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一、Shell编程简介
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之前课程中已经介绍过，在操作系统的内核kernel外部有一个Shell层，Shell的作用是保护内核kernel不受损害。同时，Shell接收用户对Linux系统的操作指令并传递给内核，之后由内核执行。
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之前学习过的Shell命令都是运行在Shell层上的，每次我们通过terminal输入一条命令，再通过Shell交给内核执行。有时，我们的需求过于复杂，需要执行多条命令，此时一条一条的在terminal内输入命令会十分的繁琐。Shell层提供给我们一个脚本工具，我们可以将想要依次执行的命令写成脚本文件，再将脚本文件发送给Shell。这样Shell就会按照脚本文件内记载的命令依次执行，从而实现了自动化。
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//Shell脚本在Windows系统内称为“批处理文件”（.bat文件），本质相同
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也就是说，Shell脚本的实质就是Shell命令的有序集合。
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1、编译型语言与解释性语言
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本质上来说，编程并让计算机执行实际上是一个将其中一种语言（编程语言）翻译成另外一种语言（机器语言）的过程。那么翻译语言肯定需要一定的翻译策略。编程语言从源代码变成计算机识别的可执行程序有“编译”和“解释”两种方式。
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1）编译
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-需要编译器
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-对代码进行整体检查
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-主要进行词法检查、语法分析、语义检查和中间代码生成、代码优化、目标代码生成5部分
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-若代码有错误，则停止编译并报错；若无错误，则会生成目标代码
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-执行效率较高
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-代表语言：C/C++
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2）解释
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-需要解释器
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-依次执行代码内每条命令，每句执行一次
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-只会运行到当前语句时才会翻译该命令
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-若代码有错误，则在出错语句处停止，而该语句上面的语句已经被执行
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-执行效率较低
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-代表语言：Python、JavaScript、Shell脚本
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我们在进行Shell编程的时候，本质上是将多条Shell命令写在一个文件内（脚本），然后terminal按照该文件内每条命令开始执行命令。因此Shell脚本是一种典型的解释性编程语言。
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2、Shell编程的基本步骤
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我们进行Shell编程有以下几个步骤：
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1.建立Shell脚本文件
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2.给Shell脚本文件可执行的权限
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3.执行Shell脚本
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示例：使用Shell编程
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第一步：建立Shell脚本文件，文件名为myshell.sh。文件内容：
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#!/bin/bash
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date
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cat myshell.sh
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ping -c 3 114.114.114.114
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echo "hello world"
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脚本内的命令分别代表：
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1.#!/bin/bash是Shell脚本文件的固定开头，该命令说明了这个Shell脚本在哪个程序上执行。在这里表示使用/bin/bash来执行这个脚本。
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注：在Shell脚本中，#开头的行表示注释。
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2.打印当前系统时间
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3.查看myshell.sh文件内容
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4.ping3次114.114.114.114检查网络通断
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5.在终端打印hello world
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第二步：给Shell脚本文件可执行的权限
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我们刚刚写的Shell脚本文件只是一个普通的文本文件，没有可执行的权限，因此我们需要给该文件添加可执行权限。
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chmod 0775 myshell.sh
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这样myshell.sh就具有可执行权限了。我们可以使用ls -l命令查看该文件的权限
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第三步：执行该Shell脚本
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./myshell.sh
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执行该Shell脚本即可查看效果
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二、Shell编程的变量
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和C语言一样，Shell编程也有变量。在Shell脚本内，所有的变量都是字符串类型但是不支持数据类型（整型、字符型、浮点型等），并且无需对变量进行声明。
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在sh/bash中有4种变量：
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-用户自定义变量
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-位置参数（命令行参数）
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-预定义变量
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-环境变量
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1、用户自定义变量
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Shell编程允许用户自定义变量来存储数据，但不支持数据类型（整型、字符型、浮点型等），任何变量的值都被解释成一个字符串。变量名命名规则如下：
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1.首字符必须是字母或者下划线
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2.中间不能有空格，可以使用下划线_表示空格
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3.不能使用除下划线外其他的标点符号
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我们可以使用=给变量赋值，格式为：
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变量名=变量值
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注意等号两边没有空格。在Shell编程中变量名一般使用全大写字母，为了与Shell命令区分。
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COUNT=1
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若想调用一个变量的值，则需要在该变量名前面加上$。例如：
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#!/bin/bash
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COUNT=1
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VAR="hello world"
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echo $COUNT
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echo COUNT
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echo $VAR
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注意第一个echo命令与第二个echo命令输出的区别。第一个echo命令会输出COUNT变量的值1，而第二个echo命令会将COUNT当做待输出的字符串处理，会输出COUNT。
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Shell编程支持变量互相赋值，赋值方向为从右向左。例如：
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Y=2
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X=$Y
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则变量X内就得到了变量Y的值2。
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某些情况下，我们定义的变量会与其他文字混淆。例如：
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num=2
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echo "this is the $numnd"
