前言

Shell 腳本編程是 Linux 和 Unix 系統管理、自動化任務的核心工具之一。通過 Shell 腳本，你可以自動化重復性操作、簡化復雜流程、提高系統管理效率，甚至構建完整的自動化運維工具。本文將帶你從基礎到進階，全面學習 Shell 腳本編程，涵蓋語法、結構、調試、最佳實踐等內容。

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一、Shell 簡介與環境搭建

1.1 什么是 Shell？

Shell 是命令行解釋器，是用戶與操作系統內核之間的橋梁。它接收用戶輸入的命令，并調用相應的程序或服務來執行。

常見的 Shell 有：

• Bash（Bourne-Again Shell）：Linux 系統默認的 Shell，廣泛使用。
• sh（Bourne Shell）：早期的 Unix Shell，兼容性好。
• zsh（Z Shell）：功能更強大、交互性更強的現代 Shell。
• PowerShell：Windows 和跨平臺環境下使用的 Shell，語法不同但功能類似。

本文以 Bash 為例進行講解。

1.2 環境準備

在 Linux 或 macOS 系統中，Bash 通常已經預裝。可以通過以下命令查看當前 Shell：

echo $SHELL

如果你使用的是 Windows，可以安裝：

• Windows Subsystem for Linux (WSL)：推薦使用 WSL2，支持完整的 Linux 環境。
• Git Bash：輕量級的 Bash 環境，適合開發人員。

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二、第一個 Shell 腳本

2.1 編寫腳本

創建一個名為 hello.sh 的文件：

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

2.2 執行腳本

給腳本添加執行權限：

chmod +x hello.sh

執行腳本：

./hello.sh

2.3 解釋 shebang

#!/bin/bash 被稱為 shebang，用于告訴系統該腳本應使用哪個解釋器來執行。不同的 shebang 可以指定不同的 Shell，例如：

• #!/bin/sh：使用 Bourne Shell
• #!/usr/bin/env python：使用 Python 解釋器運行腳本

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三、Shell 腳本基礎語法

3.1 變量定義與使用

Shell 中變量不需要聲明類型，賦值時等號兩側不能有空格：

name="Qwen"
echo "Hello, $name"

可以使用 ${name} 來避免歧義：

echo "Hello, ${name}_user"

3.2 命令替換

將命令的輸出結果賦值給變量：

current_date=$(date)
echo "當前時間是：$current_date"

也可以使用反引號實現相同功能：

current_date=`date`

3.3 輸入輸出操作

讀取用戶輸入：

read -p "請輸入你的名字：" username
echo "你好，$username"

輸出重定向：

echo "Hello" > output.txt     # 覆蓋寫入
echo "World" >> output.txt    # 追加寫入

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四、條件判斷與控制結構

4.1 if 語句

age=20
if [ $age -ge 18 ]; thenecho "你已成年"
elseecho "你還未成年"
fi

4.2 比較運算符

運算符	含義
-eq	等于
-ne	不等于
-lt	小于
-le	小于等于
-gt	大于
-ge	大于等于

4.3 字符串比較

str1="hello"
str2="world"
if [ "$str1" = "$str2" ]; thenecho "字符串相等"
elseecho "字符串不相等"
fi

4.4 case 語句

case $1 instart)echo "啟動服務";;stop)echo "停止服務";;*)echo "未知命令";;
esac

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五、循環結構

5.1 for 循環

for i in {1..5}; doecho "第 $i 次循環"
done

遍歷數組：

names=("Alice" "Bob" "Charlie")
for name in "${names[@]}"; doecho "Hello, $name"
done

5.2 while 循環

count=1
while [ $count -le 5 ]; doecho "計數：$count"count=$((count + 1))
done

5.3 until 循環（直到條件為真）

count=1
until [ $count -gt 5 ]; doecho "計數：$count"count=$((count + 1))
done

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六、函數與模塊化編程

6.1 定義函數

greet() {echo "你好，$1"
}greet "Alice"
greet "Bob"

