Shell 脚本编程基础

9 min入门2026/10/11

Shell 脚本编程基础：命令、变量、管道、展开与分词的时机模型、case 与数组、控制流、严格模式与工程实践

1. 从”点菜”说起：Shell 是什么

1.1 一个餐厅的类比

想象你去一家餐厅（操作系统），你想让服务员（Shell）帮你做一件事：

你说：“来一份红烧肉”（输入命令）
服务员去后厨让厨师做（调用系统程序）
服务员把菜端上来（返回结果）

Shell 就是操作系统的”服务员”：它读取你输入的命令，调用系统程序执行，并把结果返回给你。它既是交互式工具（你在终端里敲命令），也是脚本语言（把命令写进文件批量执行）。

多数 Linux 发行版默认 bash，macOS 自 10.15（2019）起默认 zsh；Windows 的 PowerShell 是另一套体系，但 Git Bash/WSL 可以运行 bash 脚本。

1.2 Shell 脚本的价值：做”胶水”

Shell 脚本的本质是胶水：把已有的小工具（ls、grep、awk、curl）串成自动化流程。

为什么需要 Shell 脚本？因为现实工作中有大量重复操作：

部署：拉代码 → 构建 → 重启服务
监控：检查日志 → 统计 → 告警
数据：下载 → 处理 → 汇总

这些操作一步步手敲会累死，写成脚本后一条命令搞定。Shell 是运维与后端开发者的基本功。

1.3 本章目标

本章是 Shell 的”第一课”，带你建立完整的基础框架。学完后你应该能：

理解命令、变量、管道、控制流四大基础；
说清”一行命令被执行前，Shell 对它做了什么”（展开与分词的时机模型）——这是所有引号类 Bug 的总根源；
写出安全、健壮的简单脚本；
知道”生产脚本必须做什么”（严格模式）。

2. 基本命令与语法

2.1 命令结构

bash

命令名 [选项] [参数]

示例：

bash

ls -la /home/user        # 列出目录详细信息
grep -rn "TODO" ./src    # 递归搜索文本
curl -s https://example.com  # 请求网页

每条命令执行后返回退出码（exit code）：0 表示成功，非 0 表示失败。$? 保存上一条命令的退出码。

bash

ls /tmp
echo "退出码: $?"    # 0 = 成功
ls /不存在的目录
echo "退出码: $?"    # 2 = 失败

2.2 变量

bash

#!/bin/bash
# 变量赋值：等号两侧不能有空格
name="FANDEX"
count=42

# 使用变量：$name 或 ${name}
echo "项目名称: $name"
echo "计数: ${count}"

# 命令替换：把命令输出存入变量
files=$(ls | wc -l)
echo "文件数: $files"

规则：

等号两侧不能有空格（name = "alice" 会被当成执行命令）
双引号内 $var 会展开，单引号内不会
$(...) 是命令替换的现代写法（反引号已过时）

${var:-默认值}、${var:?报错} 这类参数扩展的完整速查见环境变量与配置文件第 5 节。

2.3 管道与重定向

bash

# 管道：把前一个命令的输出作为后一个命令的输入
cat access.log | grep "ERROR" | sort | uniq -c | sort -rn

# 重定向：写入文件 / 追加 / 从文件读
echo "hello" > out.txt
echo "world" >> out.txt
wc -l < out.txt

# 错误流合并
command > all.log 2>&1

管道是 Shell 最强大的能力：无需中间文件，数据在进程间流动。2>&1 把标准错误合并到标准输出，便于统一记录日志。三条流与管道的系统讲法见管道与重定向。

2.4 第一个脚本

bash

#!/bin/bash
# 输出 "Hello, World!"
echo "Hello, World!"

# 保存为 hello.sh 后：
chmod +x hello.sh   # 添加执行权限
./hello.sh          # 执行

3. 展开与分词：一行命令执行前发生了什么

这是整章最重要的心智模型。你以为 Shell “拿到一行文本就执行”，实际上在按下回车到命令启动之间，它按固定顺序做了一串文本变换：

变量（参数）展开：$var 替换成它的值；
分词（word splitting）：把展开结果按空白重新切成多个词；
路径名展开（glob）：*.log 这类通配符替换成匹配的文件名列表（详见命令行基础第 5 节）；
执行。

