第七章：以Shell的眼光看待世界

在本章中，我们将研究当我们按 Enter 键时在命令行上发生的一些“魔法”。虽然我们将研究shell的几个有趣而复杂的功能，但我们将只使用一个新命令。

• echo —— 显示一行文本

扩展

expansion —— 扩展

每次我们键入命令并按 Enter 键时， bash 都会在执行命令之前对文本执行几次替换。我们已经看到了几个例子，说明一个简单的字符序列，例如 * ，对shell有很多意义。实现这一点的过程称为 expansion ，扩展。通过扩展，我们输入一些东西，然后在shell对其进行操作之前将其展开为其他东西。为了演示我们的意思，让我们看看 echo 命令。 echo 是一个内置的shell，可以执行非常简单的任务。它在标准输出上打印其文本参数。

xxxxxxxxxx
[me@linuxbox ~]$ echo this is a test
this is a test

这很简单。传递给echo的任何参数都会显示出来。让我们再举一个例子：

xxxxxxxxxx
[me@linuxbox ~]$ echo *
Desktop Documents ls-output.txt Music Pictures Public Templates Videos

那么，刚才发生了什么？为什么 echo 没有打印 * ？正如我们在通配符工作中回忆的那样， * 字符表示匹配文件名中的任何字符，但我们在最初的讨论中没有看到的是shell是如何做到这一点的。简单的答案是，在执行 echo 命令之前，shell会将 * 扩展为其他内容（在本例中，是当前工作目录中的文件名）。当按下 Enter 键时，shell会在执行命令之前自动展开命令行上的任何限定字符，因此 echo 命令从未看到 * ，只看到其展开的结果。知道这一点后，我们可以看到 echo 的表现符合预期。

路径名扩展

通配符工作的机制称为 pathname expansion ，路径名扩展。如果我们尝试前几章中使用的一些技术，我们会发现它们实际上是扩展。给定一个如下所示的主目录：

xxxxxxxxxx
[me@linuxbox ~]$ ls
Desktop    ls-output.txt  Pictures Templates
Documents  Music          Public   Videos

我们可以进行以下扩展：

xxxxxxxxxx
[me@linuxbox ~]$ echo D*
Desktop Documents

和：

xxxxxxxxxx
[me@linuxbox ~]$ echo *s
Documents Pictures Templates Videos

或者：

xxxxxxxxxx
[me@linuxbox ~]$ echo [[:upper:]]*
Desktop Documents Music Pictures Public Templates Videos

超越我们的主目录，我们可以这样做：

xxxxxxxxxx
[me@linuxbox ~]$ echo /usr/*/share
/usr/kerberos/share /usr/local/share

隐藏文件的路径名扩展

众所周知，以句点字符开头的文件名是隐藏的。路径名扩展也尊重这种行为。以下展开不会显示隐藏的文件。

echo *

乍一看，我们可以通过以前导句点开始模式来在扩展中包含隐藏文件，如下所示：

echo .*

它几乎奏效了。然而，如果我们仔细检查结果，我们会看到这些名字 . 以及 .. 也将出现在结果中。由于这些名称指向当前工作目录及其父目录，因此使用此模式可能会产生不正确的结果。如果我们尝试以下命令，我们可以看到这一点：

ls -d .* | less

为了在这种情况下更好地执行路径名扩展，我们必须采用更具体的模式。

echo .[!.]*

此模式扩展到每个仅以一个句点开头，后跟任何其他字符的文件名。这将适用于大多数隐藏文件（尽管它仍然不包括带有多个前导句点的文件名）。带有 -A 选项（“几乎所有”）的 ls 命令将提供隐藏文件的正确列表。

ls -A

波浪号扩展

正如我们在介绍 cd 命令时可能记得的那样，波浪号字符（ ~ ）具有特殊含义。当在单词开头使用时，它会扩展到指定用户的主目录名称，或者如果没有指定用户，则扩展到当前用户的主文件夹名称。

xxxxxxxxxx
[me@linuxbox ~]$ echo ~
/home/me

如果用户“bob”有一个账号，然后它扩展进入：

xxxxxxxxxx
[me@linuxbox ~]$ echo ~bob
/home/bob

算术扩展

shell允许通过扩展执行算术运算。这允许我们将shell提示符用作计算器。

xxxxxxxxxx
[me@linuxbox ~]$ echo $((2 + 2))
4

算术扩展，arithmetic expansion，使用以下形式：

$((expression))

