Shell 編程基礎入門從認識到實戰

對于剛接觸 Linux 或 Unix 系統的開發者來說，Shell 腳本往往是自動化操作的第一道門檻。它不像 Python 那樣語法簡潔，也不像 Java 那樣有完善的面向對象體系，但卻能以極少的代碼實現強大的系統管理功能。本文將從 Shell 的基本概念講起，帶你一步步掌握腳本編寫的核心基礎，完成從 “手動操作” 到 “自動化腳本” 的跨越。

一、認識 Shell：什么是 Shell，為什么需要它？

簡單來說，Shell 是用戶與操作系統內核之間的 “翻譯官”—— 它接收用戶輸入的命令，傳遞給內核執行，并將結果返回給用戶。我們在終端中輸入的ls、cd、mkdir等命令，都是通過 Shell 解析執行的。

常見的 Shell 類型

不同的操作系統默認搭載的 Shell 可能不同，常見的有：

bash：Linux 系統中最常用的 Shell，兼容 sh，支持豐富的擴展功能（如命令補全、歷史記錄）；

zsh：功能更強大的 Shell，支持更多主題和插件，是很多開發者的個性化選擇；

sh：早期的 Bourne Shell，語法簡單但功能有限，現在多被 bash 兼容替代。

在終端中輸入echo $SHELL可以查看當前使用的 Shell，本文將以最通用的bash為例進行講解。

為什么要學 Shell 編程？

想象以下場景：

每天需要手動備份 10 個目錄的日志文件；

批量修改 100 個文件的命名格式；

定期檢查服務器的磁盤使用率并發送告警。

這些重復勞動如果用 Shell 腳本實現自動化，能節省大量時間。Shell 腳本的核心價值在于 “批量執行命令 + 邏輯控制”，它能將一系列命令按順序組織，并通過條件判斷、循環等邏輯實現復雜任務。

二、第一個 Shell 腳本：Hello World 的誕生

編寫 Shell 腳本的流程非常簡單，只需三個步驟：創建文件→編寫代碼→賦予權限并執行。

1. 創建腳本文件

用任意文本編輯器（如 vim、nano）創建一個.sh后綴的文件，例如hello.sh：


vim hello.sh

2. 編寫腳本內容

在文件中輸入以下代碼：


#!/bin/bash# 這是我的第一個Shell腳本echo "Hello, Shell Programming!"

代碼解析：

#!/bin/bash：稱為 “shebang”，必須放在腳本第一行，指定腳本由 bash 解釋執行；

# 這是注釋：#開頭的行是注釋，用于說明代碼功能，不被執行；

echo "..."：打印字符串到終端，類似其他語言的print函數。

3. 賦予執行權限并運行

剛創建的腳本默認沒有執行權限，需要用chmod命令賦予：


chmod +x hello.sh # 賦予執行權限

然后執行腳本：


./hello.sh # 輸出：Hello, Shell Programming!

也可以直接通過 bash 命令運行（無需執行權限）：


bash hello.sh # 同樣生效

小技巧：如果腳本放在/usr/local/bin等環境變量目錄下，可直接輸入文件名執行（如hello.sh），無需帶路徑。

三、Shell 變量：存儲數據的容器

和其他編程語言一樣，Shell 也需要變量來存儲數據。但與 Python 等語言不同，Shell 變量的定義和使用有其獨特性。

1. 變量的定義與賦值

定義變量的格式為變量名=值，注意等號兩邊不能有空格：


name="Alice" # 正確：字符串賦值age=25 # 正確：數字賦值# 錯誤寫法：name = "Bob"（等號兩邊有空格）

2. 變量的使用

使用變量時需在變量名前加$符號，例如：


#!/bin/bashname="Alice"echo "My name is $name" # 輸出：My name is Aliceecho "Age: $age" # 輸出：Age: （未定義的變量會被視為空）

如果變量名與其他字符相鄰，可用大括號{}區分：


echo "Hello, ${name}123" # 輸出：Hello, Alice123（若不加{}會被解析為$name123）

3. 環境變量與局部變量

局部變量：僅在當前腳本或終端中有效，如上面定義的name；

環境變量：全局生效，可被所有子進程訪問，常用的有：

- $HOME：用戶主目錄（如/home/alice）；

- $PATH：命令搜索路徑（存放可執行命令的目錄）；

- $USER：當前登錄用戶名；

- $?：上一條命令的退出狀態（0 表示成功，非 0 表示失敗）。

查看環境變量可用echo，例如：


echo $HOME # 輸出：/home/aliceecho $PATH # 輸出：/usr/local/sbin:/usr/local/bin:...

