 标准输入、输出与错误

标准输入（stdin）: 文件描述符0，通常指键盘输入。
标准输出（stdout）: 文件描述符1，通常指终端显示。
标准错误（stderr）: 文件描述符2，通常指终端显示，用于错误信息。

5.2 重定向

输出重定向

>: 将标准输出重定向到文件，覆盖文件内容。
>>: 将标准输出重定向到文件，追加内容。

echo "Hello, World!" > hello.txt
echo "追加内容" >> hello.txt

输入重定向

<: 从文件读取输入。

sort < unsorted.txt

错误重定向

2>: 将标准错误重定向到文件。
2>>: 将标准错误追加到文件。

ls non_existing_file 2> error.log

同时重定向标准输出和错误

&>: 将标准输出和错误同时重定向到文件。
&>>: 追加重定向。

command &> output.log
command &>> output.log

5.3 管道

使用|将一个命令的输出作为另一个命令的输入，实现命令组合。

ls -l | grep ".txt" | sort

示例

查找当前目录下的.txt文件并统计行数：

cat *.txt | wc -l

5.4 读取用户输入

使用read命令读取用户输入。

基本用法

read VARIABLE_NAME

示例

#!/bin/bash

read -p "请输入你的名字: " name
echo "你好, $name!"

运行脚本：

请输入你的名字: Alice
你好, Alice!

隐藏输入（如密码）

使用-s选项隐藏输入内容。

read -sp "请输入密码: " password
echo
echo "密码已输入。"

6. 控制结构

控制结构允许脚本根据条件执行不同的代码块，或重复执行任务。

6.1 条件判断（if-else）

用于根据条件判断执行不同的代码块。

基本语法

if [ condition ]; then
    # 当条件为真时执行的命令
elif [ another_condition ]; then
    # 另一个条件为真时执行的命令
else
    # 当所有条件都不满足时执行的命令
fi

示例

#!/bin/bash

read -p "请输入一个数字: " num

if [ $num -gt 10 ]; then
    echo "数字大于10"
elif [ $num -eq 10 ]; then
    echo "数字等于10"
else
    echo "数字小于10"
fi

条件表达式

数字比较:
- -eq: 等于
- -ne: 不等于
- -gt: 大于
- -lt: 小于
- -ge: 大于或等于
- -le: 小于或等于
字符串比较:
- =: 等于
- !=: 不等于
- -z: 字符串为空
- -n: 字符串非空
文件测试:
- -e: 文件存在
- -f: 是常规文件
- -d: 是目录
- -r: 可读
- -w: 可写
- -x: 可执行

示例：文件存在性检查

#!/bin/bash

FILE="/path/to/file"

if [ -e "$FILE" ]; then
    echo "文件存在。"
else
    echo "文件不存在。"
fi

6.2 循环结构（for, while, until）

用于重复执行代码块，直到满足特定条件。

6.2.1 for循环

基本语法

for variable in list; do
    # 执行的命令
done

示例

#!/bin/bash

for i in {1..5}; do
    echo "数字: $i"
done

输出：

数字: 1
数字: 2
数字: 3
数字: 4
数字: 5

另一种形式

for file in *.txt; do
    echo "处理文件: $file"
done

6.2.2 while循环

基本语法

while [ condition ]; do
    # 执行的命令
done

示例

#!/bin/bash

count=1

while [ $count -le 5 ]; do
    echo "计数: $count"
    count=$((count + 1))
done

6.2.3 until循环

基本语法

until [ condition ]; do
    # 执行的命令
done

示例

#!/bin/bash

count=1

until [ $count -gt 5 ]; do
    echo "计数: $count"
    count=$((count + 1))
done

6.3 case语句

类似于其他编程语言中的switch语句，用于多条件分支。

基本语法

case "$variable" in
    pattern1)
        # 命令
        ;;
    pattern2)
        # 命令
        ;;
    *)
        # 默认命令
        ;;
esac

示例

#!/bin/bash

read -p "请输入一个水果名: " fruit

case "$fruit" in
    apple)
        echo "你选择了苹果"
        ;;
    banana)
        echo "你选择了香蕉"
        ;;
    orange)
        echo "你选择了橙子"
        ;;
    *)
        echo "未知的水果"
        ;;
esac

7. 函数与模块化

函数是可重用的代码块，允许将复杂任务分解为更小的部分，提高脚本的可读性和维护性。

7.1 函数定义与调用

定义函数

function function_name {
    # 命令
}

# 或者

function_name() {
    # 命令
}

调用函数

function_name

示例

#!/bin/bash

greet() {
    echo "Hello, $1!"
}

greet "Alice"
# 输出: Hello, Alice!