其中 expression ，表达式，是由值和算术运算符组成的算术表达式。

算术扩展只支持整数（only integers，whole numbers，no decimals——整数，没有小数），但可以执行许多不同的操作。下表描述了一些支持的运算符。

空格在算术表达式中不重要，表达式可能嵌套。例如，要将5的平方乘以3（to multiply 5 squared by 3），我们可以使用以下方法：

xxxxxxxxxx
[me@linuxbox ~]$ echo $(($((5**2)) * 3))
75

单个括号可用于对多个子表达式进行分组。使用此技术，我们可以重写前面的示例，并使用单个扩展而不是两个扩展获得相同的结果：

xxxxxxxxxx
[me@linuxbox ~]$ echo $(((5**2) * 3))
75

这是一个使用除法和余数运算符的示例。请注意整数除法的效果：

xxxxxxxxxx
[me@linuxbox ~]$ echo Five divided by two equals $((5/2))
Five divided by two equals 2
[me@linuxbox ~]$ echo with $((5%2)) left over.
with 1 left over.

算术扩展在【第34章】中有更详细的介绍。

大括号扩展

也许最奇怪的扩展叫做 brace expansion ，大括号扩展。有了它，我们可以从包含大括号的模式中创建多个文本字符串。这里有一个例子：

xxxxxxxxxx
[me@linuxbox ~]$ echo Front-{A,B,C}-Back
Front-A-Back Front-B-Back Front-C-Back

【sh没有大括号扩展】

要用大括号扩展的模式可能包含称为前导码（preamble）的前导部分和称为后记（postscript）的尾随部分。大括号表达式本身可以包含逗号分隔的字符串列表，也可以包含整数或单个字符的范围。该模式不能包含未加引号的空格。以下是一个使用整数范围的示例：

xxxxxxxxxx
[me@linuxbox ~]$ echo Number_{1..5}
Number_1 Number_2 Number_3 Number_4 Number_5

在bash 4.0及更高版本中，整数也可以像这样进行零填充（zero-padded）：

xxxxxxxxxx
[me@linuxbox ~]$ echo {01..15}
01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15
[me@linuxbox ~]$ echo {001..15}
001 002 003 004 005 006 007 008 009 010 011 012 013 014 015

以下是按相反顺序排列的一系列字母：

xxxxxxxxxx
[me@linuxbox ~]$ echo {Z..A}
Z Y X W V U T S R Q P O N M L K J I H G F E D C B A

大括号扩展可以嵌套：

xxxxxxxxxx
[me@linuxbox ~]$ echo a{A{1,2},B{3,4}}b
aA1b aA2b aB3b aB4b

那么，这有什么好处呢？最常见的应用程序是创建要创建的文件或目录列表。例如，如果我们是摄影师，并且有大量图像要按年和月组织，我们可能要做的第一件事就是创建一系列以数字“年-月”格式命名的目录。这样，目录名称将按时间顺序排序。我们可以键入一个完整的目录列表，但这需要大量的工作，而且容易出错。相反，我们可以这样做：

xxxxxxxxxx
[me@linuxbox ~]$ mkdir Photos
[me@linuxbox ~]$ cd Photos
[me@linuxbox Photos]$ mkdir {2007..2009}-{01..12}
[me@linuxbox Photos]$ ls
2007-01 2007-07 2008-01 2008-07 2009-01 2009-07
2007-02 2007-08 2008-02 2008-08 2009-02 2009-08
2007-03 2007-09 2008-03 2008-09 2009-03 2009-09
2007-04 2007-10 2008-04 2008-10 2009-04 2009-10
2007-05 2007-11 2008-05 2008-11 2009-05 2009-11
2007-06 2007-12 2008-06 2008-12 2009-06 2009-12