90% 的”引号类”事故都发生在第 2 步。亲手做一个不会损坏任何文件的实验：

bash

f="report final.pdf"
printf '[%s]\n' $f        # 不加引号
printf '[%s]\n' "$f"      # 加双引号

text

[report]
[final.pdf]      ← 第 1 条输出：一个变量被分词成了两个参数
[report final.pdf]   ← 第 2 条输出：双引号关掉了分词，参数保持完整

读法：$f 展开成 report final.pdf 后，因为不加引号，空白处被重新切词，printf 收到两个参数；加了双引号，展开后的结果被保护成一个整体。由此得到贯穿整个 Shell 生涯的一条纪律：

变量展开处永远套双引号："$f"。 单引号是另一回事——它连展开都关掉（'$f' 就是字面的 $f），用在”内容不需要变化”的场合。

这条纪律的直接推论解释了大量事故：

rm $file 在文件名含空格时变成 rm report final.pdf 两个目标——防不住的事故先于事故存在；
[ $n = 1 ] 在 n 为空时只剩 [ = 1 ]，直接语法错误；写成 [ "$n" = 1 ] 永远安全；
循环 for x in $(ls) 会把含空格的文件名拆散——按行处理文件的正确写法见 4.2。

反过来也要知道边界：引号不是万能盾牌。"$@"、数组（4.3）与 find -exec 才是”参数里有任意字符”时的完全体；而密码、Token 这类值在赋值处就该进环境变量或 .env，靠引号保护明文属于安慰剂。

4. 控制流

4.1 条件判断

bash

#!/bin/bash
file="config.yaml"

if [ -f "$file" ]; then
    echo "文件存在"
elif [ -d "$file" ]; then
    echo "是目录"
else
    echo "不存在"
fi

test 表达式速查：

表达式	含义
`-f 文件`	文件存在且是普通文件
`-d 目录`	是目录
`-z 字符串`	字符串为空
`-n 字符串`	字符串非空
`-eq / -lt / -gt`	数字相等 / 小于 / 大于

要点：[ ... ] 是 test 命令的语法糖，[[ ... ]] 是 bash 扩展（支持正则与更安全比较）。变量必须加引号防止空值导致语法错误（第 3 节刚解释了为什么）。

4.2 循环

bash

#!/bin/bash
# for 循环：遍历文件
for file in *.log; do
    echo "处理 $file"
done

# 数字循环
for i in $(seq 1 5); do
    echo "第 $i 次"
done

# while 循环：读取文件每一行
while IFS= read -r line; do
    echo "$line"
done < data.txt

要点：IFS= 防止行首尾空白被吃掉，-r 防止反斜杠转义——这是读取文件行的标准姿势。glob 遍历（*.log）优于 for x in $(ls)：前者在 Shell 内部展开、每个文件名天然是一个词，不受第 3 节分词之害。

4.3 case：分支选择的专用工具

多个 elif 比较同一个值时，case 更清晰，且支持模式匹配：

bash

#!/bin/bash
read -rp "请输入操作 [backup/restore/quit]: " op

case "$op" in
    backup)  echo "开始备份" ;;
    restore) echo "开始恢复" ;;
    q|quit)  echo "再见"; exit 0 ;;
    *)       echo "未知操作: $op"; exit 1 ;;
esac

要点：

模式) 开头、;; 结尾，| 连接多个模式（q|quit），*) 兜底——等价于其他语言的 switch default；
模式支持通配符：*.sh) 匹配所有以 .sh 结尾的值，??) 匹配两个字符——这让 case 成为解析”选项/子命令”的主力（getopts 的配套分支、git 风格子命令都靠它）；
变量记得套引号：case "$op" in——第 3 节的纪律对 case 同样适用。

4.4 数组与算术：bash 不止字符串变量

bash

#!/bin/bash
# 数组：圆括号赋值，下标从 0 开始
targets=("web-1" "db main" "cache")
echo "共 ${#targets[@]} 个目标"
echo "第 2 个: ${targets[1]}"      # db main：引用同样要套双引号
for t in "${targets[@]}"; do       # "${arr[@]}" 是数组版 "$@"：逐元素、不拆散空格
    echo "部署 $t"
done

# 算术：$(( )) 里不需要 $ 前缀
count=3
count=$((count + 1))
echo "第 $count 次部署, 剩余 $((5 - count)) 次"

要点：

数组解决”一个变量装一组值”：比空格拼接字符串可靠——第 3 节的分词陷阱在字符串拼接方案里无解；
"${targets[@]}" 的双引号是数组版的 "$@" 纪律（180 篇有 "$@" 与 $* 的完整对照）；
$(( )) 是整数算术，括号内变量不用 $；需要小数时用 awk（210 篇）。