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此时执行该Shell脚本不会输出"this is the 2nd"而会输出"this is the"，因为echo命令无法找到一个名为"numnd"的变量。我们可以使用花括号来包裹变量名，被花括号包裹的字符串会被Shell当做是一个变量来处理。
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num=2
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echo "this is the ${num}nd"
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这样就可以输出"this is the 2nd"。
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我们可以使用unset命令删除已定义过的变量。例如：
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Z=hello
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echo $Z
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unset Z
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echo $Z
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则第二次执行的时候就不会输出变量Z的值。
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2、位置变量（命令行参数）
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由系统提供的参数称为位置参数，其作用等价于C语言中main函数传参的“命令行参数”。位置参数可以使用$+数字的形式获得。
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$0 与键入命令一样
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$1~$9 第一个到第九个命令行参数
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例如：
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#!/bin/bash
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echo "this is 0" $0
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echo "this is 1" $1
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在执行该Shell脚本的时候我们携带一个命令行参数：
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./myshell 123
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则会输出：
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this is 0 ./myshell.sh
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this is 1 123
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3、预定义变量
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Shell编程内事先定义了一些变量，用户只能使用这些变量而不能重新定义它们。所有的预定义变量都由$符号和另一个符号构成，常用的预定义变量如下：
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$# 命令行参数的个数
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$@ 所有命令行参数（不计$0，同$*）
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$? 前一个命令的退出状态
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$* 所有命令行参数（不计$0，同$@）
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$$ 正在执行的进程ID号
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示例：演示各个位置变量的值
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#!/bin/bash
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echo "this is 0" $0
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echo "this is 1" $1
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echo "this is #" $#
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echo "this is @" $@
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echo "this is ?" $?
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echo "this is *" $*
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echo "this is $" $$
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执行：./myshell.sh 123 456 789
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输出：
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this is 0 ./myshell.sh
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this is 1 123
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this is # 3
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this is @ 123 456 789
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this is ? 0
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this is * 123 456 789
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this is $ 2710
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4、环境变量
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环境变量适用于所有用户进程，环境变量均为大写。常用的环境变量如下：
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HOME 用户工作目录所在地址，在文件/etc/passwd文件内存储
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IFS（Internal Field Separator） 内部字段分隔符，默认是空格、tab以及换行符
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PATH Shell搜索路径
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PS1 命令提示符格式（$及$前的字符）（PS是Prompt Sign的缩写）
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PS2 换行提示符>
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TERM 终端类型，常见的值有vt100、vt200、ansi、xterm等
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HISTSIZE 保存历史记录的条目数
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LOGNAME 当前登录用户名
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HOSTNAME 主机名称
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SHELL 当前使用的Shell类型
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LANG/LANGUAGE与语言相关的环境变量
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MAIL 用户的邮件存放目录
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TMOUT 设置的脚本过期时间。例如TMOUT=3则表示该脚本3秒后过期
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UID 登录用户的ID
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USER 显示当前用户名
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SECONDS 记录脚本从开始运行到结束耗费的时间
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示例：演示各个环境变量的值
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#!/bin/bash
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echo "HOME IS " $HOME
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echo "IFS IS " $IFS
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echo "PATH IS " $PATH
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echo "TERM IS " $TERM
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echo "LANGUAGE IS " $LANG
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echo "LOGNAME IS " $LOGNAME
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echo "HOSTNAME IS " $HOSTNAME
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echo "SHELL IS " $SHELL
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echo "MAIL IS " $MAIL
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echo "UID IS " $UID
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echo "USER IS " $USER
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我们可以使用env命令查看更多的环境变量信息。
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我们可以使用export命令来自定义环境变量，使用unset命令清除环境变量。例如：
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export HELLO="Hello"
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echo $HELLO
