第二十七章：流量控制：使用 if 进行分支

在上一章中，我们遇到了一个问题。我们如何使报告生成器脚本适应运行该脚本的用户的权限？解决这个问题需要我们根据测试结果找到一种在脚本中“改变方向”的方法。在编程方面，我们需要程序分支。

让我们考虑一个用伪代码表示的逻辑的简单例子，这是一种用于人类消费的计算机语言的模拟。

X = 5 ​ If X = 5, then: ​ Say “X equals 5.” ​ Otherwise: ​ Say “X doesis not equal 5.”

这是一个分支的例子。根据条件，“如果X=5”做一件事，“说X等于5”，否则做另一件事“说X不等于5”。

if

使用shell，我们可以对前面的逻辑进行如下编码：

xxxxxxxxxx
x=5 
​
if [ "$x" -eq 5 ]; then 
    echo "x equals 5." 
else 
    echo "x does not equal 5." 
fi

或者我们可以直接在命令行中输入它（稍微缩短）。

xxxxxxxxxx
[me@linuxbox ~]$ x=5
[me@linuxbox ~]$ if [ "$x" -eq 5 ]; then echo "equals 5"; else echo "does not equal 5"; fi
equals 5
[me@linuxbox ~]$ x=0
[me@linuxbox ~]$ if [ "$x" -eq 5 ]; then echo "equals 5"; else echo "does not equal 5"; fi
does not equal 5

在这个例子中，我们执行命令两次；第一次，x的值设置为5，这会导致输出字符串“equals 5”，第二次，x值设置为0，这会输出字符串“does not equal 5”。

if 复合命令具有以下语法：

if commands; then ​ commands ​ [elif commands; then ​ commands...] ​ [else ​ commands] ​ fi

其中 commands 是命令列表。乍一看，这有点令人困惑。但在我们澄清这一点之前，我们必须看看shell如何评估命令的成功或失败。

退出状态

命令（包括我们编写的脚本和shell函数）在终止时向系统发出一个值，称为退出状态（exit status）。此值是0到255范围内的整数，表示命令执行的成功或失败。按照惯例，零值表示成功，任何其他值表示失败。shell提供了一个参数，我们可以使用它来检查命令的退出状态。在这里，我们看到它在行动：

xxxxxxxxxx
[me@linuxbox ~]$ ls -d /usr/bin
/usr/bin
[me@linuxbox ~]$ echo $?
0
[me@linuxbox ~]$ ls -d /bin/usr
ls: cannot access /bin/usr: No such file or directory
[me@linuxbox ~]$ echo $?
2

在这个例子中，我们执行 ls 命令两次。第一次，命令成功执行。如果我们显示参数 $? 的值，我们看到它是零。我们再次执行 ls 命令（指定一个不存在的目录），产生错误，并再一次检查参数 $? 。这次它包含一个2，表示命令遇到了错误。一些命令使用不同的退出状态值来提供错误诊断，而许多命令在失败时只是以值1退出。手册页通常包含一个名为“Exit Status”的部分，描述使用的代码。然而，零总是意味着成功。

shell提供了两个极其简单的内置命令，除了以0或1退出状态终止外，什么也不做。 true 命令总是成功执行， false 命令总是失败执行。

xxxxxxxxxx
[me@linuxbox ~]$ true
[me@linuxbox ~]$ echo $?
0
[me@linuxbox ~]$ false
[me@linuxbox ~]$ echo $?
1

我们可以使用这些命令来查看 if 语句是如何工作的。if语句真正做的是评估命令的成功或失败。

xxxxxxxxxx
[me@linuxbox ~]$ if true; then echo "It's true."; fi
It's true.
[me@linuxbox ~]$ if false; then echo "It's true."; fi
[me@linuxbox ~]$

命令 echo “It's true.” 在 if 命令成功执行时执行，在 if 命令未成功执行时不执行。如果命令列表遵循 if，则计算列表中的最后一个命令：

xxxxxxxxxx
[me@linuxbox ~]$ if false; true; then echo "It's true."; fi
It's true.
[me@linuxbox ~]$ if true; false; then echo "It's true."; fi
[me@linuxbox ~]$

test

到目前为止， if 最常用的命令是 test 。 test 命令执行各种检查和比较。它有两种等效形式。第一个，如下所示：

test expression

第二种，更受欢迎的形式，如下所示：

[ expression ]