7.2 函数参数与返回值

参数

函数可以接受参数，通过$1, $2, ...引用。

add() {
    sum=$(( $1 + $2 ))
    echo $sum
}

result=$(add 5 3)
echo "和为: $result"

返回值

函数可以使用return语句返回整数值（通常作为状态码），或使用echo输出结果。

multiply() {
    return $(($1 * $2))
}

multiply 4 5
echo "返回值: $?"

注意：return只能返回整数，通常用于表示命令的成功与否（0为成功，非0为失败）。

7.3 脚本模块化

将常用函数和配置放入独立的文件，通过source或.命令引入。

示例

common.sh

#!/bin/bash

greet() {
    echo "Hello, $1!"
}

add() {
    echo $(($1 + $2))
}

main.sh

#!/bin/bash

source ./common.sh

greet "Bob"
sum=$(add 10 20)
echo "Sum: $sum"

运行main.sh：

Hello, Bob!
Sum: 30

8. 数组与关联数组

Bash支持一维数组和关联数组，用于存储多个值。

8.1 数组定义与操作

定义数组

my_array=(apple banana orange)

访问数组元素

echo ${my_array[0]}  # 输出: apple
echo ${my_array[1]}  # 输出: banana
echo ${my_array[2]}  # 输出: orange

获取数组长度

echo ${#my_array[@]}
# 输出: 3

遍历数组

for fruit in "${my_array[@]}"; do
    echo "水果: $fruit"
done

8.2 关联数组

关联数组允许使用字符串作为索引（Bash 4.0及以上版本支持）。

定义关联数组

declare -A user_info

user_info=(
    ["name"]="Alice"
    ["age"]=30
    ["city"]="Beijing"
)

访问关联数组元素

echo ${user_info["name"]}
# 输出: Alice

遍历关联数组

for key in "${!user_info[@]}"; do
    echo "$key: ${user_info[$key]}"
done

9. 字符串处理与正则表达式

处理字符串和使用正则表达式是Bash脚本中常见的需求。

9.1 字符串操作

字符串拼接

str1="Hello"
str2="World"
str3="$str1, $str2!"
echo $str3
# 输出: Hello, World!

获取字符串长度

str="Hello"
echo ${#str}
# 输出: 5

子字符串提取

str="Hello, World!"
echo ${str:7:5}
# 输出: World

字符串替换

str="Hello, World!"
echo ${str/World/Bash}
# 输出: Hello, Bash!

echo ${str//o/O}
# 输出: HellO, WOrld!

9.2 正则表达式匹配

使用=~操作符进行正则表达式匹配。

input="abc123"

if [[ $input =~ ^[a-z]+[0-9]+$ ]]; then
    echo "匹配成功。"
else
    echo "匹配失败。"
fi

捕获分组

if [[ $input =~ ^([a-z]+)([0-9]+)$ ]]; then
    echo "字母部分: ${BASH_REMATCH[1]}"
    echo "数字部分: ${BASH_REMATCH[2]}"
fi

10. 错误处理与调试

编写健壮的脚本需要有效的错误处理和调试技巧。

10.1 错误处理机制

检查命令退出状态

每个命令执行后，$?变量保存其退出状态。0表示成功，非0表示失败。

command
if [ $? -ne 0 ]; then
    echo "命令执行失败。"
    exit 1
fi

使用`set`选项

set -e: 命令失败时退出脚本。
set -u: 未定义变量时报错。
set -o pipefail: 管道中任何命令失败时返回失败状态。

#!/bin/bash
set -euo pipefail

使用`trap`捕获错误信号

#!/bin/bash

trap 'echo "发生错误，退出脚本。"; exit 1;' ERR

command1
command2

10.2 调试技巧

使用`-x`选项启用调试模式

逐行执行并显示命令。

bash -x script.sh

在脚本中设置调试模式

#!/bin/bash

set -x
echo "调试模式开启"
set +x
echo "调试模式关闭"