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三、Shell编程语句
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Shell脚本由0条或多条Shell语句构成，Shell语句可以分为三类：
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1.说明性语句：以#开始到该行结束，对Shell语句说明，不会被执行。类似C语言的注释
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2.功能性语句：任意的Shell命令、用户程序或其他
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3.结构性语句：条件语句、分支语句、循环语句、循环控制语句等
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1、说明性语句（注释行语句）
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说明性语句可以出现在程序的任意位置，既可以独立一行，也可以接在其他语句后面。说明性语句都是以#开头的语句，在Shell脚本执行的时候不会被解释执行。
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2、功能性语句
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1）读入键盘的值read
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read从标准输入内读数据，并赋值给后面的变量。语法格式为：
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read 待赋值的变量
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一个read命令会读取一行。例如：
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read WORD#从输入读取一个字符串值赋值给变量WORD
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read VAR1 VAR2 VAR3#从输入内读取三个字符串值，分别赋值给变量VAR1、VAR2和VAR3
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思考：以下两种写法的操作一样吗？
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写法1：
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read VAR1 VAR2 VAR3
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写法2：
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read VAR1
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read VAR2
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read VAR3
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示例1：用户输入一个目录，然后显示输入的目录内的文件
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#!/bin/bash
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echo "please input a directory"
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read VAR1
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ls -l $VAR1
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示例2：用户输入年、月、日，然后按指定格式输出。注意输入的数据要以空格或tab分隔，不要用回车
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#!/bin/bash
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echo "please input time with format: yyyy mm dd:"
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read VAR1 VAR2 VAR3
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echo "today is ${VAR1}/${VAR2}/${VAR3}"
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2）算数运算命令expr
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命令expr用于变量间简单的整数四则运算，包括加、减、乘、除、取余。注意如果使用乘法需要使用\*的写法来取消*（通配符）的元字符含义。
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例如，在终端输入：
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expr 12 + 5 \* 3 #注意乘号的写法
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结果为27
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示例：从键盘读入两个数字，分别计算这两个数字的加、减、乘、除、取余的结果并输出
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#!/bin/bash
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echo "please input 2 numbers:"
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read VAR1
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read VAR2
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ADD=`expr $VAR1 + $VAR2` #反引号`的意思是使用后面命令的结果
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SUB=`expr $VAR1 - $VAR2`
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MUL=`expr $VAR1 \* $VAR2`
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DIV=`expr $VAR1 / $VAR2`
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MOD=`expr $VAR1 % $VAR2`
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echo $VAR1 + $VAR2 = $ADD
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echo $VAR1 - $VAR2 = $SUB
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echo $VAR1 \* $VAR2 = $MUL #注意乘号写法，表示该符号是字符而不是通配符*
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echo $VAR1 / $VAR2 = $DIV
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echo $VAR1 % $VAR2 = $MOD
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在示例脚本中，反引号`（位于键盘左上角）的作用是引用该命令的结果。ADD=`expr $VAR1 + $VAR2`的意思是首先执行expr命令得到计算结果，然后将该结果作为值赋值给变量ADD。
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3）测试命令test
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test命令可以测试三种对象：字符串、整数、文件属性，每种测试对象都有若干测试操作符。
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注意：在Shell编程中，0代表真，1代表假。这点和C语言相反。
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1.测试字符串
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用法：
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test 字符串1 = 字符串2
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若两字符串相等则结果为0，若不相等则结果为1。注意两个字符串中间的等号左右分别有空格。若没有空格则会将输入作为一个字符串。
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test 字符串1 != 字符串2
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若两字符串不相等则结果为0，若相等则结果为1。注意两个字符串中间的不等号左右分别有空格。若没有空格则会将输入作为一个字符串。
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test -z 字符串
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||
测试该字符串长度是否为0，若为0则结果为0，若不为0则结果为1。
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test -n 字符串
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测试该字符串长度是否不为0，若不为0则结果为0，若为0则结果为1。
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例如：
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test "answer" = "yes"
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echo $? #$?表示上一个命令的退出状态
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test命令还有一种写法：使用方括号。例如：
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test "answer" = "yes" 等价于 [ "answer" = "yes" ]。
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test -z "hello" 等价于 [ -z "hello" ]。
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注意左右方括号的两边都有空格。
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示例：从键盘读入两个字符串，判断这两个字符串是否相同。并测试字符串1是否是空
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#写法1
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#!/bin/bash
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echo "please input 2 strings:"
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read VAR1
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read VAR2
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test $VAR1 = $VAR2
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echo $?