其中 expression 是被评估为真或假的表达式。当表达式为真时， test 命令返回退出状态0，当表达式为假时，返回状态1。

值得注意的是， test 和 [ 实际上都是命令。在bash中，它们是内置的，但它们也作为程序存在于 /usr/bin 中，供其他shell使用。表达式实际上只是它的参数， [ 命令要求 ] 字符作为其最终参数提供。

test 和 [ 命令支持各种有用的表达式和测试。

文件表达式

下表列出了用于评估文件状态的表达式。

这里我们有一个脚本，演示了一些文件表达式：

xxxxxxxxxx
#!/bin/bash 
# test-file: Evaluate the status of a file 
​
FILE=~/.bashrc 
​
if [ -e "$FILE" ]; then 
    if [ -f "$FILE" ]; then 
        echo "$FILE is a regular file." 
    fi 
    if [ -d "$FILE" ]; then 
        echo "$FILE is a directory." 
    fi 
    if [ -r "$FILE" ]; then
        echo "$FILE is readable." 
    fi 
    if [ -w "$FILE" ]; then
        echo "$FILE is writable." 
    fi 
    if [ -x "$FILE" ]; then 
        echo "$FILE is executable/searchable." 
    fi 
else 
    echo "$FILE does not exist" 
    exit 1 
fi 
​
exit

该脚本计算分配给常量 FILE 的文件，并在执行计算时显示其结果。关于这个脚本，有两点值得注意。

首先，请注意参数 $FILE 在表达式中的引用方式。这不是语法上完成表达式所必需的；相反，它是对参数为空或仅包含空格的防御。如果 $FILE 的参数扩展导致空值，则会导致错误（运算符将被解释为非空字符串而不是运算符）。在参数周围使用引号可确保运算符后面始终跟有字符串，即使字符串为空。

其次，请注意脚本末尾附近存在 exit 命令。 exit 命令接受一个可选参数，该参数将成为脚本的退出状态。当没有传递参数时，退出状态默认为最后执行的命令的退出状态。以这种方式使用 exit 允许脚本在 $FILE 扩展为不存在的文件名时指示失败。出现在脚本最后一行的 exit 命令是一种形式。当脚本“runs off the end”（到达文件末尾）时，它会以执行的最后一个命令的退出状态终止。

同样，shell函数可以通过在 return 命令中包含整数参数来返回退出状态。如果我们将之前的脚本转换为shell函数以将其包含在更大的程序中，我们可以用 return 语句替换 exit 命令并获得所需的行为。

xxxxxxxxxx
test_file () {
​
    # test-file: Evaluate the status of a file 
    
    FILE=~/.bashrc 
    
    if [ -e "$FILE" ]; then 
        if [ -f "$FILE" ]; then     
            echo "$FILE is a regular file." 
        fi 
        if [ -d "$FILE" ]; then     
            echo "$FILE is a directory." 
        fi 
        if [ -r "$FILE" ]; then     
            echo "$FILE is readable." 
        fi 
        if [ -w "$FILE" ]; then 
            echo "$FILE is writable." 
        fi 
        if [ -x "$FILE" ]; then 
            echo "$FILE is executable/searchable." 
        fi 
    else 
        echo "$FILE does not exist" 
        return 1 
    fi 
    
}

字符串表达式

下表列出了用于计算字符串的表达式：

警告：与测试一起使用时， > 和 < 表达式运算符必须加引号（或用反斜杠转义）。如果不是，它们将被shell解释为重定向运算符，可能会产生破坏性的结果。还要注意，虽然bash文档指出排序顺序符合当前区域设置的排序顺序，但可能不符合。ASCII（POSIX）顺序用于bash 4.0之前的版本。此问题已在4.1版本中修复。

这是一个包含字符串表达式的脚本：

xxxxxxxxxx
#!/bin/bash 
​
# test-string: evaluate the value of a string 
​
ANSWER=maybe 
​
if [ -z "$ANSWER" ]; then 
    echo "There is no answer." >&2
    exit 1 
fi 
​
if [ "$ANSWER" == "yes" ]; then 
    echo "The answer is YES." 
elif [ "$ANSWER" == "no" ]; then 
    echo "The answer is NO." 
elif [ "$ANSWER" == "maybe" ]; then 
    echo "The answer is MAYBE." 
else 
    echo "The answer is UNKNOWN." 
fi