4.5 函数（预告）

bash

#!/bin/bash

# 函数定义
log() {
    local level="$1"
    shift
    echo "[$level] $*"
}

# 调用
log INFO "构建开始"
log ERROR "构建失败"

要点：$1、$2 是位置参数，$* 是所有参数；local 声明局部变量，避免污染全局。函数的返回值、"$@"、getopts 参数解析是函数与参数处理的完整专题。

5. 严格模式与错误处理

5.1 为什么需要严格模式

Shell 脚本默认”宽容”：命令失败不报错、未定义变量当空值、管道只看最后一段结果。这种宽容在生产环境是灾难——脚本会带着错误状态继续执行，产生半成品数据。

5.2 set -euo pipefail

生产脚本必须在开头启用严格模式：

bash

#!/bin/bash
set -euo pipefail

选项	行为
`set -e`	任何命令失败立即退出脚本（避免”失败后继续执行”的连锁错误）
`set -u`	使用未定义变量即报错（捕获拼写错误）
`set -o pipefail`	管道中任意命令失败，整体视为失败（默认只看最后一个命令）

5.3 trap 清理

bash

#!/bin/bash
set -euo pipefail

cleanup() {
    echo "清理临时文件..."
    rm -f /tmp/tmp.$$
}
trap cleanup EXIT

trap ... EXIT 保证脚本无论正常结束还是出错退出都会执行清理函数——这是”无论成败都要清理”的标准姿势。

set -e 的例外场景、trap 事件表与 shellcheck 静态检查是脚本调试与严格模式的完整专题。

6. 常用文本处理（概览）

6.1 grep：行匹配

bash

grep -i "error" log.txt        # 忽略大小写
grep -v "^#" config.conf       # 排除注释行
grep -E "err|warn" log.txt     # 扩展正则，匹配多个词

6.2 sed：流编辑

bash

sed -i 's/old/new/g' file.txt   # 全局替换并写回
sed -n '10,20p' file.txt        # 打印第 10-20 行

6.3 awk：列处理与统计

bash

awk '{print $1, $3}' data.txt   # 打印第 1 列和第 3 列
awk 'END {print NR}' file.txt   # 统计行数
awk '{sum += $2} END {print sum}' data.txt  # 按第 2 列求和

详细用法见本模块《文本处理三剑客》。

7. 工程实践：部署脚本模板

把以上知识组合成第一个”生产级”脚本：

bash

#!/bin/bash
set -euo pipefail

APP_DIR="/opt/myapp"
VERSION="${1:?请提供版本号}"

echo "开始部署 v${VERSION}"

# 1. 拉取代码
git -C "$APP_DIR" fetch --tags
git -C "$APP_DIR" checkout "v${VERSION}"

# 2. 构建
(cd "$APP_DIR" && pnpm install --frozen-lockfile && pnpm build)

# 3. 重启服务（systemd 示例）
systemctl restart myapp
systemctl --no-pager status myapp

echo "部署完成"

要点：

${1:?...} 在缺少参数时直接报错退出
(cd ... && ...) 在子 shell 中切换目录，不影响当前脚本
每步失败立即退出（set -e），不留半成品状态

8. 常见陷阱

陷阱一：忘记引号。 rm $file 在文件名含空格时被拆成多个参数。所有变量加双引号。根源是第 3 节的分词步骤——理解了时机，这条就不用背了。

陷阱二：不用严格模式。 命令失败继续执行，产生半成品状态。生产脚本必须 set -euo pipefail。

陷阱三：rm -rf 误删。 删除前先 echo 预览，使用 set -u 防止空变量导致 rm -rf /。

陷阱四：脚本不可移植。 避免 GNU 专属选项，或用 bash 明确 shebang。

陷阱五：忽略退出码。 command || { echo "失败"; exit 1; } 显式处理。

陷阱六：for x in $(ls) 处理文件。 受分词与 glob 双重影响，含空格文件名必炸；遍历文件用 glob（*.log）或 find ... -exec。

9. 动手实践：遮代码自检

先只读任务与提示，自己写完再看参考实现。

任务：写一个 backup.sh，满足——

用法：./backup.sh <源目录> <备份根目录>，缺参数时报错退出（退出码 1）；
备份到 <备份根目录>/backup-<时间戳>/，时间戳格式 20261005-1530；
源目录不存在时报错退出；备份完成后打印”备份了 N 个文件”；
开头带严格模式；所有变量展开处都按第 3 节的纪律处理。

