Shell 變數教程：字串、陣列與 echo

本文介紹是學習 Shell 第一節，主要介紹 Shell 變數的定義與運算：

變數名和變數型別
echo命令和跳脫字元
字串在單引號和雙引號下表現不同
{}用於限定字串的範圍
關鍵字unset和readonly

1 變數定義

Shell 中變數定義如下：

var_name=variable

其中，var_name是變數名，variable是變數值。變數名和變數值之間的=左右一定不能有空格！

1.1 變數名

Shell 變數名需滿足如下規則：

只能是字母、數字、下劃線，不能數字開頭
大小寫敏感
不要包含 Shell 關鍵字（可用help命令獲取）

根據以上規則，合法的變數名：

hello
hello000
hello_world_00
_konichiwa
nihao_

非法變數名：

help # 关键字
ni hao # 有空格
9am # 数字开头

1.2 變數值

Shell 中變數值分字串和陣列兩種。

變數值來源有直接賦值和來自命令輸出兩種。

1.2.1 字串

字串是 Shell 中常見的資料型別。Shell 中沒有int bool各種型別。除了陣列（下面會介紹）之外都是字串。

下面所有變數都是字串：

a="xy"
b=1
c="1"
d="hello world"
e="x\n"
f='x'
g='x\n'

在定義字串的值時，可以新增引號來顯式確定範圍，實際結果中不會包含這個引號。需要注意單引號和雙引號的區別（下面會介紹）。

a="xy"
a='xy'
a=xy

上面三個定義中a的值都是xy（不帶引號）

當然，也可以用其它命令輸出作為變數值，用`cmd`（反引號，esc下面那個鍵）或者$(cmd)的方式：

x=`pwd`
x=$(pwd)

1.2.1 陣列

用圓括號()定義，元素之間用空格分開：

var_list=(1 2 3)

Shell 中的陣列類似 Python 中的 dict，有 key 和 value 之分，只是恰好這個 key 是整數。所以也可以如下定義陣列：

var_list=(0=[hhh] 1=[2])

陣列的元素是下面介紹的字串。Shell 只支援一維陣列，不支援高維陣列。

當然，Shell 中陣列也可以來自命令輸出，用`cmd`（反引號，esc下面那個鍵）或者$(cmd)的方式：

a=`ls -a`
b=$(ls -a)
echo 'files are `ls -a`'
echo "files are `ls -a`"
echo "files are $(ls -a)"

1.3 變數引用

定義一個變數後，在其它地方要使用這個變數的值。

1.3.1 `echo`命令

在介紹 Shell 中變數引用之前，先介紹 Shell 中的echo命令，它的作用是列印變數值。（類似 Python 中的print和 C++中的printf）。

echo "haha" # haha

echo命令也有參數：加上-e則有轉義，加上-E參數則沒有轉義（預設無轉義）。e是 escape 的意思。Shell 中跳脫字元如下：

跳脫字元	含義
`\\`	反斜槓
`\a`	警報，響鈴
`\b`	退格（刪除前面一個字元）
`\f`	換頁(FF)，將當前位置移到下頁開頭
`\n`	換行
`\r`	回車
`\t`	水平製表符（tab 鍵）
`\v`	垂直製表符

關於\n和\r的區別，可以參考另外一篇文章。

echo -e "x\n"
# x
#

echo -E "\n"
# \n

1.3.2 變數引用

引用已經定義好的變數：在變數名前面新增$（定義變數或變數重新賦值時不加$）
用$獲取變數時候，可新增{}來顯式界定變數範圍

為說明這個問題，先介紹 Shell 中字串的拼接操作，將兩個字串寫在一起。

a=5
b=6
echo a # output a
echo $a$b # output 56
echo $a # output 5
echo ${a}x # output 5x
echo $ax # output None(no output)

大括號{}用來界定範圍，${a}x界定變數是a而不是ax。

Shell 中變數可以用引號括起來，實際內容不會包含引號。其中單雙引號並不能通用：

單引號中的內容，也不會計算變數值，是啥樣就是啥樣
雙引號中的內容，會先計算變數結果，然後輸出

a=5
echo 'a'  # output a
echo "a" # output a
echo '$a' # output $a
echo "$a" # output 5
echo $a # output 5

1.3.3 變數替換

Shell 中對於沒有定義的變數強行 echo，則會啥也不輸出，也不會報錯。為解決變數沒有定義造成了的問題，Shell 中有變數替換的語法，用於處理變數沒有引用時候的場景。

形式	說明
`${var}`	`var`的值
`${var:-word}`	`var`若被定義，則輸出`var`的值；`var`若為空，或者為定義或已被刪除(`unset`)，返回`word`，但不改變`var`的值。
`${var:=word}`	`var`若被定義，則輸出`var`的值；`var`若為空或已被刪除(`unset`)，返回`word`，並將`var`的值設定為 `word`。
`${var:?message}`	`var`若被定義，則輸出`var`的值；`var`若為空或已被刪除(`unset`)，訊息`message`送到標準錯誤輸出。該操作可以用來檢測變數`var`是否可以被正常賦值。若此替換出現在 shell script 中，則 shell script 將停止執行。
`${var:+word}`	`var`若被定義，那麼返回`word`，但不改變 `var` 的值。如果`var`沒有被定義，則返回空。