在这个脚本中，我们计算常量ANSWER 。我们首先确定字符串是否为空。如果是，我们终止脚本并将退出状态设置为1。请注意应用于 echo 命令的重定向。这将错误消息“There is no answer.”重定向到标准错误，这是处理错误消息的正确方法。如果字符串不为空，我们会计算字符串的值，看看它是否等于“yes”、“no”或“maybe”。我们使用 elif 来实现这一点， elif 是 else if 的缩写。通过使用 elif ，我们能够构建更复杂的逻辑测试。

整数表达式

为了将值作为整数而不是字符串进行比较，我们可以使用下表中列出的表达式。

以下是一个演示它们的脚本：

xxxxxxxxxx
#!/bin/bash 
​
# test-integer: evaluate the value of an integer. 
​
INT=-5 
​
if [ -z "$INT" ]; then 
    echo "INT is empty." >&2 
    exit 1 
fi 
​
if [ "$INT" -eq 0 ]; then 
    echo "INT is zero." 
else 
    if [ "$INT" -lt 0 ]; then 
        echo "INT is negative." 
    else 
        echo "INT is positive." 
    fi 
    if [ $((INT % 2)) -eq 0 ]; then 
        echo "INT is even." 
    else 
        echo "INT is odd." 
    fi 
fi

该脚本的有趣之处在于它如何确定整数是偶数还是奇数。通过对数字执行模2运算，将数字除以2并返回余数，它可以判断数字是奇数还是偶数。

更现代的 test 版本

现代版本的bash包含一个复合命令，可以作为 test 的增强替代品。它使用以下语法：

[[ expression ]]

其中，与 test 一样， expression 是一个计算结果为真或假的表达式。 [[ ]] 命令类似于 test （它支持其所有表达式），但添加了一个重要的新字符串表达式。

string1 =~ regex

如果 string1 与扩展正则表达式 regex 匹配，则返回 true 。这为执行数据验证等任务开辟了很多可能性。在前面的整数表达式示例中，如果常量INT包含除整数之外的任何内容，则脚本将失败。脚本需要一种方法来验证常量是否包含整数。使用 [[ ]] 和 =~ 字符表达式运算符，我们可以这样改进脚本：

xxxxxxxxxx
#!/bin/bash 
​
# test-integer2: evaluate the value of an integer. 
​
INT=-5 
​
if [[ "$INT" =~ ^-?[0-9]+$ ]]; then 
    if [ "$INT" -eq 0 ]; then 
        echo "INT is zero." 
    else 
        if [ "$INT" -lt 0 ]; then 
            echo "INT is negative." 
        else 
            echo "INT is positive." 
        fi 
        if [ $((INT % 2)) -eq 0 ]; then 
            echo "INT is even." 
        else 
            echo "INT is odd." 
        fi
    fi 
else 
    echo "INT is not an integer." >&2 
    exit 1 
fi

通过应用正则表达式，我们能够将 INT 的值限制为仅以可选减号开头，后跟一个或多个数字的字符串。此表达式还消除了空值的可能性。

[[ ]] 的另一个附加功能是 == 运算符支持模式匹配，就像路径名扩展一样。这里有一个例子：

xxxxxxxxxx
[me@linuxbox ~]$ FILE=foo.bar 
[me@linuxbox ~]$ if [[ $FILE == foo.* ]]; then 
> echo "$FILE matches pattern 'foo.*'" 
> fi 
foo.bar matches pattern 'foo.*'

这使得 [[ ]] 在评估文件名和路径名时非常有用。

(( )) - 专为整数设计

除了 [[ ]] 复合命令外，bash还提供了 (( )) 复合命令，这对整数操作很有用。它支持一整套算术运算，我们将在 【第34章.字符串和数字】中全面介绍这一主题。

(( )) 用于执行算术真值测试（arithmetic truth tests）。如果算术求值的结果为非零，则算术真值测试结果为真。

xxxxxxxxxx
[me@linuxbox ~]$ if ((1)); then echo "It is true."; fi 
It is true.
[me@linuxbox ~]$ if ((0)); then echo "It is true."; fi
[me@linuxbox ~]$

