Shell 变量

1. Shell 变量基础

1.1 什么是Shell变量

Shell变量是Shell中存储数据的一种方式，可以将字符串、数字或命令输出等赋值给变量，然后在脚本或命令行中引用这些变量。Shell变量是大小写敏感的，通常使用大写字母表示环境变量，使用小写字母表示局部变量。

1.2 变量命名规则

Shell变量的命名需要遵循以下规则：

变量名只能包含字母、数字和下划线
变量名必须以字母或下划线开头，不能以数字开头
变量名不能包含空格或特殊字符
Shell变量区分大小写

以下是有效的变量名示例：

bash

name
user_name
USER_NAME
_count
SHELL2

以下是无效的变量名示例：

bash

1name      # 不能以数字开头
user-name  # 不能包含连字符
user name  # 不能包含空格
user@name  # 不能包含特殊字符

1.3 变量的定义和赋值

在Shell中，可以通过简单的赋值语句来定义变量：

bash

变量名=值

注意，变量名和等号之间不能有空格，等号和值之间也不能有空格。

示例：

bash

# 定义字符串变量
name="John Doe"
age=30

# 定义命令输出作为变量值
date_today=$(date +"%Y-%m-%d")

# 使用反引号（较旧的语法）
host_name=`hostname`

2. 变量的使用

2.1 引用变量

要在Shell中引用变量的值，可以使用$变量名或${变量名}语法。使用花括号{}可以在变量名后直接添加其他字符，避免歧义。

示例：

bash

name="John"
echo "Hello, $name!"
echo "Hello, ${name}Doe!"  # 输出: Hello, JohnDoe!

2.2 修改变量值

可以通过重新赋值来修改已定义变量的值：

bash

count=10
echo "当前计数: $count"

count=20
echo "更新后的计数: $count"

2.3 显示所有变量

可以使用以下命令显示所有已定义的变量：

bash

# 显示所有环境变量和局部变量
env
printenv

# 显示所有变量（包括局部变量和函数）
set

# 使用grep过滤特定变量
env | grep PATH
echo $PATH

2.4 删除变量

使用unset命令可以删除已定义的变量：

bash

name="John"
echo "$name"  # 输出: John

unset name
echo "$name"  # 输出空行，变量已被删除

3. 变量类型

3.1 局部变量

局部变量是在当前Shell进程中定义的变量，只在定义它的Shell或Shell脚本中可见，对其他Shell进程不可见。

bash

# 在当前Shell中定义局部变量
local_var="这是一个局部变量"

echo $local_var  # 输出变量值

在Shell函数中，可以使用local关键字定义只在函数内部可见的变量：

bash

my_function() {
  local local_var="函数内部变量"
  echo "函数内: $local_var"
}

my_function  # 输出: 函数内: 函数内部变量
echo "函数外: $local_var"  # 输出空行或其他值

3.2 环境变量

环境变量是对当前Shell及其所有子Shell可见的变量。环境变量通常用于存储系统配置信息，如PATH、HOME等。

使用export命令可以将局部变量转换为环境变量：

bash

# 定义并导出环境变量
export PATH="$PATH:/usr/local/bin"
export LANG="zh_CN.UTF-8"

# 另一种方式：先定义变量，再导出
home_dir="/home/user"
export home_dir

3.3 位置参数

位置参数是Shell脚本接收的命令行参数，使用$1, $2, $3等表示第一个、第二个、第三个参数，依此类推。$0表示脚本本身的名称。

示例脚本parameters.sh：

bash

#!/bin/bash

echo "脚本名称: $0"
echo "第一个参数: $1"
echo "第二个参数: $2"
echo "第三个参数: $3"

运行方式：

bash

chmod +x parameters.sh
./parameters.sh arg1 arg2 arg3

输出结果：

脚本名称: ./parameters.sh
第一个参数: arg1
第二个参数: arg2
第三个参数: arg3

3.4 特殊变量

Shell提供了一系列特殊变量，用于获取命令行参数数量、退出状态等信息：

变量	描述
`$0`	脚本名称
`$1`, `$2`, ...	位置参数
`$#`	命令行参数的个数
`$*`	所有位置参数，作为一个单词
`$@`	所有位置参数，每个参数作为独立的单词
`$?`	上一个命令的退出状态（0表示成功，非0表示失败）
`$$`	当前进程的PID
`$!`	上一个后台进程的PID
`$_`	上一个命令的最后一个参数
`$HOME`	用户主目录
`$PATH`	命令搜索路径
`$LANG`	当前语言环境
`$USER`	当前用户名
`$HOSTNAME`	主机名