使用`echo`打印变量和状态

在关键位置添加echo语句，检查变量值和执行流程。

echo "当前变量值: $var"

11. 脚本参数与选项

处理脚本参数和选项，提高脚本的通用性和灵活性。

11.1 位置参数

脚本通过位置参数接收输入。

#!/bin/bash

echo "第一个参数: $1"
echo "第二个参数: $2"
echo "所有参数: $@"

执行脚本：

./script.sh arg1 arg2

输出：

第一个参数: arg1
第二个参数: arg2
所有参数: arg1 arg2

11.2 getopts

使用getopts处理带选项的参数（如-h, -f等）。

基本用法

#!/bin/bash

while getopts ":hf:" opt; do
    case $opt in
        h)
            echo "帮助信息"
            exit 0
            ;;
        f)
            FILE=$OPTARG
            ;;
        \?)
            echo "无效选项: -$OPTARG" >&2
            exit 1
            ;;
    esac
done

echo "选项f的值: $FILE"

解释

getopts循环解析命令行选项。
:表示选项后需要参数。
OPTARG保存选项的参数值。
\?处理无效选项。

示例

执行脚本：

./script.sh -f filename.txt

输出：

选项f的值: filename.txt

11.3 长选项支持

Bash的getopts不直接支持长选项（如--help），需自行解析或使用外部工具（如getopt）。

示例：解析长选项

#!/bin/bash

while [[ $# -gt 0 ]]; do
    key="$1"

    case $key in
        --help)
            echo "帮助信息"
            exit 0
            ;;
        --file)
            FILE="$2"
            shift
            shift
            ;;
        *)
            echo "未知选项: $1"
            exit 1
            ;;
    esac
done

echo "文件: $FILE"

执行脚本：

./script.sh --file filename.txt

输出：

文件: filename.txt

12. 高级主题

深入探索Bash脚本的高级功能，提升脚本的能力和效率。

12.1 命令替换与算术运算

命令替换

使用`command`或$(command)将命令的输出作为变量的值。

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

算术运算

使用$((expression))进行算术运算。

a=5
b=3
sum=$((a + b))
echo "和为: $sum"

示例：计算文件行数

line_count=$(wc -l < file.txt)
echo "文件行数: $line_count"

12.2 Here Document与Here String

Here Document

用于向命令提供多行输入。

#!/bin/bash

cat <<EOF
这是第一行
这是第二行
EOF

Here String

将字符串作为命令的标准输入。

grep "pattern" <<< "search this string for pattern"

12.3 进程管理

管理脚本中的后台进程，提高脚本的并发能力。

启动后台进程

command &

等待后台进程完成

wait

示例：并行执行任务

#!/bin/bash

process1() {
    sleep 2
    echo "Process 1 完成"
}

process2() {
    sleep 3
    echo "Process 2 完成"
}

process1 &
process2 &

wait
echo "所有进程完成"

12.4 并行执行

使用&和wait实现并行任务，提高执行效率。

示例：并行下载文件

#!/bin/bash

download_file() {
    wget "$1" -O "$(basename $1)" &
}

download_file "http://example.com/file1.zip"
download_file "http://example.com/file2.zip"
download_file "http://example.com/file3.zip"

wait
echo "所有文件下载完成。"