使用 (( )) ，我们可以稍微简化 test-integer2 脚本，如下所示：

xxxxxxxxxx
#!/bin/bash
​
# test-integer2a: evaluate the value of an integer. 
​
INT=-5 
​
if [[ "$INT" =~ ^-?[0-9]+$ ]]; then 
    if ((INT == 0)); then 
        echo "INT is zero."
    else 
        if ((INT < 0)); then 
            echo "INT is negative." 
        else 
            echo "INT is positive." 
        fi 
        if (( ((INT % 2)) == 0)); then 
            echo "INT is even." 
        else 
            echo "INT is odd." 
        fi 
    fi 
else 
    echo "INT is not an integer." >&2 
    exit 1 
fi

请注意，我们使用小于和大于符号， == 用于测试等价性。这是一种处理整数时看起来更自然的语法。还要注意，由于复合命令 (( )) 是shell语法的一部分，而不是普通命令，而且它只处理整数，因此它能够按名称识别变量，不需要执行扩展。我们将在【第34章】中进一步讨论 (( )) 和相关的算术展开。

组合表达式

还可以组合表达式来创建更复杂的计算。表达式通过使用逻辑运算符组合在一起。当我们学习 find 命令时，我们在【第17章.搜索文件】中看到了这些。 test 和 [[ ]] 有三个逻辑操作。它们是 AND ，OR 和 NOT 。 test 和 [[ ]] 使用不同的运算符来表示这些操作：

这是一个 AND 操作的示例。以下脚本确定整数是否在值范围内：

xxxxxxxxxx
#!/bin/bash 
​
# test-integer3: determine if an integer is within a 
# specified range of values. 
​
MIN_VAL=1
MAX_VAL=100 
​
INT=50 
​
if [[ "$INT" =~ ^-?[0-9]+$ ]]; then 
    if [[ "$INT" -ge "$MIN_VAL" && "$INT" -le "$MAX_VAL" ]]; then
        echo "$INT is within $MIN_VAL to $MAX_VAL." 
    else 
        echo "$INT is out of range." 
    fi
else 
    echo "INT is not an integer." >&2 
    exit 1 
fi

在这个脚本中，我们确定整数 INT 的值是否位于 MIN_VAL 和 MAX_VAL 的值之间。这是通过单次使用 [[ ]] 来执行的，其中包括由 && 运算符分隔的两个表达式。我们也可以使用 test 对其进行编码：

xxxxxxxxxx
if [ "$INT" -ge "$MIN_VAL" -a "$INT" -le "$MAX_VAL" ]; then 
    echo "$INT is within $MIN_VAL to $MAX_VAL." 
else 
    echo "$INT is out of range." 
fi

! 否定运算符反转表达式的结果。如果表达式为 false ，则返回 true ；如果表达式为 true ，则返回 false 。在下面的脚本中，我们修改了计算的逻辑，以找到指定范围之外的 INT 值：

xxxxxxxxxx
#!/bin/bash 
​
# test-integer4: determine if an integer is outside a 
# specified range of values. 
​
MIN_VAL=1 
MAX_VAL=100 
​
INT=50 
​
if [[ "$INT" =~ ^-?[0-9]+$ ]]; then 
    if [[ ! ("$INT" -ge "$MIN_VAL" && "$INT" -le "$MAX_VAL") ]]; then
        echo "$INT is outside $MIN_VAL to $MAX_VAL." 
    else 
        echo "$INT is in range." 
    fi 
else 
    echo "INT is not an integer." >&2 
    exit 1 
fi

我们还在表达式周围加上括号，用于分组。如果不包括这些，否定只适用于第一个表达式，而不适用于两者的组合。使用测试对其进行编码的方式如下：

xxxxxxxxxx
    if [ ! \( "$INT" -ge "$MIN_VAL" -a "$INT" -le "$MAX_VAL" \) ]; then 
        echo "$INT is outside $MIN_VAL to $MAX_VAL." 
    else 
        echo "$INT is in range." 
    fi

由于 test 使用的所有表达式和运算符都被shell视为命令参数（与 [[ ]] 和 (( )) 不同），因此对bash具有特殊含义的字符，如 < 、 > 、 ( 和 ) ，必须被引用或转义。