Pretty slick，很丝滑！

参数扩展

在本章中，我们将只简要地讨论参数扩展，但稍后我们将广泛地介绍它。这是一个在shell脚本中比直接在命令行上更有用的功能。它的许多功能都与系统存储小块数据并为每个块命名的能力有关。许多这样的块，更恰当地称为 variables ，变量，可供我们检查。例如，名为 USER 的变量包含我们的用户名。要调用参数展开并显示 USER 的内容，我们可以这样做：

xxxxxxxxxx
[me@linuxbox ~]$ echo $USER
me

要查看可用变量的列表，请尝试以下操作：

xxxxxxxxxx
[me@linuxbox ~]$ printenv | less

您可能已经注意到，对于其他类型的扩展，如果我们键入了错误的模式，扩展将不会发生， echo 命令只会显示键入错误的模式。使用参数扩展时，如果我们拼错了变量的名称，扩展仍然会发生，但会导致一个空字符串：

​x
[me@linuxbox ~]$ echo $SUER
​
[me@linuxbox ~]$

命令替换

命令替换允许我们将命令的输出用作扩展。

xxxxxxxxxx
[me@linuxbox ~]$ echo $(ls)
Desktop Documents ls-output.txt Music Pictures Public Templates Videos

我最喜欢的一个是这样的：

xxxxxxxxxx
[me@linuxbox ~]$ ls -l $(which cp)
-rwxr-xr-x 1 root root 71516 2007-12-05 08:58 /bin/cp

在这里，我们将 which cp 的结果作为参数传递给 ls 命令，从而获得 cp 程序的列表，而无需知道其完整路径名。我们不仅限于简单的命令。可以使用整个管道（此处仅显示部分输出）：

xxxxxxxxxx
[me@linuxbox ~]$ file $(ls -d /usr/bin/* | grep zip)
/usr/bin/bunzip2:       symbolic link to `bzip2'
/usr/bin/bzip2:         ELF 32-bit LSB executable, Intel 80386, version 1 (SYSV), dynamically linked (uses shared libs), for GNU/Linux 2.6.9, stripped
/usr/bin/bzip2recover:  ELF 32-bit LSB executable, Intel 80386, version 1 (SYSV), dynamically linked (uses shared libs), for GNU/Linux 2.6.9, stripped
/usr/bin/funzip:        ELF 32-bit LSB executable, Intel 80386, version 1 (SYSV), dynamically linked (uses shared libs), for GNU/Linux 2.6.9, stripped
/usr/bin/gpg-zip:       Bourne shell script text executable
/usr/bin/gunzip:        symbolic link to `../../bin/gunzip'
/usr/bin/gzip:          symbolic link to `../../bin/gzip'
/usr/bin/mzip:          symbolic link to `mtools'

在这个例子中，管道的结果变成了 file 命令的参数列表。

bash 也支持旧shell程序使用的命令替换语法。它使用后引号（backquotes）而不是美元符号和括号。

xxxxxxxxxx
[me@linuxbox ~]$ ls -l `which cp`
-rwxr-xr-x 1 root root 71516 2007-12-05 08:58 /bin/cp

引号

quote —— 引号

现在我们已经看到了shell可以执行扩展的多种方式，是时候学习如何控制它了。例如：

xxxxxxxxxx
[me@linuxbox ~]$ echo this is a     test
this is a test

或者这个：

xxxxxxxxxx
[me@linuxbox ~]$ echo The total is $100.00
The total is 00.00

在第一个示例中，shell的单词分割从 echo 命令的参数列表中删除了额外的空格。在第二个示例中，参数扩展用空字符串替换了值 $1 ，因为它是一个未定义的变量。shell提供了一种称为引用（quoting）的机制，可以选择性地抑制不需要的扩展。