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test -z $VAR1
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echo $?
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||
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#写法2
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#!/bin/bash
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||
echo "please input 2 strings:"
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read VAR1
|
||
read VAR2
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||
[ $VAR1 = $VAR2 ]
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echo $?
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[ -z $VAR1 ]
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echo $?
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2.测试整数关系
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a -eq b 测试a与b是否相等
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a -ne b 测试a与b是否不相等
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a -gt b 测试a是否大于b
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a -ge b 测试a是否大于等于b
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a -lt b 测试a是否小于b
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a -le b 测试a是否小于等于b
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示例：从键盘读入两个数，并判断两个数字是否相等
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#!/bin/bash
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read X Y
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||
if test $X -eq $Y
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||
then
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||
echo "X equal Y"
|
||
else
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||
echo "X not equal Y"
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||
fi
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||
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3.测试文件属性
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文件测试操作表达式通常是为了测试文件信息，一般由脚本来决定是否应该备份、复制、删除。test关于文件测试的操作符很多，这里只做简单的介绍。
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-e name 测试一个文件是否存在
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-d name 测试name是否为一个目录
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-f name 测试name是否为普通文件
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-L/h name 测试name是否为符号链接
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-r name 测试name文件是否存在且可读
|
||
-w name 测试name文件是否存在且可写
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-x name 测试name文件是否存在且可执行
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||
-s name 测试文件是否存在且文件长度不为0
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f1 -nt f2 测试文件f1是否比文件f2更新
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f1 -ot f2 测试文件f1是否比文件f2更旧
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例如：
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test -e /home/linux/myshell.sh
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echo $?
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3、结构性语句
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结构性语句主要根据程序的运行状态、输入数据、变量取值、控制信号、运行时间等因素来控制程序的流程。主要包括：条件测试语句（二路分支）、多路分支语句、循环语句、控制循环语句和后台执行语句。
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1）条件测试语句
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1.if……then……fi语句
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类似C语言的if语句，格式为：
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||
if 表达式
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||
then 命令
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fi
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||
如果表达式为真，则执行命令表中的命令，否则退出if语句。fi表示if语句的结束，类似C语言的右括号}。fi和if必须成对出现。
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||
2.if……then……else……fi语句
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||
类似C语言的if-else语句，格式为：
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||
if 表达式
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||
then 命令1
|
||
else
|
||
命令2
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||
fi
|
||
如果表达式为真，则执行命令表中的命令，否则执行else下命令。
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||
3.if……then……elif……fi语句
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类似C语言的if-else语句多重并列使用，格式为：
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if 表达式1
|
||
then 命令1
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||
elif 表达式2
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||
then 命令2
|
||
……
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||
else
|
||
命令n
|
||
fi
|
||
如果表达式1为真，则执行命令表中的命令1，否则判断表达式2；若表达式2为真则执行命令2……若所有表达式都不为真，则执行else下命令。
|
||
示例：从键盘读入一个文件判断该文件是否存在，并判断该文件类型（普通文件/目录/未知文件）
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#!/bin/bash
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||
echo "please input a filename"
|
||
read FILE
|
||
if [ ! -e $FILE ] # 对test的结果取“非”
|
||
then
|
||
echo "file not exist"
|
||
elif [ -L $FILE ]
|
||
then
|
||
echo "file is a symbollink"
|
||
elif [ -d $FILE ]
|
||
then
|
||
echo "file is a directory"
|
||
elif [ -f $FILE ]
|
||
then
|
||
echo "file is a regular file"
|
||
else
|
||
echo "Unknown"
|
||
fi
|
||
练习：将示例程序改成使用命令行传参的形式。注意考虑命令行参数未传参的情况。
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#!/bin/bash
|
||
if [ $# -eq 0 ]
|
||
then
|
||
echo "No arguments"
|
||
exit #直接退出脚本
|
||
fi
|
||
if [ ! -e $1 ]
|
||
then
|
||
echo "file not exist"
|
||
elif [ -L $1 ]
|
||
then
|
||
echo "file is a symbollink"
|
||
elif [ -d $1 ]
|
||
then
|
||
echo "file is a directory"
|
||
elif [ -f $1 ]
|
||
then
|
||
echo "file is a regular file"
|
||
else
|
||
echo "Unknown"
|
||
fi
|
||
|
||
2）多路分支语句
|
||
多路分支语句case可以用于实现多路分支，类似C语言内switch()语句下的case语句。格式为：