看到 test 和 [[ ]] 做大致相同的事情，哪一个更可取？ test 是传统的（也是标准shell的POSIX规范的一部分，通常用于运行系统启动脚本），而 [[ ]] 特定于bash（和其他一些现代shell）。了解如何使用 test 很重要，因为它被广泛使用，但 [[ ]] 显然更有用，更容易编码，因此它是现代脚本的首选。

可移植性是小头脑的小妖精

Hobgoblin —— 妖怪，大地精；淘气鬼，怪物；大哥布林

portability —— 可移植性，可携性

如果你和“真正的”Unix用户交谈，你很快就会发现他们中的许多人不太喜欢Linux。他们认为这是不洁的。Unix用户的一个原则是，一切都应该是“可移植的”。这意味着你写的任何脚本都应该能够在任何类Unix系统上运行，不受更改。

Unix用户有充分的理由相信这一点。在POSIX之前，他们已经看到了命令和shell的专有扩展对Unix世界的影响，他们自然对Linux对他们心爱的操作系统的影响持谨慎态度。

但可移植性有一个严重的缺点。它阻碍了进步。它要求事情总是使用“最低公分母”技术来完成。在shell编程的情况下，这意味着使所有内容都与 sh 兼容， sh 是原始的Bourne shell。

这种缺点是专有软件供应商用来为其专有扩展辩护的借口，只是他们称之为“创新”。但它们实际上只是客户的锁定设备。

GNU工具，如bash，没有这样的限制。它们通过支持标准和普遍可用来鼓励可移植性。你可以在几乎任何类型的系统上安装bash和其他GNU工具，甚至是Windows，而无需付费。所以，可以随意使用bash的所有功能。它真的很便携。

控制操作员：另一种分支方式

bash提供了两个可以执行分支的控制运算符。 && （AND）和 || （OR）运算符的工作方式与 [[ ]] 复合命令中的逻辑运算符相似。以下是 && 的语法：

command1 && command2

以下是 || 的语法：

command1 || command2

了解这些行为很重要。

使用&&运算符时，始终执行command1，只有当command1成功时才执行command2。

使用||运算符时，始终执行command1，只有当command1不成功时才执行command2。

实际上，这意味着我们可以做这样的事情：

xxxxxxxxxx
[me@linuxbox ~]$ mkdir temp && cd temp

这将创建一个名为 temp 的目录，如果成功，当前工作目录将更改为 temp 。只有当 mkdir 命令成功时，才会尝试执行第二个命令。同样，这样的命令：

xxxxxxxxxx
[me@linuxbox ~]$ [[ -d temp ]] || mkdir temp

将测试目录 temp 的存在，只有测试失败，才会创建目录。这种构造对于处理脚本中的错误非常方便，我们将在后面的章节中对此进行更多讨论。例如，我们可以在脚本中这样做：

xxxxxxxxxx
[ -d temp ] || exit 1

如果脚本需要临时目录，但该目录不存在，则脚本将终止，退出状态为1。

记住，如果我们有做复杂事情的冲动，命令可以是组命令：

xxxxxxxxxx
{ true && echo "true"; } && { false || echo "false"; }

组命令返回组中最后一个命令的退出状态。

总结

我们以一个问题开始了这一章。我们如何使 sys_info_page 脚本检测用户是否有权读取所有主目录？根据我们对 if 的了解，我们可以通过将以下代码添加到 report_home_space 函数中来解决这个问题：

xxxxxxxxxx
report_home_space () { 
    if [[ "$(id -u)" -eq 0 ]]; then 
        cat << _EOF_ 
            <h2>Home Space Utilization (All Users)</h2> 
            <pre>$(du -sh /home/*)</pre> 
_EOF_ 
    else 
        cat << _EOF_ 
            <h2>Home Space Utilization ($USER)</h2> 
            <pre>$(du -sh $HOME)</pre>
_EOF_ 
    fi 
    return 
}

我们评估 id 命令的输出。使用 -u 选项， id 输出有效用户的数字用户 id 号。超级用户的ID始终为零，其他所有用户都是大于零的数字。知道这一点后，我们可以在这里构建两个不同的文档，一个利用超级用户权限，另一个仅限于用户自己的主目录。

我们将暂停 sys_info_page 程序，但别担心。它会回来的。与此同时，我们将讨论一些我们在恢复工作时需要的主题。