Shell 之变量（三）

[toFrankie]

上一篇：Shell 之变量

一、前言

Shell 脚本语言是一门弱类型语言。实际上，它并没有数据类型的概念，无论你输入的是字符串还是数字，都是按照字符串类型来存储的。

至于是什么类型，Shell 会根据上下文去确定具体类型。

举个例子：

$ sum=1+2
$ echo $sum
1+2

👆 以上示例，Shell 认为 1+2 是字符串，而不是算术运算之后将结果再赋值给变量 sum。

如果你要进行算术运算，可以用 let 命令或 expr 命令。

$ let sum=1+2
$ echo $sum
3

👆 根据 let 命令，Shell 确定了你想要的是算术运算，因此就能得到 3。

如果非要划分的话，可以有：「字符串」、「布尔值」、「整数」和「数组」。

二、字符串

在 Shell 中，最常见的就是字符串类型了。注意几点：

• 当字符串不包含「空白符」，引号是可选的。若原意就是表示一个字符串，而非整数或数组时，建议使用引号。
• 由单引号包裹的字符，都会原样输出。且单引号包裹的内容不允许再出现单引号，转义也不行。
• 由双引号包裹的字符，一些特殊字符（主要有 $、`、\）会进行扩展或转义。
• 若要在双引号内输出 $、`、\、" 字符，使用反斜杠 \ 进行转义即可。

关于引号的用法，推荐看下 👉 Google Shell Style Guide - quoting。

举个例子：

# ✅
str=Frankie
str='Frankie' # 推荐
str="Frankie"
str="Frankie's" # 推荐
str="Frankie's MacBook Pro" # 推荐
str='Frankie"s MacBook Pro' # 推荐

👆 以上示例语法上是允许的，👇 以下则是错误示例。

# ❌
str='Frankie's MacBook Pro'

2.1 获取字符串长度

语法为 ${#变量名}，且 {} 是必须的。

$ str='Frankie'
$ echo ${#str} 
7

2.2 截取子串

语法为 ${变量名:起始位置:截取长度}，注意起始位置从 0 开始计算。

• 若省略截取长度，表示截取从起始位置开始到结尾的子串。
• 起始位置可以是负数，但负数前面必须要要有一个空格，以免与设置变量默认值 ${foo:-hello} 的语法混淆。
• 截取长度可以是负值，表示要排除从字符末尾开始的 N 个字符。

以上操作，不会改变原字符串，类似 JavaScript 的 Array.prototype.substr() 方法。

比如 ${str:6:5}，在变量 str 中截取第 6 位（包含）开始，长度为 5 的子串。

$ str='Hello Shell!'
$ echo ${str:6:5}
Shell

👆 以上 ${str:6:5} 可以替换为 ${str: -6:-1}，表示截取变量 str 中倒数第 6 位（包含）开始，到倒数第 1 个之前的子串。

2.3 字符串搜索与替换

Shell 提供了多种搜索、替换的方法。

具体看这一篇：Bash 字符串操作。请注意，替换方法只有贪婪匹配模式。

2.4 大小写转换

利用 tr（transform）命令，可实现大小写转换。

$ str='Frankie'
$ echo $str | tr 'a-z' 'A-Z'
FRANKIE
$ echo $str | tr 'A-Z' 'a-z'
frankie

三、布尔值

定义布尔值跟字符串一样 👇

truth=true
falsy=false

注意条件判断即可，举个例子：

bool=false
if $bool; then
  echo 'Done'
fi

👆 以上示例，只有变量 bool 的值为 false，才会进入 then 语句输出 Done。就算是 bool 未定义、或变量被删除了、或者 bool 的值为空字符，都不会进入 then 语句。

