章節概覽#

本章介紹 Shell Script（也稱為 Bourne shell script）的基礎知識。Shell script 是一系列寫在檔案中的命令，shell 會像你在終端機輸入一樣逐行讀取並執行。本章涵蓋了 quoting、變數、條件判斷、迴圈、命令替換、暫存檔管理等核心概念，以及一些實用的 shell script 工具程式。

11.1 Shell Script 基礎#

Shell script 通常以 shebang 開頭，指定要用哪個程式來執行腳本：

#!/bin/sh

• #! 稱為 shebang，告訴 kernel 使用 /bin/sh 來執行此腳本
• 除了 shebang 之外，以 # 開頭的行為註解（comment）
• 建立腳本後需設定執行權限：

chmod +rx script

• 可以將腳本放在 command path 中的目錄裡，或使用 ./script 來執行

Shebang 不一定要是 #!/bin/sh，也可以用 #!/usr/bin/python 或 #!/usr/bin/env python 等來指定其他直譯器。env 會在目前的 command path 中搜尋指定的程式。

11.1.1 Shell Script 的限制#

Shell script 擅長簡化與自動化檔案操作等任務，但有其限制：

• 不適合複雜的字串處理、大量算術運算或存取複雜資料庫
• 對於需要函式或複雜控制流程的場景，建議使用 Python、Perl、awk 或 C 語言
• 應保持 shell script 簡短，Bourne shell script 不適合寫得太龐大

11.2 Quoting 與 Literals#

Shell 在執行命令前會進行變數替換和 glob 展開，因此正確使用引號非常重要。

11.2.1 Literals#

Literal 是你希望 shell 不做任何解析、直接傳遞的字串。需要保護的字元包括 $、*、; 等。

11.2.2 Single Quotes（單引號）#

• 最簡單的方式建立 literal
• 單引號之間的所有字元（包括空格）被視為單一參數
• Shell 不會對單引號內的內容做任何替換

grep 'r.*t' /etc/passwd

11.2.3 Double Quotes（雙引號）#

• 與單引號類似，但 shell 會展開變數（$）
• 不會展開 glob（*）

echo "There is no * in my path: $PATH"

11.2.4 Literal Single Quotes（處理單引號字面值）#

在 literal 中使用單引號本身比較棘手，有兩種方式：

• 使用 backslash：echo I don\'t like contractions
• 將單引號放在雙引號中：echo "I don't like contractions inside shell scripts."

如果需要引用包含單引號的完整字串且不做替換：先將所有 ' 替換為 '\''，再用單引號包住整個字串。

11.3 Special Variables（特殊變數）#

Shell script 使用特殊變數來存取命令列參數與執行狀態。

11.3.1 Individual Arguments: $1, $2, …#

• $1、$2 等代表腳本的第一個、第二個參數
• 使用 shift 命令可移除 $1，讓 $2 變成 $1，依此類推

#!/bin/sh
echo First argument: $1
echo Third argument: $3

11.3.2 Number of Arguments: $##

• $# 保存傳入腳本的參數數量
• 當 $# 為 0 時，表示沒有剩餘參數

11.3.3 All Arguments: $@#

• $@ 代表腳本的所有參數，常用於將參數傳遞給腳本中的其他命令

#!/bin/sh
gs -q -dBATCH -dNOPAUSE -dSAFER -sOutputFile=- -sDEVICE=pnmraw $@

如果腳本中的命令行太長，可以使用 backslash（\）換行。

11.3.4 Script Name: $0#

• $0 保存腳本名稱，適用於產生診斷訊息
• 錯誤訊息應導向 standard error：

echo $0: bad option $BADPARM 1>&2

11.3.5 Process ID: $$#

• $$ 保存目前 shell 的 process ID

11.3.6 Exit Code: $?#

• $? 保存上一個命令的 exit code

11.4 Exit Codes#

當 Unix 程式結束時，會留下一個數值型的 exit code（又稱 exit value）：

• 0 表示成功
• 非 0 通常表示錯誤

$ ls / > /dev/null
$ echo $?
0
$ ls /asdfasdf > /dev/null
$ echo $?
1

使用 $? 時必須在命令執行後立即取用或儲存，因為下一個命令會覆蓋它。

• 在腳本中遇到錯誤需中止時，使用 exit 1 回傳非零 exit code
• 某些程式（如 diff、grep）使用非零 exit code 表示正常狀態（例如 grep 找不到匹配回傳 1），真正的錯誤用 exit code 2

11.5 Conditionals（條件判斷）#

if/then/else#

#!/bin/sh
if [ $1 = hi ]; then
    echo 'The first argument was "hi"'
else
    echo -n 'The first argument was not "hi" -- '
    echo It was '"'$1'"'
fi