1.4 變數`unset`和`readonly`

Shell 中定義一個變數後，可以通過unset的方式刪掉。

a=4
echo $a # output 4
unset a
echo $a # output None(no output)

在 Shell 中如果一個變數被刪除掉，再引用則會得到的 None 的返回。這和大多數程式語言不一樣，大多數程式語言在處理沒有定義的變數時會直接報錯。（Shell 這種機制也增加了 Shell script 的除錯難度。）

定義變數時候新增readonly關鍵字：

readonly x=5
x=6 # readonly variable

變數前新增readonly之後，是無法刪除掉的。

2 字串運算

Shell 變數都是陣列和字串。對於變數，除了獲取變數的值之外，還可以進行更多操作。常見的操作有：

字串求長度
字串拼接
字串擷取
字串比較
數字字串的運算

2.1 字串求長度

x="hello world"
echo ${#x} # 11

#是 shell 中表示註釋的符號，如果在一個變數前面，左右又被{}包圍，則是求長度的意思。

2.2 字串拼接

就是將多個字串合併為一個字串，直接排列即可。

x=5
y='u'
z=$x$y
echo $z # 5u
z=${x}${y}
echo $z # 5u

2.3 字串擷取

從原來的字串中按照一定規則取出來一部分。

2.3.1 按長度擷取

對變數x進行擷取：

${x:start:length}

從左往右擷取
start是開始的 index
- Shell 中陣列最開始元素的 index 是 0
- start可以是一個數，表示是開始的 index。
- start也可以是0-n樣子，則是從後往前找開始的字元
如果length長度超出了整個字串結尾，則擷取start開始的所有字元

x="hello world"
y=${x:1:2} # 1 is the start index left to right, 2 is the length
echo $y # el
y=${x:0-5:2} # right to left
echo $y # wo

2.3.2 按特定字元擷取

#擷取右邊字元，%擷取左邊字元
一個#（或%）表示從左往右第一個，兩個表示從左往右最後一個
用*表示任意字元

# 使用#截取从左往右的右边的字符
url="http://aoi.ai/index.html"
echo ${url#*/}    # /aoi.ai/index.html，从左往右第一个右边的字符
echo ${url##*/}   # index.html，从左往右最后一个右边的字符

str="---aa+++aa@@@"
echo ${str#*aa}   # +++aa@@@
echo ${str##*aa}  # @@@

# 使用%截取从左往右左边的字符
url="https://aoi.ai/index.html"
echo ${url%/*}  # https://aoi.ai
echo ${url%%/*}  # http:

str="---aa+++aa@@@"
echo ${str%aa*}  # ---aa+++
echo ${str%%aa*}  # ---

2.4 字串比較

2.4.1 `test`和`if`函式

可以在 Shell 中對字串進行比較。判斷的結果可以傳遞給if等函式。例子如下：

# use test function
if test "$a" = "$b";then
 command_1
 else
 command_2
fi

# use [ ]
if [ "$a" = "$b" ]; then
command_1
else
command_2
fi

分號;並非必要。 test "$a" = "$b"就是用於比較的意思，比較的結果傳遞給if函式，如果test中的結果為真，則執行command_1，否則執行command_2。在實際使用中test可以用中括號[]來表示。

2.4.2 字串相等與不等

如果兩個字串完全一樣，則是相等；如果不一樣則不等。判斷相等用 = （左右有空格），判斷不等用 != （左右有空格）。

a=5
b=5
if [ $a = $b ]; then
echo "equal"
fi

在實際使用中，還會遇到雙等號（==）情況：

在 bash 中，單等號和雙等號是等效的
在其他 shell 中，則單等號表示相等

所以推薦的寫法是用單等號。

2.4.3 數字字串操作

在 Shell 中，雖然沒有特別的數字型別資料，但是如果字串符合整數形式，則可以按照數字來處理：除了可以比較相等與否，還可以比較大小：

含義	表示方式
equal 等於	`-eq`
not equal 不等於	`-ne`
greater than 大於	`-gt`
less than 小於	`-lt`
greater equal 大於等於	`-ge`
less equal 小於等於	`-le`

需要注意的是，這些運算左右一定要是整數，否則就會報錯。

a=3
b=2
if [ $a -eq $b ]; then
echo "$a equals $b"
else
echo "$a does not eqaul $b"
fi