双引号

我们将讨论的第一种引用是双引号（double quotes）。如果我们把文本放在双引号内，shell使用的所有特殊字符都会失去其特殊含义，被视为普通字符。例外情况是 $ 、\ （反斜杠）和 ```（后引号）。这意味着单词分割、路径名扩展、波浪号扩展和大括号扩展被抑制，但参数扩展、算术扩展和命令替换仍在进行。使用双引号，我们可以处理包含嵌入式空格的文件名。假设我们是一个名为 two words.txt 的文件的不幸受害者。如果我们试图在命令行上使用它，分词会导致它被视为两个单独的参数，而不是所需的单个参数。

xxxxxxxxxx
[me@linuxbox ~]$ ls -l two words.txt
ls: cannot access two: No such file or directory
ls: cannot access words.txt: No such file or directory

通过使用双引号，我们停止了单词分割，得到了预期的结果；此外，我们甚至可以修复损坏：

xxxxxxxxxx
[me@linuxbox ~]$ ls -l "two words.txt"
-rw-rw-r-- 1 me me 18 2016-02-20 13:03 two words.txt
[me@linuxbox ~]$ mv "two words.txt" two_words.txt

那里！现在我们不必一直输入那些讨厌的双引号。

记住，参数展开、算术展开和命令替换仍然发生在双引号内。

xxxxxxxxxx
[me@linuxbox ~]$ echo "$USER $((2+2)) $(df -h)"
me 4 Filesystem     Size    Used    Avail   Use%    Mounted on
tmpfs               1.6G    2.0M    1.6G     1%     /run
/dev/sda2            94G     19G     71G    21%     /
tmpfs               7.8G       0    7.8G     0%     /dev/shm
tmpfs               5.0M    4.0K    5.0M     1%     /run/lock
/dev/sda1           975M    6.1M    969M     1%     /boot/efi
/dev/sdb1           907G    574G    287G    67%     /home
tmpfs               1.6G    1.8M    1.6G     1%     /run/user/1000

我们应该花点时间看看双引号对命令替换的影响。首先，让我们更深入地了解一下分词是如何工作的。在前面的例子中，我们看到了分词是如何删除文本中的多余空格的。

xxxxxxxxxx
[me@linuxbox ~]$ echo this is a    test
this is a test

默认情况下，分词会查找空格、制表符和换行符（换行符）的存在，并将其视为单词之间的分隔符。这意味着未加引号的空格、制表符和换行符不被视为文本的一部分。它们仅作为分隔物。由于它们将单词分成不同的参数，我们的示例命令行包含一个命令，后面跟着四个不同的参数。如果我们添加双引号：

xxxxxxxxxx
[me@linuxbox ~]$ echo "this is a    test"
this is a    test

单词分割被抑制，嵌入的空格不被视为分隔符；相反，他们成为了参数（argument）的一部分。添加双引号后，我们的命令行包含一个命令，后面跟着一个参数。

换行符被分词机制视为分隔符，这一事实对命令替换产生了有趣但微妙的影响。请考虑以下示例：

xxxxxxxxxx
[me@linuxbox ~]$ echo $(df -h)
Filesystem Size Used Avail Use% Mounted on tmpfs 1.6G 2.0M 1.6G 1% /run /dev/sda2 94G 19G 71G 21% / tmpfs 7.8G 0 7.8G 0% /dev/shm tmpfs 5.0M 4.0K 5.0M 1% /run/lock /dev/sda1 975M 6.1M 969M 1% /boot/efi /dev/sdb1 907G 574G 287G 67% /home tmpfs 1.6G 1.8M 1.6G 1% /run/user/1000
[me@linuxbox ~]$ echo "$(df -h)"
Filesystem  Size    Used    Avail   Use%    Mounted on
tmpfs       1.6G    2.0M     1.6G     1%    /run
/dev/sda2    94G     19G      71G    21%    /
tmpfs       7.8G       0     7.8G     0%    /dev/shm
tmpfs       5.0M    4.0K     5.0M     1%    /run/lock
/dev/sda1   975M    6.1M     969M     1%    /boot/efi
/dev/sdb1   907G    574G     287G    67%    /home
tmpfs       1.6G    1.8M     1.6G     1%    /run/user/1000