|
||
case 字符串变量 in #case语句只能检测字符串变量
|
||
模式1)
|
||
命令表1
|
||
;; #退出case语句用双分号
|
||
模式2|模式3) #若多个模式共用则使用|分隔
|
||
命令表2
|
||
;;
|
||
模式4)
|
||
命令表3
|
||
;;
|
||
……
|
||
模式n) #模式n常用通配符*表示所有其他模式
|
||
命令表n
|
||
;; #最后一个模式的双分号可以省略
|
||
esac
|
||
示例：从命令行传参file1或file2或file3，并输出传参结果
|
||
#!/bin/bash
|
||
if [ $# -eq 0 ]
|
||
then
|
||
echo "No arguments"
|
||
exit
|
||
fi
|
||
case $1 in
|
||
file1)
|
||
echo "You choose file1"
|
||
;;
|
||
file2)
|
||
echo "You choose file2"
|
||
;;
|
||
file3|4)
|
||
echo "You choose file3/4"
|
||
;;
|
||
*)
|
||
echo "You MUST choose a file"
|
||
;;
|
||
esac
|
||
|
||
3）循环语句
|
||
循环语句有两类：当循环次数已经确定时，则使用for循环语句；当循环次数未定的时候，则使用while循环语句。循环语句的语句括号用do和done来确定。
|
||
1.for循环语句
|
||
for循环语句一般用于循环次数确定的时候。格式为：
|
||
for 变量名 in 单词表
|
||
do
|
||
命令表
|
||
done
|
||
变量依次取出单词表内的所有数值，每取出一个数值，就执行一次循环，因此for循环语句的循环次数由单词表内数值个数决定
|
||
示例：从命令行传参一个目录名，然后将该目录内所有文件复制到~/backup目录下
|
||
#!/bin/bash
|
||
if [ $# -eq 0 ]
|
||
then
|
||
echo "No arguments"
|
||
exit
|
||
fi
|
||
if [ ! -d $1 ] #如果传参命令行不是目录
|
||
then
|
||
echo "$1 not a directory"
|
||
exit
|
||
fi
|
||
if [ ! -d $HOME/backup ] #如果backup目录不存在则需要创建
|
||
then
|
||
mkdir $HOME/backup
|
||
fi
|
||
if [ `ls $HOME/backup | wc -l` -ne 0 ] #如果backup目录非空则需要清空
|
||
then
|
||
echo "$HOME/backup is not empty, need clean……"
|
||
rm -rf $HOME/backup
|
||
mkdir $HOME/backup
|
||
echo "clean all files in $HOME/backup"
|
||
fi
|
||
FLIST=`ls $1` #获取参数
|
||
for FILE in $FLIST #让FILE变量从单词表中取数据
|
||
do
|
||
cp $1/$FILE $HOME/backup
|
||
echo "$FILE copied"
|
||
done
|
||
echo "Backup Completed"
|
||
|
||
2.while循环语句
|
||
若无法事先确定循环次数，则我们不推荐使用for循环语句因为无法事先设置好单词表。此时我们可以使用while循环语句。while循环语句适用于无法事先预估循环次数的情况。while语句的格式为：
|
||
while 命令或表达式
|
||
do
|
||
命令表
|
||
done
|
||
while语句首先会执行后面的命令或者判断表达式的值，如果为真则执行循环，然后再次判断；若为假则退出循环。
|
||
示例：批量生成名字为"文件名+数字"的空白文件，其中文件名和数字都从命令行传参。例如输入
|
||
./proj.sh nihao 5
|
||
则会生成nihao1、nihao2、nihao3、nihao4、nihao5
|
||
#!/bin/bash
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if [ $# -eq 0 ]
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then
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echo "No arguments"
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exit
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elif [ $# -lt 2 ]
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then
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echo "Arguments are too few"
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exit
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fi
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echo "files will store in directory: $HOME/blankfile" #提示用户生成的文件在~/blankfile内
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if [ ! -d $HOME/blankfile ] #如果blankfile目录不存在则需要创建
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then
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mkdir $HOME/blankfile
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fi
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if [ ! `ls $HOME/blankfile | wc -l` -eq 0 ] #如果blankfile目录非空则需要清空
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then
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rm -rf $HOME/blankfile
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mkdir $HOME/blankfile
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fi
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LOOP=$2 #循环次数
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i=1 #控制循环状态变量
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while [ $i -le $LOOP ]
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do
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touch $HOME/blankfile/$1$i
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i=`expr $i + 1` #等价于i++
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done
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echo "CreateBlankFiles Completed"
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4）循环控制语句
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Shell脚本中可以使用break语句和continue语句来控制循环停止。continue语句的作用是结束本次循环进入下次循环。而break语句的作用则是跳出循环。
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示例1：终端会输出10个数，在数字5处使用continue，则不会输出数字5
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#!/bin/bash
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for i in 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
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do
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if [ $i -eq 5 ]
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then
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continue
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fi
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echo "$i"
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done
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示例2：将示例1的脚本修改，将continue修改为break，则输出到数字4之后循环结束
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#!/bin/bash
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for i in 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
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do
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if [ $i -eq 5 ]
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then
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break
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fi
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echo "$i"
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done
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练习1：编写一个脚本，输出9*9乘法表
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#!/bin/bash