因此，布尔值正确的判断方式，应使用 test 命令，或使用 test 的简写语法 [ ] 或 [[ ]]。比如：

bool=false

if [ $bool = true ]; then
  echo 'Done'
fi

if [ $bool = false ]; then
  echo 'Error'
fi

👆 以上判断方式，只有当变量 bool 的值为 true 或 false 时，才会命中条件。

四、整数

4.1 算术运算

在 Shell 有两种语法可以进行算术运算。

• (( ... ))。
• $[ ... ] - 此为旧语法。

其中 (( ... )) 内部的空白符会被忽略，因此 ((1+1)) 和 (( 1 + 1 )) 是一样的。

(( ... )) 语法不返回值，只要运算结果不为 0，则表示命令执行成功，否则表示命令执行失败。

若要获取运算结果，需在前面加上 $，即 $(( ... ))，使其变成算术表达式，返回运算结果。

$ echo $((1 + 1))
2

(( ... )) 支持这些运算操作：加减乘除、取余（%）、指数（**）、自增（++）、自减（--）。

注意点：

1. (( ... )) 内部可使用圆括号 () 来改变运算顺序，亦可嵌套。
2. (( ... )) 内部的变量无需添加 $，因此里面的字符串会被认为是变量。
3. (( ... )) 内部使用了不存在的变量，不会报错。在 Shell 中访问不存在的变量会返回空值，此时 (( ... )) 会将空值当作 0 处理。
4. 除法运算的结果总是「整数」。比如 $((5 / 2)) 结果为 2，而不是 2.5。
5. (( ... )) 和 $[ ... ] 语法，都只能做「整数」的运算，否则会报错。
6. (( ... )) 可以执行赋值运算，比如 $((a = 1)) 会将变量 a 赋值为 1。

4.2 expr 命令

expr 是一个表达式计算工具。支持：

• 加法运算：+
• 减法运算：-
• 乘法运算：\*
• 除法运算：/
• 取模运算：%

注意，这里乘法运算 \* 要加 \ 转义，否则 Shell 解析特殊符号。还有，非整数参与运算会报错哦！

$ sum=$(expr 1 + 2)
$ echo $sum
3

4.3 let 命令

let 命令用于将算术运算的结果，赋予一个变量。

$ let sum=1+2
$ echo $sum
3

👆 以上示例，使得变量 sum 等于 1+2 的运算结果。注意，sum=1+2 里面不能有空格。

4.4 小数运算

以上 (( ... )) 和 expr 命令均不支持小数运算，如果想进行小数运算，可以借助 bc 计算器或者 awk 命令。

$ echo 'scale=4; 10/3' | bc
3.3333

👆 其中 scale=4 表示保留四位小数。

4.5 逻辑运算

(( ... )) 也提供了逻辑运算：

• < 小于
• > 大于
• <= 小于或相等
• >= 大于或相等
• == 相等
• != 不相等
• && 逻辑与
• || 逻辑或
• ! 逻辑否
• expr1 ? expr2 : expr3 三元条件运算符。若表达式 expr1 的计算结果为非零值（算术真），则执行表达式
  expr2 ，否则执行表达式 expr3。

当逻辑表达式为真，返回 1，否则返回 0。

五、数组

在 Shell 中，可以用数组来存放多个值，数组元素之间通过「空格」隔开。只支持一维数组，不支持多维数组。

在读取数组成员、遍历数组等方面，bash、zsh 之间会有一定的区别。

5.1 数组起始索引

现代高级编程语言中，它们的数组起始索引多数都是 0。
但在 Shell 编程语言中，不同的 Shell 解析器其数组起始索引（下标）可能是不同的。比如 bash 的起始索引 0，zsh 的起始索引是 1。

👇 摘自 StackExchange：

Virtually all shell arrays (Bourne, csh, tcsh, fish, rc, es, yash) start at 1. ksh is the only exception that I know (bash just copied ksh).

