Shell 编程基础（上）：变量、管道、重定向

Shell 脚本基础

Shell 脚本是把多个命令写入文件，赋予执行权限后批量运行的程序。它是 Linux 自动化的核心工具。

#!/bin/bash
# 上面这行叫 Shebang，指定用 /bin/bash 解释执行

echo "Hello, Shell Script!"

变量

定义和使用

#!/bin/bash

# 定义变量（等号两边不能有空格！）
name="John"
age=25

# 使用变量（前面加 $）
echo "Name: $name"
echo "Age: $age"

# 使用变量（推荐加花括号，避免歧义）
echo "Hello, ${name}!"

# 只读变量（readonly）
readonly PI=3.14159
# PI=3.14  # 错误！不能修改

# 删除变量（不能删除只读变量）
unset name

特殊变量

变量含义示例
$0脚本名./script.sh
$1-$9第 1-9 个参数$1 是第一个参数
$#参数个数echo $#
$*所有参数（作为一个字符串）"$*" = "$1 $2 $3"
$@所有参数（作为多个字符串）"$@" = "$1" "$2" "$3"
$$当前进程 PIDecho $$
$?上一个命令的退出状态echo $?
$_上一个命令的最后一个参数echo $_
#!/bin/bash
# script.sh

echo "脚本名: $0"
echo "第 1 个参数: $1"
echo "第 2 个参数: $2"
echo "参数个数: $#"
echo "所有参数: $@"
echo "当前进程 PID: $$"

# 执行：./script.sh arg1 arg2
# 输出：
# 脚本名: ./script.sh
# 第 1 个参数: arg1
# 第 2 个参数: arg2
# 参数个数: 2
# 所有参数: arg1 arg2
# 当前进程 PID: 12345

环境变量 vs 局部变量

#!/bin/bash

# 局部变量（仅在当前 Shell/脚本有效）
local_var="I am local"

# 环境变量（子进程也能访问）
export GLOBAL_VAR="I am global"

# 查看所有环境变量
env

# 查看特定环境变量
echo $PATH
echo $HOME
echo $USER

管道（Pipe）

管道 | 把前一个命令的标准输出作为后一个命令的标准输入，是 Linux 哲学的核心。

# 基本管道
cat file.txt | grep "error"

# 多个管道串联
ps aux | grep nginx | grep -v grep | awk '{print $2}'

# 统计单词数
cat file.txt | wc -w

# 排序去重
cat file.txt | sort | uniq -c | sort -rn

管道实战

#!/bin/bash

# 场景 1：查找占用 CPU 最高的 5 个进程
ps aux | sort -k3 -rn | head -n 6 | tail -n 5

# 场景 2：统计当前目录下每种文件类型的数量
ls -l | awk '{print $1}' | sort | uniq -c | sort -rn

# 场景 3：查找最大的 10 个文件
find . -type f -exec ls -lh {} + | awk '{print $5, $9}' | sort -rh | head -n 10

# 场景 4：统计日志中每个 IP 的访问次数
cat access.log | awk '{print $1}' | sort | uniq -c | sort -rn | head -n 10

重定向

重定向改变命令的标准输入/输出/错误的目标。

标准流

流文件描述符默认目标符号
标准输入（stdin）0键盘<
标准输出（stdout）1终端> 或 1>
标准错误（stderr）2终端2>

输出重定向

#!/bin/bash

# 覆盖写入（>）
echo "Hello" > file.txt

# 追加写入（>>）
echo "World" >> file.txt

# 重定向标准错误（2>）
ls /notexist 2> error.log

# 同时重定向 stdout 和 stderr
ls /exist /notexist > output.log 2> error.log

# 合并 stderr 到 stdout（2>&1）
ls /exist /notexist > all.log 2>&1
# 或简写
ls /exist /notexist &> all.log

# 丢弃输出（重定向到 /dev/null）
command > /dev/null 2>&1

输入重定向

#!/bin/bash

# 从文件读取输入（<）
wc -l < file.txt

# 等价于
cat file.txt | wc -l

# Here Document（多行输入）
cat << EOF
This is line 1
This is line 2
EOF

# Here String（单行输入）
wc -w <<< "Hello World Linux"

重定向实战

#!/bin/bash

# 场景 1：运行程序，保存输出和错误
./program > output.log 2> error.log

# 场景 2：运行程序，合并输出和错误
./program > all.log 2>&1

# 场景 3：运行程序，丢弃所有输出
./program > /dev/null 2>&1

# 场景 4：同时输出到屏幕和文件（tee）
./program | tee output.log

# 场景 5：追加到日志
./program | tee -a log.txt

命令替换

命令替换把命令的输出作为另一个命令的参数。

#!/bin/bash

# 反引号方式（旧，不推荐）
echo "Today is `date +%Y-%m-%d`"

# $() 方式（推荐，可嵌套）
echo "Today is $(date +%Y-%m-%d)"

# 嵌套命令替换
echo "Files: $(ls $(pwd))"

# 把命令输出赋值给变量
current_date=$(date +%Y-%m-%d)
echo "Date: $current_date"

# 计算文件数量
file_count=$(ls | wc -l)
echo "Files in current directory: $file_count"

本篇小结

  • Shell 脚本第一行是 Shebang（#!/bin/bash），指定解释器
  • 变量定义：name="value"（等号两边不能有空格），使用：$name 或 ${name}
  • 特殊变量：$0 脚本名，$1-$9 参数，$# 参数个数，$@ 所有参数，$$ PID，$? 退出状态
  • export 定义环境变量，子进程可访问
  • 管道 |：前一个命令的 stdout 作为后一个命令的 stdin，可串联多个命令
  • 重定向：> 覆盖输出，>> 追加输出，2> 错误输出，2>&1 合并错误到输出，< 输入重定向
  • /dev/null：黑洞设备，丢弃输出；tee：同时输出到屏幕和文件
  • 命令替换：$(command) 或反引号，把命令输出作为参数或赋值给变量

动手实践

  1. 创建第一个脚本：

    cat > hello.sh
#!/bin/bash
echo "Hello, $USER!"
echo "Today is $(date)"
echo "Current directory: $(pwd)"
# Ctrl+D

chmod +x hello.sh
./hello.sh

  2. 带参数的脚本：

    cat > greet.sh
#!/bin/bash
echo "Hello, $1!"
echo "You are $2 years old."
echo "Total arguments: $#"
echo "All arguments: $@"
# Ctrl+D

chmod +x greet.sh
./greet.sh Alice 25

  3. 管道练习：

    # 统计 /bin 下有多少命令
ls /bin | wc -l

# 查找当前目录下最大的 5 个文件
ls -lh | sort -k5 -rh | head -n 6 | tail -n 5

# 统计 /etc/passwd 中每种 Shell 的用户数
awk -F: '{print $7}' /etc/passwd | sort | uniq -c | sort -rn

  4. 重定向练习：

    echo "Test" > test.txt
echo "Append" >> test.txt
cat test.txt

ls /notexist 2> error.log
cat error.log

ls /tmp /notexist > out.log 2>&1
cat out.log

ls /tmp /notexist > /dev/null 2>&1
echo "Silent execution done"

  5. 命令替换练习：

    echo "Current date: $(date)"
files=$(ls)
echo "Files: $files"
count=$(ls | wc -l)
echo "File count: $count"

  6. 思考：为什么 name = "value"（等号两边有空格）会报错？Shell 是如何解析这个语句的？2>&1 和 1>&2 有什么区别？