示例脚本special_vars.sh：

bash

#!/bin/bash

echo "脚本名称: $0"
echo "参数数量: $#"
echo "所有参数(\$*): $*"
echo "所有参数(\$@): $@"
echo "当前进程PID: $$"

# 执行一个命令并查看退出状态
echo "测试命令"
command_status=$?
echo "命令退出状态: $command_status"

4. 变量展开和替换

4.1 参数展开

Shell提供了强大的参数展开功能，可以在引用变量时进行各种操作：

bash

# 基本展开
name="John"
echo "Hello, $name!"

# 默认值：如果变量未设置或为空，使用默认值
user_name=${name:-Guest}
echo "用户名: $user_name"

# 强制赋值：如果变量未设置或为空，设置并使用默认值
user_age=${age:=18}
echo "年龄: $user_age"

# 错误处理：如果变量未设置或为空，显示错误信息并退出
# ${required_var:?变量未设置}

# 替代值：如果变量已设置且非空，使用替代值，否则为空
capital_name=${name:+JOHN}
echo "大写名称: $capital_name"

# 字符串长度
echo "名称长度: ${#name}"

4.2 字符串操作

可以对变量进行各种字符串操作，如截取、替换等：

bash

path="/home/user/documents/report.txt"

# 提取子字符串（从索引0开始，长度为5）
echo "前5个字符: ${path:0:5}"

# 从指定索引到末尾
echo "从第6个字符开始: ${path:6}"

# 从字符串开头删除匹配的最短子串
echo "删除/home/: ${path#/home/}"

# 从字符串开头删除匹配的最长子串
echo "删除直到最后一个/: ${path##*/}"

# 从字符串结尾删除匹配的最短子串
echo "删除.txt: ${path%.txt}"

# 从字符串结尾删除匹配的最长子串
echo "删除扩展名: ${path%.*}"

# 替换第一个匹配的子串
echo "替换user为admin: ${path/user/admin}"

# 替换所有匹配的子串
echo "替换所有o为O: ${path//o/O}"

5. 数组变量

5.1 数组定义和访问

在Shell中，可以定义数组变量来存储多个值：

bash

# 定义数组
fruits=('Apple' 'Banana' 'Orange' 'Grape')

# 另一种定义方式
colors[0]="Red"
colors[1]="Green"
colors[2]="Blue"

# 访问数组元素
echo "第一个水果: ${fruits[0]}"
echo "第三个颜色: ${colors[2]}"

# 访问所有数组元素
echo "所有水果: ${fruits[@]}"
echo "所有颜色: ${colors[*]}"

# 获取数组长度
echo "水果数量: ${#fruits[@]}"

5.2 数组操作

bash

# 添加元素到数组末尾
fruits+=('Mango')

# 更新数组元素
fruits[1]='Pineapple'

# 删除数组元素
unset fruits[2]

# 遍历数组
echo "遍历水果数组:"
for fruit in "${fruits[@]}"; do
  echo "- $fruit"
done

# 使用索引遍历数组
echo "使用索引遍历颜色数组:"
for ((i=0; i<${#colors[@]}; i++)); do
  echo "索引 $i: ${colors[i]}"
done

5.3 数组切片

bash

# 数组切片：获取子数组
numbers=(1 2 3 4 5 6 7 8 9 10)

# 从索引2开始，取3个元素
echo "切片 [2:5]: ${numbers[@]:2:3}"

# 从索引3到末尾
echo "切片 [3:]: ${numbers[@]:3}"

6. 变量作用域

6.1 全局变量

在脚本的顶层定义的变量默认为全局变量，可以在脚本的任何地方访问，包括函数内部：

bash

global_var="这是全局变量"

display_var() {
  echo "函数内访问全局变量: $global_var"
  # 在函数内修改全局变量
  global_var="修改后的全局变量"
}

echo "函数调用前: $global_var"
display_var
echo "函数调用后: $global_var"

6.2 局部变量

在函数内部使用local关键字定义的变量是局部变量，只在函数内部可见：

bash

outer_var="外部变量"

demo_function() {
  local inner_var="内部变量"
  echo "函数内访问局部变量: $inner_var"
  echo "函数内访问外部变量: $outer_var"
  