• [ 是一個實際的程式（等同 test 命令），用於執行條件測試
• if 執行 [ 後的命令，根據其 exit code 決定走 then 或 else 分支
• 分號 ; 在 then 前是必要的（除非 then 另起一行）

11.5.1 空參數列的處理#

當 $1 可能為空時，[ = hi ] 會產生錯誤。解決方式：

if [ "$1" = hi ]; then
if [ x"$1" = x"hi" ]; then

11.5.2 使用其他命令做測試#

不限於 [ 命令，任何命令都可以用作 if 的測試條件：

if grep -q daemon /etc/passwd; then
    echo The daemon user is in the passwd file.
fi

11.5.3 elif#

使用 elif 串接多個條件判斷：

if [ "$1" = "hi" ]; then
    echo 'The first argument was "hi"'
elif [ "$2" = "bye" ]; then
    echo 'The second argument was "bye"'
else
    echo 'Neither condition matched'
fi

不要過度使用 elif，case 語法通常更適合多條件匹配。

11.5.4 Logical Constructs（邏輯運算）#

• &&（AND）：command1 && command2 — command1 成功才執行 command2
• ||（OR）：command1 || command2 — command1 失敗才執行 command2
• 在 [ 內可使用 -a（AND）和 -o（OR）
• 使用 ! 反轉測試結果（logical NOT）

11.5.5 Testing Conditions（測試條件）#

test（[）命令支援三類測試：

File Tests（檔案測試）

• Binary operators：-nt（newer than）、-ot（older than）、-ef（同一 inode）

String Tests（字串測試）

Arithmetic Tests（算術測試）

• = 比較的是字串相等性，不是數值。[ 1 = 1 ] 為真，但 [ 01 = 1 ] 為假
• 數值比較使用：-eq、-ne、-lt、-gt、-le、-ge

11.5.6 case#

case 語法適合做字串的 pattern matching，不執行 test 命令：

#!/bin/sh
case $1 in
    bye)
        echo Fine, bye.
        ;;
    hi|hello)
        echo Nice to see you.
        ;;
    what*)
        echo Whatever.
        ;;
    *)
        echo 'Huh?'
        ;;
esac

• 使用 | 匹配多個字串，使用 * 和 ? 做 pattern matching
• *) 為預設的 catch-all case
• 每個 case 以 ;; 結尾

11.6 Loops（迴圈）#

Bourne shell 有 for 和 while 兩種迴圈。

11.6.1 for Loops#

#!/bin/sh
for str in one two three four; do
    echo $str
done

• for 將變數依序設為 in 後面的每個值，執行 do 和 done 之間的命令

11.6.2 while Loops#

while 迴圈使用 exit code 判斷是否繼續：

#!/bin/sh
FILE=/tmp/whiletest.$$;
echo firstline > $FILE

while tail -10 $FILE | grep -q firstline; do
    echo -n Number of lines in $FILE:' '
    wc -l $FILE | awk '{print $1}'
    echo newline >> $FILE
done

rm -f $FILE

• 當測試的 exit code 為非零時，迴圈結束
• 可用 break 跳出 while 迴圈
• 也有 until 迴圈，在 exit code 為零時跳出（與 while 相反）

如果你發現需要頻繁使用 while/until 迴圈，可能應該考慮使用 Python 或 awk 等更適合的語言。

11.7 Command Substitution（命令替換）#

使用 $() 語法將命令的 standard output 捕獲到變數中或作為另一個命令的參數：

#!/bin/sh
FLAGS=$(grep ^flags /proc/cpuinfo | sed 's/.*://' | head -1)
echo Your processor supports:
for f in $FLAGS; do
    case $f in
        fpu)    MSG="floating point unit"
                ;;
        3dnow)  MSG="3DNOW graphics extensions"
                ;;
        *)      MSG="unknown"
                ;;
    esac
    echo $f: $MSG
done

• 可在 command substitution 中使用單引號和 pipeline
• 避免在腳本中使用 $(ls)，直接用 shell glob（*）更快
• 傳統語法使用 backtick（`），但 $() 是較新的 POSIX 標準，更易讀

如果需要對多個檔案執行命令，建議使用 pipeline 搭配 xargs，或 find -exec，而非 command substitution。

11.8 Temporary File Management（暫存檔管理）#

使用 mktemp 建立唯一的暫存檔名，避免檔名衝突：

#!/bin/sh
TMPFILE1=$(mktemp /tmp/im1.XXXXXX)
TMPFILE2=$(mktemp /tmp/im2.XXXXXX)

cat /proc/interrupts > $TMPFILE1
sleep 2
cat /proc/interrupts > $TMPFILE2
diff $TMPFILE1 $TMPFILE2
rm -f $TMPFILE1 $TMPFILE2

