八、Linux Shell 脚本：变量与字符串

思维导图

一、变量的定义与使用

1.1 定义变量

• 基本格式: variable_name=value
• 关键点：赋值号 = 的两边绝对不能有空格！这是初学者最常犯的错误之一，务必留意！
• 命名规则: 变量名通常由字母、数字、下划线构成，且不能以数字开头。习惯上，全大写用于环境变量或常量，小写或驼峰式用于本地变量。
• 值的“类型”: Shell 不严格区分数据类型，几乎所有值都可视为字符串。即使是数字，在进行算术运算前，本质上也是字符串。

引号的使用规则:

如果值不包含空格或特殊字符，可以省略引号：myvar=hello
如果值包含空格，必须使用单引号 ' ' 或双引号 " " 包围：message='Hello World'
单引号 (’ ')：强引用或“字面”引用。其内部所有内容都按原样处理，变量不会被解析，特殊字符也失去其特殊含义。
双引号 (" ")：弱引用或“解析”引用。其内部的变量引用 ($var) 会被替换为变量的值，某些特殊字符 (如 $、\、`) 依然有效。

# 正确的变量定义
name="Alice"
age=30
city="Beijing"
greeting1='你好, ${name}!' # 单引号内 ${name} 不会被替换
greeting2="你好, ${name}!" # 双引号内 ${name} 会被替换成 Alice

# 错误的变量定义 (等号两边有空格)
# wrong_var = "error"

1.2 引用变量

要获取或使用变量的值，在变量名前加上 $ 符号。

• 基础用法: $variable_name
• 推荐用法: ${variable_name} (使用花括号 {} 包围)

为什么推荐使用 ${}？

明确边界: 当变量名后紧跟其他字符时，花括号能清晰地界定变量名的范围，避免歧义。例如，${user}_id 可以正确解析，而 $user_id 会试图查找一个名为 user_id 的变量。
高级功能: 所有高级字符串操作 (如截取、替换) 都必须在花括号内进行。

#!/bin/bash
user="Bob"
action="studying"
echo "用户是: ${user}"
echo "${user}正在${action}Shell。"

1.3 只读变量与删除变量

• 只读变量 (readonly):
  使用 readonly 命令可以将一个变量锁定，使其变为只读。一旦设置，其值不能被修改，也无法被 unset 删除。非常适合定义脚本中的常量。

#!/bin/bash
readonly APP_VERSION="1.0.2"
echo "当前应用版本: ${APP_VERSION}"

# 尝试修改将导致错误
# APP_VERSION="1.0.3"

# 尝试删除也将导致错误
# unset APP_VERSION

• 删除变量 (unset):
  使用 unset 命令可以彻底删除一个变量 (包括其名称和值)。注意： readonly 的变量无法被删除。

#!/bin/bash
tmp_dir="/tmp/my_app_temp"
echo "临时目录: ${tmp_dir}"

unset tmp_dir

echo "删除后的临时目录: ${tmp_dir}" # 此处将输出空行

二、变量的作用域

变量的有效范围 (作用域) 是脚本编程中的核心概念

2.1 本地变量

• 定义方式: 默认通过 variable_name=value 定义的都是本地变量。
• 作用范围: 仅在创建它的当前 Shell 进程中有效。
• 继承性: 无法被当前 Shell 启动的子进程 (如执行另一个脚本) 自动继承。

#!/bin/bash
# 定义本地变量
my_secret="这是我的小秘密"
echo "父脚本中的秘密: ${my_secret}"

# 启动一个子Shell
bash -c 'echo "子Shell中能看到秘密吗？ ${my_secret}"' # 此处 ${my_secret} 为空

2.2 环境变量 与 export 命令

• 作用范围: 在当前 Shell 及其启动的所有子进程中都有效。
• 继承性: 可以被子进程继承。
• export 命令: 该命令用于将一个本地变量 “发布” 或 “导出” 为环境变量，使其能够被子进程访问。

export 的两种用法:

1. 先定义，后导出:

my_local_var="初始值"
export my_local_var

2. 定义并同时导出 (更常用):

export SHARED_CONFIG_PATH="/etc/my_app/config"