  # 修改外部变量
  outer_var="函数内修改的外部变量"
}

echo "函数调用前: $outer_var"
demo_function
echo "函数调用后: $outer_var"
# 以下行将报错，因为inner_var在函数外部不可见
# echo "函数外部访问局部变量: $inner_var"

6.3 环境变量作用域

环境变量在当前Shell及其所有子Shell中可见：

bash

# 创建一个脚本示例 (child_script.sh)
cat > child_script.sh << 'EOF'
#!/bin/bash
echo "子脚本中访问环境变量: $MY_ENV_VAR"
echo "子脚本中访问局部变量: $MY_LOCAL_VAR"
EOF

chmod +x child_script.sh

# 设置局部变量和环境变量
MY_LOCAL_VAR="这是局部变量"
export MY_ENV_VAR="这是环境变量"

# 在当前Shell中访问
echo "当前Shell中访问局部变量: $MY_LOCAL_VAR"
echo "当前Shell中访问环境变量: $MY_ENV_VAR"

# 在子脚本中访问
./child_script.sh

7. 变量的高级用法

7.1 命令替换

可以将命令的输出赋值给变量：

bash

# 使用 $(command) 语法（推荐）
date_today=$(date +"%Y-%m-%d")
file_count=$(ls -l | wc -l)

# 使用反引号语法（较旧的方式）
current_dir=`pwd`

# 在字符串中嵌入命令替换
message="今天是 $(date +"%Y-%m-%d")，共有 $(ls -l | wc -l) 个文件。"
echo "$message"

7.2 间接变量引用

间接变量引用允许通过另一个变量的值作为变量名来访问变量：

bash

# 使用 ${!var} 语法
first_name="John"
last_name="Doe"
full_name="first_name last_name"

# 直接引用
name_var="first_name"
echo "直接引用: ${!name_var}"  # 输出: John

# 组合变量名
prefix="user"
suffix="name"
user_name="Alice"
var_name="${prefix}${suffix}"
echo "组合变量名: ${!var_name}"  # 输出: Alice

7.3 变量类型转换

Shell变量本质上都是字符串，但可以进行算术运算：

bash

# 算术运算
a=10
b=20

# 使用 $((expression)) 语法
c=$((a + b))
d=$((a * b))
e=$((b / a))

# 也可以使用 let 命令
let "f = a + 5"

# 浮点数运算需要使用 bc 命令
x=10.5
y=5.2
result=$(echo "$x + $y" | bc)

# 转换为字符串（Shell变量默认就是字符串）
number=42
string="$number"

# 字符串拼接
greeting="Hello, "
name="World"
message="$greeting$name!"

8. 变量和引号

8.1 不同引号的作用

在Shell中，引号对变量的展开有不同的影响：

bash

name="John Doe"

# 双引号：变量会被展开
echo "双引号: Hello, $name!"
# 输出: 双引号: Hello, John Doe!

# 单引号：变量不会被展开
echo '单引号: Hello, $name!'
# 输出: 单引号: Hello, $name!

# 反引号：执行命令并替换结果
echo "反引号: 今天是 `date +"%Y-%m-%d"`"
# 输出: 反引号: 今天是 2023-07-15（取决于当前日期）

8.2 转义字符

使用反斜杠\可以转义特殊字符，使其被当作普通字符处理：

bash

# 转义美元符号，使其不被当作变量
price=100
echo "价格是 \$${price}"
# 输出: 价格是 $100

# 转义引号
echo "他说\"Hello, World!\""
# 输出: 他说"Hello, World!"

# 转义反斜杠
echo "路径是 C:\\Users\\Documents"
# 输出: 路径是 C:\Users\Documents

9. 环境变量配置文件

9.1 常用配置文件

Linux系统中有多个配置文件用于设置环境变量，这些文件在不同的登录情况下会被加载：

配置文件	描述	加载时机
`/etc/profile`	系统级别的全局配置	所有用户登录时加载
`/etc/bash.bashrc`	系统级别的Bash配置	每个新的Bash shell启动时加载
`~/.profile`	用户级别的配置	用户登录时加载
`~/.bash_profile`	用户级别的Bash配置	Bash登录时加载
`~/.bashrc`	用户级别的Bash配置	每个新的Bash shell启动时加载
`~/.bash_login`	用户级别的登录配置	用户登录时加载（如果没有~/.bash_profile）