自定義環境變量需用export命令：


export WORK_DIR="/data/project" # 定義環境變量

四、數據類型：字符串與數字的處理

Shell 是弱類型語言，變量默認都按字符串處理，但也支持數字運算。

1. 字符串操作

字符串是 Shell 中最常用的數據類型，支持拼接、截取、替換等操作。

（1）字符串拼接

直接將變量或字符串放在一起即可：


first="Hello"last="World"full="$first $last" # 拼接為"Hello World"echo $full # 輸出：Hello World

（2）字符串長度

用${#變量名}獲取長度：


str="Shell"echo ${#str} # 輸出：5（"Shell"有5個字符）

（3）字符串截取

格式：${變量名:起始位置:長度}（起始位置從 0 開始）：


path="/home/user/docs/file.txt"# 從第6個字符開始截取（跳過"/home/"）echo ${path:6} # 輸出：user/docs/file.txt# 從第6個字符開始，截取4個字符echo ${path:6:4} # 輸出：user

（4）字符串替換

替換第一個匹配項：${變量名/舊字符串/新字符串}

替換所有匹配項：${變量名//舊字符串/新字符串}

示例：


filename="report_2023_v1.txt"# 替換第一個"_"為"-"echo ${filename/_/-} # 輸出：report-2023_v1.txt# 替換所有"_"為"-"echo ${filename//_/-} # 輸出：report-2023-v1.txt

2. 數字運算

Shell 默認將數字視為字符串，需用特殊語法進行運算，常用的有兩種方式：

（1）$((表達式))

適合簡單運算：


a=10b=3echo $((a + b)) # 輸出：13echo $((a * b)) # 輸出：30echo $((a / b)) # 輸出：3（整數除法，向下取整）echo $((a % b)) # 輸出：1（取余數）

（2）expr 命令

注意表達式中運算符兩邊需有空格：


expr 10 + 3 # 輸出：13expr 10 \* 3 # 乘法需加轉義符\（避免被Shell解析）

推薦使用$((...))，語法更簡潔且支持變量直接參與運算。

五、輸入輸出與管道：數據的流轉

Shell 腳本的輸入輸出控制和管道操作，是實現命令協作的核心。

1. 標準輸入輸出

默認情況下：

標準輸入（stdin）：從鍵盤接收輸入，文件描述符為 0；

標準輸出（stdout）：輸出到終端，文件描述符為 1；

標準錯誤（stderr）：錯誤信息輸出到終端，文件描述符為 2。

2. 重定向：改變輸入輸出的方向

通過重定向符號可將輸入輸出指向文件：

>：覆蓋寫入文件（如echo "test" > file.txt）；

>>：追加寫入文件（如echo "test" >> file.txt）；

<：從文件讀取輸入（如read var < file.txt）；

2>：將錯誤信息寫入文件（如ls error_dir 2> err.log）；

&>：將標準輸出和錯誤都寫入文件（如command &> output.log）。

示例：


# 將命令輸出寫入文件（覆蓋原有內容）ls -l > file_list.txt# 追加輸出到文件echo "新內容" >> file_list.txt# 捕獲錯誤信息rm non_exist_file 2> error.log

3. 管道：命令間的數據傳遞

管道符號|可將前一個命令的輸出作為后一個命令的輸入，實現命令協作：


# 查找包含"error"的日志行，并統計數量cat app.log | grep "error" | wc -l# 列出當前目錄文件，按大小排序（逆序）ls -l | sort -k5,5nr

命令解析：

grep "error"：篩選包含指定字符串的行；

wc -l：統計行數；

sort -k5,5nr：按第 5 列（文件大小）逆序（nr）排序。

六、實戰案例：批量文件重命名腳本

掌握了基礎語法后，我們來編寫一個實用腳本：將指定目錄下的所有.txt文件添加前綴（如2023_）。

腳本代碼

?#!/bin/bash# 批量給txt文件添加前綴# 使用方法：./rename_txt.sh 目錄路徑 前綴# 檢查參數是否正確if [ $# -ne 2 ]; thenecho "使用錯誤！正確用法：$0 目錄路徑 前綴"exit 1fidir=$1prefix=$2# 檢查目錄是否存在if [ ! -d "$dir" ]; thenecho "錯誤：目錄 $dir 不存在！"exit 1fi# 切換到目標目錄cd "$dir" || exit 1# 遍歷txt文件并添加前綴for file in *.txt; do# 跳過非文件（如目錄）if [ -f "$file" ]; thennew_name="${prefix}${file}"mv "$file" "$new_name"echo "已重命名：$file → $new_name"fidoneecho "批量重命名完成！"?

代碼解析

$#表示參數個數，$0表示腳本名，$1、$2表示第一個和第二個參數；

[ -d "$dir" ]判斷是否為目錄，[ -f "$file" ]判斷是否為文件（條件判斷語法將在后續文章詳細講解）；

for file in *.txt遍歷所有 txt 文件，mv命令執行重命名。

運行效果


# 創建測試文件mkdir test_dirtouch test_dir/{a,b,c}.txt# 執行腳本./rename_txt.sh test_dir 2023_# 輸出結果已重命名：a.txt → 2023_a.txt已重命名：b.txt → 2023_b.txt已重命名：c.txt → 2023_c.txt

批量重命名完成！