12.5 使用命令行参数和配置文件

将脚本参数和配置分离，增强脚本的灵活性和可配置性。

示例：读取配置文件

config.conf

# 配置文件
SOURCE_DIR="/path/to/source"
BACKUP_DIR="/path/to/backup"

backup.sh

#!/bin/bash

# 读取配置文件
source ./config.conf

# 执行备份
tar -czvf "$BACKUP_DIR/backup.tar.gz" "$SOURCE_DIR"
echo "备份完成。"

12.6 使用外部工具

结合外部工具（如jq, sed, awk等）处理复杂任务，提升脚本的功能。

示例：解析JSON文件

使用jq解析JSON文件。

#!/bin/bash

json='{"name": "Alice", "age": 30, "city": "Beijing"}'

name=$(echo $json | jq -r '.name')
age=$(echo $json | jq -r '.age')
city=$(echo $json | jq -r '.city')

echo "姓名: $name, 年龄: $age, 城市: $city"

13. 最佳实践

编写高质量Bash脚本，遵循以下最佳实践：

使用Shebang: 确保脚本使用正确的解释器。
```
#!/bin/bash
```
添加注释: 解释复杂逻辑，增强可读性。
```
# 备份用户文档
```
使用双引号引用变量: 防止空格和特殊字符引起的问题。
```
echo "文件名: $filename"
```
检查命令的退出状态: 确保关键命令执行成功，处理失败情况。
```
command
if [ $? -ne 0 ]; then
    echo "命令失败" >&2
    exit 1
fi
```
使用set选项提高安全性:
```
set -euo pipefail
```
- -e: 命令失败时退出
- -u: 未定义变量时报错
- -o pipefail: 管道中任何命令失败时返回失败状态
避免使用硬编码路径: 使用变量或配置文件管理路径，增加灵活性。
```
BACKUP_DIR="/path/to/backup"
```
使用函数模块化代码: 将重复使用的代码块封装为函数，提高复用性和可维护性。
```
backup() {
    tar -czvf backup.tar.gz /path/to/directory
}
```

处理脚本参数: 使用getopts或其他方法处理脚本参数，提高脚本的通用性。

while getopts ":hf:" opt; do
    case $opt in
        h)
            echo "帮助信息"
            exit 0
            ;;
        f)
            FILE=$OPTARG
            ;;
        \?)
            echo "无效选项: -$OPTARG" >&2
            exit 1
            ;;
    esac
done

使用临时文件时注意清理: 确保临时文件在脚本结束时被删除，避免资源浪费。
```
tmpfile=$(mktemp)
# 使用临时文件
rm -f "$tmpfile"
```
保持代码整洁: 使用一致的缩进和格式，提高可读性。
处理异常情况: 预见可能的错误情况，并适当处理，确保脚本的健壮性。

使用日志记录: 将重要信息记录到日志文件，便于调试和审计。

LOG_FILE="/var/log/myscript.log"
echo "$(date): 脚本开始运行" >> "$LOG_FILE"

遵循命名规范: 使用有意义的变量名和函数名，增强代码的可理解性。
限制脚本的权限: 仅赋予必要的权限，避免潜在的安全风险。
```
chmod 700 script.sh
```

14. 实用示例

通过实际案例，展示Bash脚本在不同场景下的应用。

示例1：备份脚本

自动备份指定目录，生成带时间戳的压缩文件。

#!/bin/bash
set -euo pipefail

# 配置
SOURCE_DIR="/home/user/documents"
BACKUP_DIR="/home/user/backup"
TIMESTAMP=$(date +"%Y%m%d%H%M%S")
BACKUP_FILE="backup_$TIMESTAMP.tar.gz"

# 创建备份
tar -czvf "$BACKUP_DIR/$BACKUP_FILE" "$SOURCE_DIR"

# 检查备份是否成功
if [ $? -eq 0 ]; then
    echo "备份成功: $BACKUP_FILE"
else
    echo "备份失败" >&2
    exit 1
fi

示例2：批量重命名文件

将当前目录下所有.txt文件重命名为.bak。

#!/bin/bash
set -euo pipefail

for file in *.txt; do
    mv "$file" "${file%.txt}.bak"
done

echo "所有.txt文件已重命名为.bak。"

示例3：监控目录变化

监控指定目录的变化，并在有新文件添加时执行操作。

#!/bin/bash
set -euo pipefail

WATCH_DIR="/path/to/watch"