首先，未加引号的命令替换导致命令行包含49个参数。在第二种情况下，它产生了一个带有一个参数的命令行，其中包括嵌入的空格和换行符。

单引号

如果我们需要抑制所有展开，我们使用单引号，single quotes 。以下是无引号、双引号和单引号的比较：

xxxxxxxxxx
[me@linuxbox ~]$ echo text ~/*.txt {a,b} $(echo foo) $((2+2)) $USER
text /home/me/ls-output.txt a b foo 4 me
[me@linuxbox ~]$ echo "text ~/*.txt {a,b} $(echo foo) $((2+2)) $USER"
text ~/*.txt {a,b} foo 4 me
[me@linuxbox ~]$ echo 'text ~/*.txt {a,b} $(echo foo) $((2+2)) $USER'
text ~/*.txt {a,b} $(echo foo) $((2+2)) $USER

正如我们所看到的，随着引用的每一个后续级别，越来越多的扩展都被抑制了。

转义字符

escaping characters——转义字符

有时我们只想引用一个字符。为此，我们可以在字符前加一个反斜杠（backslash），在这种情况下称为转义字符。通常，这是在双引号内完成的，以选择性地防止扩展。

xxxxxxxxxx
[me@linuxbox ~]$ echo "The balance for user $USER is: \$5.00"
The balance for user me is: $5.00

使用转义来消除文件名中字符的特殊含义也很常见。例如，可以在文件名中使用通常对shell具有特殊含义的字符。这将包括 $ 、! 、& 、空格等。要在文件名中包含特殊字符，我们可以这样做：

xxxxxxxxxx
[me@linuxbox ~]$ mv bad\&filename good_filename

要允许反斜杠字符出现，请键入两个连续的反斜杠—— \\ 将其转义。请注意，在单引号内，反斜杠失去了其特殊含义，被视为普通字符。

反斜杠转义的另一个用途是抑制别名。例如，假设 ls 命令别名为 ls='ls --color=auto' ，这是许多Linux发行版的默认值，我们可以在命令前加一个反斜杠，别名将被忽略， ls 命令将在没有颜色选项的情况下执行。

反斜杠转义序列

除了作为转义符的作用外，反斜杠还用作表示法的一部分，表示某些称为控制代码（control codes）的特殊字符。ASCII编码方案中的前32个字符用于向电传打字机类设备传输命令。其中一些代码是熟悉的（制表符——tab、退格——backspace、换行——linefeed和回车——carriage return），而另一些则不是（null、传输结束——end-of-transmission和确认——acknowledge）。

上表列出了一些常见的反斜杠转义序列。使用反斜杠表示的想法起源于C编程语言，并被许多其他语言采用，包括shell。

在 echo 中添加 -e 选项将能够解释转义序列。您也可以将它们放在 $' ' 内。在这里，使用 sleep 命令，一个只需等待指定秒数然后退出的简单程序，我们可以创建一个基本的倒计时器：

xxxxxxxxxx
sleep 10; echo -e "Time's up\a"

也可以这样写：

xxxxxxxxxx
sleep 10; echo "Time's up" $'\a'

总结

随着我们继续使用shell，我们会发现扩展和引用的使用频率会越来越高，因此很好地理解它们的工作方式是有意义的。事实上，可以说它们是学习shell最重要的科目。如果不正确理解扩展，shell将永远是神秘和混乱的根源，其大部分潜在的能量都会被浪费。

官方文档： Bash Reference Manual