• mktemp 會將模板中的 XXXXXX 替換為唯一字串
• 如果腳本被中斷，暫存檔可能會遺留。使用 trap 來處理清理：

trap "rm -f $TMPFILE1 $TMPFILE2; exit 1" INT

使用 trap 時必須在 handler 中加上 exit，否則腳本會在執行完 signal handler 後繼續運行。

11.9 Here Documents#

Here document 用於在腳本中嵌入大段文字，避免使用多個 echo：

#!/bin/sh
DATE=$(date)
cat <<EOF
The output above is from the Unix date command.
It's not a very interesting command.
Date: $DATE
EOF

• <<EOF 將後續內容重導向到前面命令的 standard input
• 遇到獨立一行的 EOF 時停止重導向
• marker 可以是任意字串，但慣例使用全大寫
• Shell 會展開 here document 中的變數

11.10 Important Shell Script Utilities#

11.10.1 basename#

basename 用於從路徑中去除目錄或副檔名：

$ basename example.html .html    # 輸出: example
$ basename /usr/local/bin/example  # 輸出: example

• 常用於批次轉換檔案格式的腳本中

11.10.2 awk#

awk 是一個強大的程式語言，但常見用途是從輸入串流中擷取特定欄位：

$ ls -l | awk '{print $5}'

• 上述命令印出 ls -l 輸出的第五個欄位（檔案大小）

11.10.3 sed#

sed（stream editor）是自動化文字編輯器，從輸入串流讀取、修改並輸出結果：

• 替換文字：sed 's/exp/text/'
• 全域替換：sed 's/:/%/g' /etc/passwd
• 刪除特定行：sed 3,6d /etc/passwd
• 刪除匹配行：sed '/exp/d'
• 不指定檔案時，sed 從 standard input 讀取，常用於 pipeline 中

11.10.4 xargs#

xargs 用於對大量檔案逐一執行命令：

$ find . -name '*.gif' -print | xargs file

• 搭配 find -print0 和 xargs -0 可正確處理含空格或換行的檔名：

$ find . -name '*.gif' -print0 | xargs -0 file

• 替代方案：find -exec

$ find . -name '*.gif' -exec file {} \;

使用 xargs 時，如果目標檔名可能以 - 開頭，在 xargs 命令後加上 -- 以避免被誤認為選項。

11.10.5 expr#

expr 用於在 shell script 中做算術運算：

$ expr 1 + 2    # 輸出: 3

• expr 速度慢且笨拙，如果頻繁使用算術運算，建議改用 Python

11.10.6 exec#

exec 是一個 built-in shell 命令，用當前 shell 的 process 替換為指定程式：

• 執行 exec 後，原本的 shell 和腳本就消失了，被新命令取代
• 適用於節省系統資源的場景

11.11 Subshells#

Subshell 是在括號中建立的一個新 shell process，擁有父 shell 環境的副本。當 subshell 結束時，其中的環境變更會消失，不影響父 shell：

$ (cd uglydir; uglyprogram)

• 常用於臨時切換目錄或修改環境變數：

$ (PATH=/usr/confusing:$PATH; uglyprogram)

• 有一個簡化語法可以在不使用 subshell 的情況下臨時修改環境變數：

$ PATH=/usr/confusing:$PATH uglyprogram

• Pipe 和背景行程也可與 subshell 搭配使用
• 範例：使用 tar 搭配 subshell 複製目錄並保留權限：

$ tar cf - orig | (cd target; tar xvf -)

使用此類目錄複製命令前，請確認 target 目錄存在且與 orig 完全不同。

11.12 Including Other Files in Scripts#

使用 dot (.) operator 在腳本中引入其他檔案的內容：

. config.sh

• 這種方式也稱為 sourcing 一個檔案
• 適用於讀取共用的設定變數或定義
• 注意：這與執行另一個腳本不同 — sourcing 是在同一個 shell 中執行，而執行腳本會啟動新的 shell process

11.13 Reading User Input#

read 命令從 standard input 讀取一行文字並存入變數：

$ read var

• 可用於建立簡單的互動式腳本，例如提示使用者輸入或在危險操作前要求確認

11.14 何時（不）使用 Shell Scripts#

Shell 功能豐富，本章僅涵蓋其中重要的部分。以下是使用建議：

• Shell script 適合簡化和自動化日常檔案操作任務
• 對於複雜的字串處理、算術運算、資料庫存取等，應使用 Python、Perl、awk 或 C 語言
• 如果 shell script 變得過長或過於複雜，這通常是一個信號：你應該換用更合適的程式語言