# 检查是否安装inotifywait
if ! command -v inotifywait &> /dev/null; then
    echo "inotifywait 未安装。请安装inotify-tools。" >&2
    exit 1
fi

inotifywait -m "$WATCH_DIR" -e create -e moved_to |
    while read path action file; do
        echo "文件 '$file' 被添加到目录 '$path' ($action)"
        # 在此处添加处理逻辑，例如备份或处理文件
    done

注意：需要安装inotify-tools。

示例4：自动化系统更新

自动更新系统包列表，升级已安装的包，并清理不再需要的包。

#!/bin/bash
set -euo pipefail

echo "更新系统包列表..."
sudo apt update

echo "升级已安装的包..."
sudo apt upgrade -y

echo "清理不再需要的包..."
sudo apt autoremove -y

echo "系统更新完成。"

示例5：生成报告

从系统获取信息并生成报告文件。

#!/bin/bash
set -euo pipefail

REPORT_FILE="system_report_$(date +"%Y%m%d").txt"

{
    echo "系统报告 - $(date)"
    echo "---------------------------"
    echo "主机名: $(hostname)"
    echo "操作系统: $(uname -a)"
    echo "当前用户: $USER"
    echo "当前目录: $(pwd)"
    echo
    echo "磁盘使用情况:"
    df -h
    echo
    echo "内存使用情况:"
    free -m
} > "$REPORT_FILE"

echo "报告已生成: $REPORT_FILE"

示例6：用户管理脚本

添加新用户并设置密码。

#!/bin/bash
set -euo pipefail

read -p "请输入新用户名: " username
read -sp "请输入密码: " password
echo

# 检查用户是否已存在
if id "$username" &>/dev/null; then
    echo "用户 '$username' 已存在。"
    exit 1
fi

# 添加用户
sudo useradd -m "$username"

# 设置密码
echo "$username:$password" | sudo chpasswd

echo "用户 '$username' 已创建并设置密码。"

15. 结论

Bash脚本作为强大的命令行工具和脚本语言，在系统管理、自动化任务和数据处理等方面具有广泛应用。通过掌握从基础到高级的Bash脚本编写技巧，您可以编写高效、灵活、可靠的脚本，显著提升工作效率。持续学习和实践，将进一步提升您的Bash编程能力，使您在各种技术场景中游刃有余。

16. 参考资料

希望本文能帮助您全面掌握Bash脚本的编写，从入门到精通。如果有任何问题或需要进一步的解释，请随时提问！

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Bash 脚本编写详解：从入门到精通

目录

1. Bash脚本简介

2. 环境准备与基本设置

2.1 检查Bash版本

2.2 安装Bash

2.3 配置默认Shell

3. Bash脚本的基本结构

3.1 Shebang

3.2 注释

3.3 执行权限

4. 变量与数据类型

4.1 变量定义与引用

定义变量

使用变量

示例

命名规则

4.2 环境变量

设置环境变量

示例

4.3 特殊变量

示例

5. 输入输出操作

5.1 标准输入、输出与错误

5.2 重定向

输出重定向

输入重定向

错误重定向

同时重定向标准输出和错误

5.3 管道

示例

5.4 读取用户输入

基本用法

示例

隐藏输入（如密码）

6. 控制结构

6.1 条件判断（if-else）

基本语法

示例

条件表达式

示例：文件存在性检查

6.2 循环结构（for, while, until）

6.2.1 for循环

基本语法

示例

另一种形式

6.2.2 while循环

基本语法

示例

6.2.3 until循环

基本语法

示例

6.3 case语句

基本语法

示例

7. 函数与模块化

7.1 函数定义与调用

定义函数

调用函数

示例

7.2 函数参数与返回值

参数

返回值

7.3 脚本模块化

示例

8. 数组与关联数组

8.1 数组定义与操作

定义数组

访问数组元素

获取数组长度

遍历数组

8.2 关联数组

定义关联数组

访问关联数组元素

遍历关联数组

9. 字符串处理与正则表达式

9.1 字符串操作

字符串拼接

获取字符串长度

使用`set`选项

使用`trap`捕获错误信号

使用`-x`选项启用调试模式

使用`echo`打印变量和状态