9.2 永久设置环境变量

要永久设置环境变量，可以将变量定义添加到适当的配置文件中：

bash

# 编辑个人Bash配置文件
nano ~/.bashrc

# 添加环境变量定义
export PATH="$PATH:/usr/local/bin"
export JAVA_HOME="/usr/lib/jvm/java-11-openjdk"
export EDITOR="vim"

# 保存退出后，重新加载配置文件
source ~/.bashrc
# 或者
. ~/.bashrc

10. 变量使用最佳实践

10.1 命名约定

环境变量：使用全大写字母，单词之间用下划线分隔（如JAVA_HOME）
局部变量：使用小写字母，单词之间用下划线分隔（如user_name）
常量：使用全大写字母（如MAX_SIZE=100）
临时变量：可以使用简短的名称（如i, j等循环变量）

10.2 安全使用变量

始终使用双引号包围变量引用，避免因变量值中的空格或特殊字符导致的问题
使用${变量名}而不是$变量名，特别是在变量名后直接跟其他字符时
验证输入变量，避免注入攻击

bash

# 不安全的做法
file=$1
cat $file  # 如果file包含恶意输入如 "/etc/passwd; rm -rf /" 会非常危险

# 安全的做法
file="$1"
# 验证文件是否存在且为普通文件
if [ -f "$file" ]; then
  cat "$file"
else
  echo "错误: 文件不存在或不是普通文件"
  exit 1
fi

10.3 变量调试技巧

bash

# 使用set -x启用调试模式，会显示执行的每条命令及其展开后的形式
set -x

variable="test"
echo "$variable"

# 使用set +x关闭调试模式
set +x

# 打印所有变量和函数
declare -p

# 只打印数组
declare -a

# 只打印函数
declare -f

11. 变量相关的内置命令

11.1 declare/typeset 命令

declare命令用于声明变量类型和属性：

bash

# 声明只读变量
declare -r readonly_var="这是只读变量"
# 或者使用 readonly 命令
readonly readonly_var2="另一个只读变量"

# 声明整数变量
declare -i int_var=10
int_var=$int_var+5  # 自动进行算术运算，结果为15

# 声明关联数组（类似字典）
declare -A colors
colors["red"]="#FF0000"
colors["green"]="#00FF00"
colors["blue"]="#0000FF"
echo "红色: ${colors[red]}"

# 声明局部变量（在函数中使用）
declare -l lower_var="HELLO"  # 自动转换为小写

11.2 unset 命令

bash

# 删除单个变量
my_var="test"
unset my_var

# 删除数组的单个元素
my_array=(1 2 3 4 5)
unset my_array[2]

# 删除整个数组
unset my_array

# 删除函数
my_function() {
  echo "Hello"
}
unset -f my_function

11.3 export 命令

bash

# 导出单个变量
export PATH

# 定义并导出变量
export DB_HOST="localhost"

# 导出多个变量
export USER_NAME="admin" PASSWORD="secret"

# 查看所有导出的变量
export -p

12. 变量实例与应用

12.1 基本变量应用示例

bash

#!/bin/bash

# 定义变量
SCRIPT_NAME="系统信息收集器"
SCRIPT_VERSION="1.0"
HOST_NAME=$(hostname)
CURRENT_DATE=$(date +"%Y-%m-%d %H:%M:%S")

# 显示欢迎信息
echo "========================================"
echo "$SCRIPT_NAME v$SCRIPT_VERSION"
echo "主机: $HOST_NAME"
echo "日期: $CURRENT_DATE"
echo "========================================"

# 收集系统信息
CPU_INFO=$(cat /proc/cpuinfo | grep 'model name' | head -1 | awk -F: '{print $2}' | sed 's/^[ \t]*//')
MEMORY_INFO=$(free -h | grep Mem | awk '{print $2}')
DISK_INFO=$(df -h / | grep / | awk '{print $2, $5}')

# 显示系统信息
echo "\n系统信息:"
echo "CPU: $CPU_INFO"
echo "内存: $MEMORY_INFO"
echo "磁盘: $DISK_INFO"

echo "\n脚本执行完成！"

12.2 数组变量应用示例

bash

#!/bin/bash

# 定义应用列表
APPLICATIONS=("Apache" "MySQL" "PHP" "Node.js" "Docker")
VERSIONS=("2.4.51" "8.0.26" "7.4.24" "16.11.0" "20.10.8")

# 显示应用列表
echo "已安装应用列表:"
echo "=================="

# 遍历数组显示应用及其版本
for ((i=0; i<${#APPLICATIONS[@]}; i++)); do
  echo "${APPLICATIONS[$i]}: ${VERSIONS[$i]}"
done

# 添加新应用
APPLICATIONS+=("Redis")
VERSIONS+=("6.2.6")

echo "\n更新后的应用列表:"
echo "=================="
for ((i=0; i<${#APPLICATIONS[@]}; i++)); do
  echo "${APPLICATIONS[$i]}: ${VERSIONS[$i]}"
done