这样看，起始索引为 1 的 Shell 解析器占多数。对于习惯了从 0 开始的我来说，这一点是有的难以接受的。关于数组起始索引，有兴趣的可看：CITATION NEEDED。

arr[0]=a
arr[1]=b

👆 以上示例，使用 bash 去解析是没问题的。但用 zsh 解析时，就会报错：assignment to invalid subscript range。因为 zsh 的起始索引是 1 开始的，所以索引 0 是一个不合法的下标。

5.2 创建数组

可使用以下几种方式来创建数组：

# 创建空数组
arr=()

# 创建数组，按顺序赋值
arr=(val1 val2 ... valN)

# 创建数组，逐项添加
arr[0]=val1
arr[1]=val2
arr[2]=val3

# 创建数组，不按顺序赋值
arr=([2]=val3 [0]=val1 [1]=val2)

# 创建稀疏数组
arr=(val1 [2]=val3 val4)

注意几点：

• 没有赋值的数组元素其默认值是空字符串。
• 以上 [2]=val3 形式不允许有空格。
• 元素之间使用空格隔开。

前面提到，不同类型的 Shell 的起始索引可能是不一样的，因此以上采用 [0]、[1]、[2] 等方式设置指定项的值，其表示的第几项元素可能是不相同的。

还可以这样 👇

# 可使用通配符，将当前目录的所有 MP3 文件，放入一个数组
$ mp3s=(*.mp3)

# 用 declare 声明一个关联数组，其索引除了支持整数，也支持字符串。
$ declare -a ARRAYNAME

5.3 读取数组长度

前面介绍过，读取字符串长度的语法为 ${#变量名}，数组也是类似的。
但要借助数组的特殊索引 @ 和 *，将数组扩展成列表，然后再次使用 # 获取数组的长度。语法有以下两种：

${#array[*]}
${#array[@]}

arr1=(a b c)
arr2=('aa 00' 'bb 11' 'cc 22')

echo ${#arr1[*]}
echo ${#arr1[@]}

echo ${#arr2[*]}
echo ${#arr2[@]}

👆 以上结果均输出 3。

如果是读取数组某项的长度，则使用 ${#数组变量名[下标]} 的形式。比如：

arr[10]=foo
echo ${#arr[10]}

👆以上输出 3，它读取的是索引为 10 的元素的值的长度。

5.4 读取数组单个成员

其语法为 ${数组变量[下标]}，比如：

$ arr=(a b c)
$ echo ${arr[1]}

👆 基于起始索引的问题，${arr[1]} 输出值可能是 a，也可能是 b。
注意，里面的 {} 不能省略，否则 $arr[1] 在 bash 里输出位 a[1]，相当于 $arr 的值与字符串 [1] 连接，因此结果是 a[1]。

注意以下语法：

$ arr=(a b c)
$ echo $arr

👆 在 zsh 中，可以输出数组所有项，即 a b c，在 bash 则是输出数组第一项，即 a。

若想在各种 Shell 环境下统一，最合理的做法是什么呢？使用类似截取字符串子串的语法：

${array[@]:offset:length}

其中 array[@] 表示所有元素，offset 表示偏移量（总是从 0 开始），length 表示截取长度。这种语法在不同 Shell 环境下总能获得一致行为。因此 ${arr[@]:0:1} 总能正确地取到数组的第一项。

因此，需要兼容 bash 和 zsh 时，应使用 ${array[@]:offset:length} 语法而不是 ${array[subscript]} 语法。

5.5 读取数组所有成员

利用数组的特殊索引 @ 和 *，它们返回数组的所有成员。

$ arr=(a b c)
$ echo ${arr[@]}
$ echo ${arr[*]}

👆 以上 ${arr[@]} 和 ${arr[*]} 都输出数组所有成员 a b c。因此，利用这两个特殊索引，可配合 for 循环来遍历数组。

for item in "${arr[@]}"; do
  echo $item
done

5.6 ${arr[@]} 和 ${arr[*]} 细节区别

其差异，主要体现在 for 循环上。

示例一：

arr=('aa 00' 'bb 11' 'cc 22')

echo 'use @, with double quote:'
for item in "${arr[@]}"; do
  echo "--> item: $item"
done

echo 'use @, without double quote:'
for item in ${arr[@]}; do
  echo "--> item: $item"
done