提示：时间戳用 date "+%Y%m%d-%H%M"（date "+..." 的格式串建议套单引号或双引号——想想为什么 % 不需要、但整个串加引号更稳）；“N 个文件”用 find "$src" -type f | wc -l；第 4 条就是让 "$src" 这类展开全部带引号。

参考实现（先自己写完再看）：

bash

#!/bin/bash
set -euo pipefail

src="${1:?用法: $0 <源目录> <备份根目录>}"
dest_root="${2:?用法: $0 <源目录> <备份根目录>}"

if [ ! -d "$src" ]; then
    echo "错误: 源目录不存在: $src" >&2
    exit 1
fi

stamp=$(date "+%Y%m%d-%H%M")
dest="$dest_root/backup-$stamp"
mkdir -p "$dest"
cp -r "$src"/. "$dest"/            # /. 复制隐藏文件也带上

count=$(find "$src" -type f | wc -l)
echo "备份完成: $dest（备份了 $count 个文件）"

要点自查：

${1:?...} 一次性满足第 1 条（缺参数时报错并退出）；
错误消息写到 >&2（标准错误）：这是”日志走 stderr、数据走 stdout”的纪律，180 篇讲输出捕获时会看到为什么；
全部展开处有双引号："$src"/. 在路径含空格时依然正确；
find | wc -l 在文件名含换行时会数错——极端场景的正确解是 find ... -printf '.' | wc -c，知道边界即可，日常路径不必过度设计。

任务二（口头自检）：说出下面两段的行为差异，并解释各发生在第 3 节流程的哪一步：

bash

v="*.sh"
echo $v      # A
echo "$v"    # B

答案：A 展开成 *.sh 后又被路径名展开（第 3 步）替换成当前目录所有 .sh 文件名；B 的双引号同时关掉分词与 glob，输出字面的 *.sh。引号保护的从来不只是空格。

10. 与之前和之后的知识的关系

往前：跨平台命令行给了终端操作的手感；命令行基础的通配符就是第 3 节流程的第 3 步；
往后：环境变量与配置文件接手 ${} 参数扩展与环境继承；函数与参数处理深化 4.5 的函数预告；脚本调试与严格模式把第 5 节的 set -euo pipefail 讲透；管道与重定向展开第 2.3 节的三条流；
更远：CI 的 job 就是一个大号 Shell 脚本——这里建立的展开模型与严格模式纪律，在 devops 模块里每天都会用到。

Shell 脚本编程基础

1. 从”点菜”说起：Shell 是什么#

1.1 一个餐厅的类比#

1.2 Shell 脚本的价值：做”胶水”#

1.3 本章目标#

2. 基本命令与语法#

2.1 命令结构#

2.2 变量#

2.3 管道与重定向#

2.4 第一个脚本#

3. 展开与分词：一行命令执行前发生了什么#

4. 控制流#

4.1 条件判断#

4.2 循环#

4.3 case：分支选择的专用工具#

4.4 数组与算术：bash 不止字符串变量#

4.5 函数（预告）#

5. 严格模式与错误处理#

5.1 为什么需要严格模式#

5.2 set -euo pipefail#

5.3 trap 清理#

6. 常用文本处理（概览）#

6.1 grep：行匹配#

6.2 sed：流编辑#

6.3 awk：列处理与统计#

7. 工程实践：部署脚本模板#

8. 常见陷阱#

9. 动手实践：遮代码自检#

10. 与之前和之后的知识的关系#

1. 从”点菜”说起：Shell 是什么

1.1 一个餐厅的类比

1.2 Shell 脚本的价值：做”胶水”

1.3 本章目标

2. 基本命令与语法

2.1 命令结构

2.2 变量

2.3 管道与重定向

2.4 第一个脚本

3. 展开与分词：一行命令执行前发生了什么

4. 控制流

4.1 条件判断

4.2 循环

4.3 case：分支选择的专用工具

4.4 数组与算术：bash 不止字符串变量

4.5 函数（预告）

5. 严格模式与错误处理

5.1 为什么需要严格模式

5.2 set -euo pipefail

5.3 trap 清理

6. 常用文本处理（概览）

6.1 grep：行匹配

6.2 sed：流编辑

6.3 awk：列处理与统计

7. 工程实践：部署脚本模板

8. 常见陷阱

9. 动手实践：遮代码自检

10. 与之前和之后的知识的关系