2.4.4 數字四則運算

Shell 中沒有數字這種型別，數字也被當成字串處理。如果非要進行數字四則運算，則需要藉助額外的工具。

整數運算

使用expr函式，規則是expr var_a oprator var_b，常見整數運算子：

運算子	表示方式
整數加法	`+`
整數減法	`-`
整數乘法	`\*`
整數求模	`/`
整數取餘數	`%`
左括號	`\(`
右括號	`\)`

1 求模就是整數除法，結果是整數，直接去掉後面的小數

expr -5 / -3 # 1
expr -5 / -3 # -1
expr 5 / -3 # -1
expr 5 / 3 # 1

2 求餘數以第一個變數符號為準

expr 5 % 3 # 2
expr 5 % -3 # 2
expr -5 % -3 # -2
expr -5 % 3 # -2

3 括號用於改變運算優先順序，變數之間要新增空格
```
expr $ 5 + 3 $ \* 2
```

4 疊加expr運算子，用於連續計算

expr $(expr 4 + 5) \* 8 # 72
expr `expr 4 + 5` \* 8 # 72

浮點運算

浮點運算要用bc：

echo 5.5 + 5.5 + 5.5 | bc # 16.5
echo 5.5 \* \( 5.5 + 5.5 \) | bc # 60.5

其中|是管道命令，將前一個命令的輸出作為後一個命令的輸入。新增scale可以設定保留的位數。

echo 5.5 / 10 | bc # 0
echo "scale=4; 5.5 / 10" | bc # 0.5500

5 陣列運算

3.1 陣列訪問

3.1.1 訪問某一個元素

用${a[index]}，Shell 中陣列元素index從0開始。

a=(1 2 3)
echo "${a[2]}" # 3

index可以是正整數，表示從左往右數的第幾個數。如果index指代的索引不存在，則返回空。

a=(1 2 3)
echo "${a[4]}" # 输出一行空白，表示没有

當然，也可以像字串擷取一樣，使用0-n的形式，表示從右到左，此時從1開始記數：

a=(1 2 3)
echo "${a[0-1]}" # 3

3.1.2 陣列遍歷

要同時輸入陣列中的所有元素，可以用@或者*：

a=(1 3 5)
echo "${a[@]}" # 1 3 5
echo "${a[*]}" # 1 3 5

Shell 中還有一個用於遍歷訪問的函式for：

for i in ${a[@]};
do
command_1
done

其中a是一個陣列。in後面的物件不能是陣列，而要用${a[@]}或者${a[*]}的形式：

a=(1 2 3)

for i in ${a[@]};
do
echo $i
done
# 1
# 2
# 3

for i in ${a[*]};
do
echo $i
done
# 1
# 2
# 3

for i in $a;
do
echo $i
done
# 1

$a[*]和$a[@]都表示陣列中所有元素，它們有什麼區別呢：

不被雙引號(” “)包含時，都以"$1" "$2" … "$n" 的形式輸出所有參數。
當它們被雙引號(” “)包含時:
- "$a[*]" 會將所有的參數作為一個整體，以"$1 $2 … $n"的形式輸出所有參數
- "$a[@]" 會將各個參數分開，以"$1" "$2" … "$n" 的形式輸出所有參數

a=(1 2 3)

for i in "${a[@]}";
do
echo $i
done
# 1
# 2
# 3

for i in "${a[*]}";
do
echo $i
done
# 1 2 3

藉助*和@符號，可以獲得陣列中所有元素。和獲獲取字串長度類似，也可以獲得整個陣列中的元素個數：

a=(1 2 3)
echo "${#a[@]}"

3.1.3 陣列擷取

意思是說取得陣列的部分，類似字串訪問：

a=(1 2 3)
echo "${a[@]:1:2}" # 2 3
echo "${a[@]:0-1:2}" # 3

3.2 陣列修改

修改陣列中某一個元素，用賦值的方式去修改（不要新增美元符號）。

a=(1 2 3)
echo "${a[1]}" # 2
a[1]=4
echo "${a[1]}" # 4

往陣列後面新增一個元素，只需要將index設定為陣列長度後面一個就行。

a=(1 2 3)
echo "${#a[@]}"  # 3
a[3]=4
echo "${#a[@]}"  # 4
a[8]=6
echo "${#a[@]}"  # 5

這個index可以是任意正數。陣列a本身長度為3，此時可以設定a[3]的值，也可以設定a[5]的值。這個時候，陣列又有點類似 Python 的字典了，其中key就是index，如果index不存在則返回空。雖然強行新增了a[8]，但是整個陣列的長度還是 5。

3.3 陣列刪除

使用unset

a=(1 2 3)
unset a[0]
echo "${a[0]}" # 空白

3.4 陣列元素替換

陣列中的元素也可以替換，替換的是 value，不是 key。而且不會修改原來陣列。

a=(1 2 3)
echo "${a[@]/3/777}" # 1 2 777
echo "${a[@]}"  # 1 2 3

總結

本文紹了 Shell 中變數定義和的運算：包含了字串的運算和陣列的運算，字串的運算中包括判斷是否相等，整數的四則運算，浮點數四則運算；陣列的運算包含了陣列的增刪查改。