👆 都是使用了 @，区别在于 ${arr[@]} 外层是否使用了「双引号」。bash 输出如下：👇

use @, with double quote:
--> item: aa 00
--> item: bb 11
--> item: cc 22

use @, without double quote:
--> item: aa
--> item: 00
--> item: bb
--> item: 11
--> item: cc
--> item: 22

这里用高级语言来类比：首先，原数组是 ['aa 00', 'bb 11', 'cc 22']。如果带双引号 "${arr[@]}"，遍历的是原数组。如果不带双引号 ${arr[@]}，相当于内部隐式地做了一次「扁平化」操作，使其变成 ['aa', '00', 'bb', '11', 'cc', '22'] 形式，最终遍历的是扁平化后的产物。

因此，在遍历数组时，若使用 @ 索引，应该要使用双引号，以保持原有数组的结构。

示例二：

arr=('aa 00' 'bb 11' 'cc 22')

echo 'use *, with double quote:'
for item in "${arr[*]}"; do
  echo "--> item: $item"
done

echo 'use *, without double quote:'
for item in ${arr[*]}; do
  echo "--> item: $item"
done

👆 都是使用了 *，区别在于 ${arr[*]} 外层是否使用了「双引号」。bash 输出如下：👇

use *, with double quote:
--> item: aa 00 bb 11 cc 22

use *, without double quote:
--> item: aa
--> item: 00
--> item: bb
--> item: 11
--> item: cc
--> item: 22

从结果上看， "${arr[*]}" 把数组所有项当成了一个整体，遍历时只有一项。而不带双引号时， ${arr[*]} 与 ${arr[@]} 行为一致，都把原数组扁平化了。

对于类似 arr=(a b c) 的数组（即数组每一项不包含空白符）， 循环中 "${arr[@]}"、 ${arr[@]}、${arr[*]} 行为都是一致的，而 "${arr[*]}" 同样是把原数组所有项当做一个整体了。

提一下，上述示例输出结果均在 bash 下执行。但在 zsh 环境下，这三种 "${arr[@]}"、 ${arr[@]}、${arr[*]} 形式，都能「正确」遍历原数组，不会扁平化。

基于以上细微差异，遍历数组的最佳实践是：应使用 @，且要带上「双引号」。

5.7 截取数组

其实前面已经提到过了，其语法就是：${array[@]:offset:length}。比如：

$ fruits=(apple banana lemon pear plum orange watermelon)
$ echo "${fruits[@]:3:2}"
pear plum

其中 offset 为偏移量（总是从 0 开始），length 表示截取长度。它不会改变原数组，类似于 JavaScript 的 Array.prototype.slice() 方法。${array[@]:offset:1} 也是获取数组中某项最兼容的写法。

若 length 省略，截取从 offset 开始到结尾的数组项。其中 offset 和 length 也支持负值，类似字符串截取，这里不再展开。

5.8 追加数组成员

数组末尾追加成员，可以使用 += 赋值操作符，会自动把值最佳到数字末尾。

$ arr1=(a b c)
$ arr1+=(d e)
$ echo "${arr1[@]}"
a b c d e

注意 += 前后不能有空格，若追加多项元素，则使用空格隔开。
如果知道了数组下标，也可以使用 arr[index]=xxx 形式添加。但注意若 index 位置已有元素，则会产生覆盖效果。

5.9 删除数组成员

清空数组，应使用 unset 语法。比如：

$ arr=(a b c)
$ unset arr
$ echo "${arr[@]}"

对于 arr='' 这种形式，在 zsh 上可以起到清空数组的作用，而 bash 上是对数组第一项赋值为空字符串而已。

如是删除某项，可以这样：

$ arr=(a b c)
$ unset arr[1]
echo "${arr[@]}"

未完待续...