• 验证继承性:

#!/bin/bash
local_info="只在父脚本可见"
export shared_info="父子都能看到"

echo "父脚本中的本地信息: ${local_info}"
echo "父脚本中的共享信息: ${shared_info}"

# 启动子Shell来验证
bash -c 'echo "子Shell中的本地信息: ${local_info}"; echo "子Shell中的共享信息: ${shared_info}"'
# 输出显示：子Shell中local_info为空，但shared_info有值！

• 查看环境变量: 使用 env 或 printenv 命令可以列出当前所有的环境变量。

2.3 让环境变量“永久生效”

通过 export 设置的环境变量是临时的，随当前 Shell 会话关闭而失效。要使其永久生效，需要将其写入Shell的配置文件。

常用配置文件 (Bash):

~/.bashrc: 常用。每次打开新的交互式终端时加载。适合个人常用的环境变量。
~/.bash_profile: 用户登录时加载一次。
/etc/profile: 最常用。系统全局配置，影响所有用户。

配置步骤:
1. 用文本编辑器打开配置文件 (如 vim /etc/profile)
2. 在文件末尾添加 export 命令：

export JAVA_HOME="/usr/lib/jvm/java-11-openjdk-amd64"
export PATH=$PATH:$JAVA_HOME/bin

3.保存并退出
4. 使配置立即生效，执行 source /etc/profile 或重新打开一个终端

2.4 作用域总结

三、预定义与特殊变量

Shell 预先定义了一些特殊变量，它们在特定上下文中有固定含义。

• 位置参数变量:

#!/bin/bash
# 文件名: show_params.sh
echo "脚本名 (\$0): $0"
echo "第一个参数 (\$1): $1"
echo "第二个参数 (\$2): $2"
# 执行: ./show_params.sh apple banana

• 特殊含义变量:

#!/bin/bash
# 文件名: special_vars.sh
echo "收到参数个数 (\$#): $#"
ls /no_such_dir
echo "上个命令的退出状态码 (\$?): $?"
echo "本脚本的进程号 (\$\$): $$"

四、字符串操作

Shell 提供了内置的、强大的字符串处理能力。

4.1 获取字符串长度

使用 ${#variable_name} 语法。

#!/bin/bash
sentence="学习 Shell 很有趣！"
len=${#sentence}
echo "字符串 '${sentence}' 的长度是: ${len}"

4.2 提取子字符串

使用 ${variable_name:offset:length} 语法。

#!/bin/bash
full_url="https://example.com/products/item123"
protocol=${full_url:0:5}
echo "协议是: ${protocol}"
product_id=${full_url:26}
echo "产品ID是: ${product_id}"

4.3 字符串替换

• ${variable/pattern/replacement}: 只替换第一个匹配。
• ${variable//pattern/replacement}: 替换所有匹配。

#!/bin/bash
raw_text="path is /home/user/data dir"
fixed_text=${raw_text/path is/directory is}
echo "修正后的文本: ${fixed_text}"
no_spaces=${raw_text// /_}
echo "无空格版本: ${no_spaces}"

4.4 字符串删除 (裁剪)

• ${variable#pattern}: 从开头删除最短匹配。
• ${variable##pattern}: 从开头删除最长匹配。
• ${variable%pattern}: 从结尾删除最短匹配。
• ${variable%%pattern}: 从结尾删除最长匹配。
  pattern 可以使用 * 通配符。

#!/bin/bash
filepath="/var/log/httpd/access.log"
# 从开头删除最短的 */
filename=${filepath#*/} # var/log/httpd/access.log
# 从开头删除最长的 */
basename=${filepath##*/} # access.log
# 从结尾删除最短的 .*
name_no_ext=${basename%.*} # access
# 从结尾删除最长的 /
dirname=${filepath%/*} # /var/log/httpd
echo "文件名: ${basename}"
echo "目录名: ${dirname}"
echo "无后缀名: ${name_no_ext}"