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for i in 1 2 3 4 5 6 7 8 9
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do
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for j in 1 2 3 4 5 6 7 8 9
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do
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MUL=`expr $i \* $j` #注意乘号写法
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echo -e "$j*$i=$MUL\t\c"
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#echo -e：开启转义字符
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#t：制表符 c：不换行
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#"echo -e"和'\c'连用可以关闭换行
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if [ $i -eq $j ] #j>i的部分无需计算
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then
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break
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fi
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done
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echo "" #换行
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done
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练习2（选做）：编写一个脚本，测试当前子网内有多少主机可以连通（使用ping命令）
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提示：IP地址范围为192.168.0.1~192.168.0.254 或 192.168.1.1~192.168.1.254（根据当前子网确定范围）
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答案：
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#!/bin/bash
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i=1
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COUNT=0
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while [ $i -le 254 ]
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do
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echo "---------------------------"
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echo "will ping host:$i"
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ping -c 1 192.168.0.$i
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if [ $? -eq 0 ]
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then
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echo "host$i can be connected"
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COUNT=`expr $COUNT + 1`
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else
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||
echo "host$i cannot be connected"
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fi
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i=`expr $i + 1`
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||
done
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echo "---------------------------"
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echo "There are $COUNT host can be connected"
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四、Shell编程函数
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Shell脚本支持自定义函数功能。我们可以将固定功能、需要多次调用的一组命令封装在一个函数内，这样我们需要使用该功能的时候只需调用该函数即可。
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函数在调用前必须先定义，且在顺序上必须放在调用函数前面。
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调用函数时可以使用参数传递，函数内使用return命令将运行结果返回给调用程序。
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1、函数定义
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函数定义的格式为：
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格式1：
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function_name(){
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命令
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……
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}
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格式2：
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function function_name(){
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||
命令
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||
……
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}
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2、函数调用
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//实际上，在Shell编程中，函数被看成“许多Shell命令整合成一个大的Shell命令”，因此调用函数与执行一个Shell命令无本质区别
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1）无参数无返回值
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若调用的函数无需返回值也无需传参，则像普通命令一样即可
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示例：写一个打印hello world的子函数并调用
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#!/bin/bash
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hello(){
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echo "hello world"
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}
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hello #调用函数
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2）有参数有返回值
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若函数需要传递参数，也需要得到返回值，则有两种调用方式：
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方式1：
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value=`function_name $arg1 $arg2……`
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方式2：
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function_name $arg1 $arg2……
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echo $?
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示例：编写一个函数add，计算两个数的和，两个数使用传参的形式获得
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#!/bin/bash
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add(){
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a=$1
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b=$2
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z=`expr $a + $b`
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echo "the num is $z"
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}
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add $1 $2 |