12.3 环境变量应用示例

bash

#!/bin/bash

# 检查并设置必要的环境变量
if [ -z "$JAVA_HOME" ]; then
  echo "警告: JAVA_HOME 环境变量未设置"
  # 尝试自动检测
  if [ -d "/usr/lib/jvm/java-11-openjdk" ]; then
    export JAVA_HOME="/usr/lib/jvm/java-11-openjdk"
    echo "已自动设置 JAVA_HOME=$JAVA_HOME"
  fi
fi

# 将Java bin目录添加到PATH（如果尚未添加）
if [[ "$PATH" != *"$JAVA_HOME/bin"* ]]; then
  export PATH="$JAVA_HOME/bin:$PATH"
  echo "已将Java添加到PATH"
fi

# 创建应用配置目录
APP_CONFIG_DIR="${XDG_CONFIG_HOME:-$HOME/.config}/myapp"
mkdir -p "$APP_CONFIG_DIR"

echo "配置目录: $APP_CONFIG_DIR"
echo "Java版本: $(java -version 2>&1 | head -1)"

通过本章的学习，您应该掌握了Shell变量的定义、使用、作用域和高级特性，可以在Shell脚本中灵活应用这些知识来编写更加高效和健壮的脚本程序。

Shell 变量 ​

1. Shell 变量基础 ​

1.1 什么是Shell变量 ​

1.2 变量命名规则 ​

1.3 变量的定义和赋值 ​

2. 变量的使用 ​

2.1 引用变量 ​

2.2 修改变量值 ​

2.3 显示所有变量 ​

2.4 删除变量 ​

3. 变量类型 ​

3.1 局部变量 ​

3.2 环境变量 ​

3.3 位置参数 ​

3.4 特殊变量 ​

4. 变量展开和替换 ​

4.1 参数展开 ​

4.2 字符串操作 ​

5. 数组变量 ​

5.1 数组定义和访问 ​

5.2 数组操作 ​

5.3 数组切片 ​

6. 变量作用域 ​

6.1 全局变量 ​

6.2 局部变量 ​

6.3 环境变量作用域 ​

7. 变量的高级用法 ​

7.1 命令替换 ​

7.2 间接变量引用 ​

7.3 变量类型转换 ​

8. 变量和引号 ​

8.1 不同引号的作用 ​

8.2 转义字符 ​

9. 环境变量配置文件 ​

9.1 常用配置文件 ​

9.2 永久设置环境变量 ​

10. 变量使用最佳实践 ​

10.1 命名约定 ​

10.2 安全使用变量 ​

10.3 变量调试技巧 ​

11. 变量相关的内置命令 ​

11.1 declare/typeset 命令 ​

11.2 unset 命令 ​

11.3 export 命令 ​

12. 变量实例与应用 ​

12.1 基本变量应用示例 ​

12.2 数组变量应用示例 ​

12.3 环境变量应用示例 ​

Shell 变量

1. Shell 变量基础

1.1 什么是Shell变量

1.2 变量命名规则

1.3 变量的定义和赋值

2. 变量的使用

2.1 引用变量

2.2 修改变量值

2.3 显示所有变量

2.4 删除变量

3. 变量类型

3.1 局部变量

3.2 环境变量

3.3 位置参数

3.4 特殊变量

4. 变量展开和替换

4.1 参数展开

4.2 字符串操作

5. 数组变量

5.1 数组定义和访问

5.2 数组操作

5.3 数组切片

6. 变量作用域

6.1 全局变量

6.2 局部变量

6.3 环境变量作用域

7. 变量的高级用法

7.1 命令替换

7.2 间接变量引用

7.3 变量类型转换

8. 变量和引号

8.1 不同引号的作用

8.2 转义字符

9. 环境变量配置文件

9.1 常用配置文件

9.2 永久设置环境变量

10. 变量使用最佳实践

10.1 命名约定

10.2 安全使用变量

10.3 变量调试技巧

11. 变量相关的内置命令

11.1 declare/typeset 命令

11.2 unset 命令

11.3 export 命令

12. 变量实例与应用

12.1 基本变量应用示例

12.2 数组变量应用示例

12.3 环境变量应用示例