6.2 返回值與局部變量

add() {local result=$(( $1 + $2 ))echo $result
}sum=$(add 3 5)
echo "3 + 5 = $sum"

6.3 函數參數傳遞

函數參數通過 $1, $2, ... 傳遞：

log() {echo "[$(date +%H:%M:%S)] $1"
}log "腳本開始執行"

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七、數組與集合操作

7.1 定義數組

fruits=("apple" "banana" "cherry")

7.2 訪問數組元素

echo "第一個水果是：${fruits[0]}"
echo "所有水果是：${fruits[@]}"

7.3 遍歷數組

for fruit in "${fruits[@]}"; doecho "$fruit"
done

7.4 數組操作

• 添加元素：

fruits+=("orange")

• 刪除元素：

unset fruits[1]

• 獲取數組長度：

echo "水果數量：${#fruits[@]}"

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八、腳本參數與退出狀態

8.1 獲取腳本參數

echo "腳本名稱：$0"
echo "第一個參數：$1"
echo "所有參數：$@"
echo "參數個數：$#"

8.2 退出狀態碼

腳本的退出狀態碼用于表示執行是否成功：

exit 0   # 成功
exit 1   # 錯誤

可以通過 $? 獲取上一個命令的退出狀態：

ls /nonexistent
echo "上一個命令的狀態碼：$?"

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九、文件與目錄操作

9.1 文件測試

if [ -f "file.txt" ]; thenecho "文件存在"
fi

常見測試操作符：

操作符	含義
-f	是否為文件
-d	是否為目錄
-r	是否可讀
-w	是否可寫
-x	是否可執行

9.2 文件操作示例

• 創建文件：

touch newfile.txt

• 刪除文件：

rm -f file.txt

• 移動/重命名文件：

mv oldname.txt newname.txt

• 查看文件內容：

cat file.txt

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十、調試與優化腳本

10.1 調試腳本

使用 -x 參數調試腳本：

bash -x script.sh

或者在腳本開頭加上：

set -x

關閉調試：

set +x

10.2 腳本優化技巧

• 使用?set -u?防止使用未定義變量。
• 使用?set -e?在出現錯誤時立即退出腳本。
• 使用?trap?捕獲信號，進行清理操作：

trap "echo '腳本被中斷'; exit 1" INT

• 使用?getopts?解析命令行參數：

while getopts "a:b:c" opt; docase $opt ina)echo "選項 a 的值：$OPTARG";;b)echo "選項 b 的值：$OPTARG";;c)echo "選項 c 被設置";;\?)echo "無效選項：-$OPTARG";;esac
done

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十一、實戰項目：自動化備份腳本

#!/bin/bash# 設置變量
backup_dir="/backup"
source_dir="/home/user/documents"
timestamp=$(date +%Y%m%d%H%M%S)
backup_file="$backup_dir/backup_$timestamp.tar.gz"# 創建備份目錄（如果不存在）
mkdir -p $backup_dir# 執行備份
tar -czf $backup_file $source_dir# 檢查是否成功
if [ $? -eq 0 ]; thenecho "備份完成：$backup_file"
elseecho "備份失敗"exit 1
fi

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十二、高級主題與最佳實踐

12.1 使用正則表達式

if [[ "hello123" =~ ^[a-zA-Z0-9]+$ ]]; thenecho "匹配成功"
fi

12.2 使用關聯數組（Bash 4+）

declare -A user_info
user_info["name"]="Alice"
user_info["age"]=25
echo "用戶姓名：${user_info[name]}"

12.3 使用子 Shell

(cd /tmptouch testfile
)

12.4 使用 Here Document

cat << EOF > output.txt
這是第一行
這是第二行
EOF

12.5 使用別名與函數庫

可以將常用函數放入一個 .sh 文件中作為庫文件：

# utils.sh
log() {echo "[$(date +%H:%M:%S)] $1"
}

在主腳本中引用：

source utils.sh
log "腳本開始執行"

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