练习题

题目：

1. 以下哪个 Shell 变量定义是错误的，为什么？
   A. my_var=hello
   B. _value="some text"
   C. count = 10
   D. message='Error code: $?'
2. 假设有变量 filename="data.csv"，如何安全地将其与字符串 _backup 拼接成 data.csv_backup？
3. 本地变量和环境变量在被子进程继承方面有什么关键区别？哪个命令用于将本地变量变为环境变量？
4. 一个脚本 run.sh 被这样调用：./run.sh first "second arg" third。在 run.sh 内部，变量 $# 的值是什么？
5. 执行一个不存在的命令 non_exist_cmd 后，$? 的值通常是什么 (一个非零值)？
6. 当脚本的参数是 "文件 1.txt" 和 "文件 2.txt" 时，for i in "$*" 和 for i in "$@" 遍历的结果有何不同？
7. 如何获取变量 address="北京市海淀区" 的长度？
8. 给定 version_str="app-1.0.5-release"，如何提取出中间的版本数字 1.0.5？
9. 如何将字符串 path_var="/usr/bin:/usr/local/bin:/bin" 中所有的冒号 : 替换为空格 ？
10. readonly my_const="cannot_change" 执行后，再执行 unset my_const 会发生什么？
11. my_var="value" 和 unset my_var 之后，echo ${my_var} 的输出有何不同？
12. 如何将一个名为 API_TOKEN 的本地变量传递给一个用 python my_script.py 启动的子进程？
13. echo $$ 命令会输出什么？
14. 给定 full_path="/home/user/documents/report.docx"，如何只提取出文件名 report.docx？
15. 给定 full_path="/home/user/documents/report.docx"，如何只提取出目录路径 /home/user/documents？

答案与解析：

1. 答案： C. count = 10 是错误的。
   解析: Shell 变量赋值时，等号 = 两边绝对不能有空格。正确写法应为 count=10。
2. 答案： ${filename}_backup
   解析: 推荐使用花括号 {} 来明确界定变量名，防止 Shell 将 _backup 视为变量名的一部分。
3. 答案： 本地变量 不会被子进程继承，而环境变量 可以被子进程继承。export 命令用于将本地变量变为环境变量。
4. 答案： $# 的值是 3。
   解析: "second arg" 因为被双引号包围，被视为一个独立的、完整的参数。
5. 答案： $? 的值会是一个非零值 (通常是127，表示 “command not found”)。
   解析: $? 记录上一个命令的退出状态码。0 代表成功，任何非零值都表示某种形式的失败。
6. 答案：
   for i in "$*": 循环只执行一次，变量 i 的值是整个字符串 "文件 1.txt 文件 2.txt"。
   for i in "$@": 循环会执行两次。第一次 i 是 "文件 1.txt"，第二次 i 是 "文件 2.txt"。"$@" 更适合逐个处理带空格的参数。
7. 答案： ${#address}
   • 解析: ${#variable} 是获取字符串长度的标准语法。
8. 答案： ${version_str:4:5}
   解析: 从索引4 (第5个字符) 开始，提取5个字符。
9. 答案： ${path_var//:/ }
   解析: 双斜杠 // 表示全局替换 (替换所有匹配项)。
10. 答案： 会报错，提示变量是只读的，无法被unset。
    解析: readonly 属性保护变量不被修改或删除。
11. 答案： my_var="value" 后 echo 输出 value。unset my_var 后 echo 输出一个空行。
    解析: unset 彻底移除了变量，而不仅仅是将其值设为空。
12. 答案：

export API_TOKEN="your_token_here"
python my_script.py

• 解析: 必须先使用 export 将 API_TOKEN 提升为环境变量，这样 python 这个子进程才能继承并访问它。

13. 答案： 会输出当前正在执行 echo 命令的那个 Shell 进程的进程ID (PID)。
14. 答案： ${full_path##*/}
    解析: ##*/ 表示从字符串开头 (##) 删除最长匹配 */ (任何字符直到最后一个斜杠) 的部分。
15. 答案： ${full_path%/*}
    解析: %/* 表示从字符串结尾 (%) 删除最短匹配 /* (一个斜杠及后面的所有字符) 的部分。