脚本编程与管道：变量、条件、循环、重定向

基于 GNU Bash · 核于 2026-08

速查

• 变量无类型：Bash 变量全是字符串，a=1 的 1 是字符。算术要用 $(( ))：$((a + b))，整数运算无需 expr。
• 赋值无空格：name=value，等号两边绝不能有空格——否则 Bash 把 name 当命令。这是 Bash 第一坑。
• 引号三态：双引号 "$var" 展开变量且保护空格（永远加双引号）；单引号 '$var' 字面原样；无引号 $var 会词分割 + glob 展开（除非确实需要分词，否则是 bug 源）。
• 参数展开进阶：${var:-default}（未设用默认）、${var:=default}（未设并赋值）、${#var}（长度）、${var%.txt}（去后缀）、${var//old/new}（全局替换）、${var:0:3}（子串）。
• 数组：普通数组 arr=(a b c)，取值 ${arr[0]}/${arr[@]}（全部），长度 ${#arr[@]}；关联数组（Bash 4+）declare -A m=([k1]=v1 [k2]=v2)，取值 ${m[k1]}。
• 命令替换：$(cmd)（推荐，可嵌套）优于反引号 `cmd`（不可嵌套、难读）。
• 管道 |：左侧 stdout → 右侧 stdin；每段跑在独立子 shell，管道内赋值外层不可见（用 <<< 或 lastpipe 选项绕过）。
• 重定向 FD：0=stdin、1=stdout、2=stderr。> 覆盖、>> 追加、2> 错误、2>&1 合并错误到 stdout（写在 stdout 重定向之后）、&> 合并简写。
• here-doc <<EOF：多行字符串注入 stdin；here-string <<<"text"：单行注入 stdin（常配合 read）。
• 条件测试：[[ ]]（Bash 增强，支持 =~ 正则、模式匹配 ==、&&/||）优于 [ ]（POSIX test，坑多）。文件测试 -f/-d/-e/-r/-s；字符串 -z/-n/==/!=；数值 -eq/-ne/-lt/-gt。
• 循环：for x in list、for ((i=0;i<n;i++))、while cond、until cond；break/continue 控制；case ... esac 多分支。
• 算术：$(( )) 展开取值；(( )) 命令（做判断，非0为真）：((count++))、(( i < 10 ))。

一、变量与展开：Bash 的语义基石

Bash 把"展开"做成了语言核心——一行命令在被执行前，会先经历多轮展开（顺序：花括号 → ~ → 参数/命令/算术/进程替换 → 词分割 → 路径展开 → 引号去除）。理解展开，就理解了 Bash 一半的怪异行为。

赋值与取值

# ✅ 正确：等号两边无空格
count=10
name="Alice"
files=(a.txt b.txt c.txt)   # 数组

# ❌ 错误：有空格 → 把 name 当命令
name = "Alice"   # bash: name: command not found

# 取值
echo "$count"          # 双引号：展开变量（推荐）
echo '$count'          # 单引号：字面输出 $count
echo $count            # 无引号：先展开，再词分割+glob（危险！）

为什么永远要加双引号：无引号的 $var 在展开后会被按 IFS 词分割（默认空格/Tab/换行），还会做 glob 路径展开——如果 var="my file.txt"，rm $var 会变成 rm my file.txt（删两个文件！）。加双引号 rm "$var" 才安全。

参数展开全家桶

path="/data/log/app.log"

${#path}              # 长度：18
${path:6:3}           # 子串：从偏移 6 取 3 字符 → "log"
${path%.log}          # 去最短后缀 → /data/log/app
${path%%.*}           # 去最长后缀（贪婪）→ /data/log/app
${path#/}             # 去最短前缀 → data/log/app.log
${path##*/}           # 去最长前缀 → app.log（取文件名！）
${path/log/LOG}       # 替换首个 → /data/LOG/app.log
${path//g/G}          # 替换全部 → /data/loG/app.loG
${path^^}             # 转大写 → /DATA/LOG/APP.LOG
${var:-default}       # var 未设或空 → 用 default（不修改 var）
${var:=default}       # var 未设或空 → 用 default 并赋值给 var
${var:+set}           # var 已设且非空 → 用 set（否则空）

这套字符串操作是 Bash 脚本的"瑞士军刀"——取文件名、改后缀、给默认值，无需调 sed/awk/外部命令，效率高且不 fork。

数组

# 普通数组（下标整数）
arr=(apple banana cherry)
arr[3]="date"
echo "${arr[1]}"        # banana
echo "${arr[@]}"        # apple banana cherry date（全部）
echo "${#arr[@]}"       # 4（元素个数）
for item in "${arr[@]}"; do echo "$item"; done   # 遍历（加引号防空格！）

# 关联数组（Bash 4+，macOS 自带 3.2 没有）
declare -A config=(
    [host]="localhost"
    [port]="8080"
)
echo "${config[host]}"   # localhost
echo "${!config[@]}"     # host port（所有键）

⚠️ $arr 只取第一个元素 ${arr[0]}——取全部必须 ${arr[@]}。这是 Bash 数组最常见的坑。

二、命令替换与算术

# 命令替换：把命令的 stdout 嵌入字符串
now=$(date +%Y-%m-%d)            # ✅ 推荐：可嵌套、可读
files_count=$(ls | wc -l)
backticks=`date +%F`             # ❌ 反引号：不可嵌套、视觉混淆

# 算术展开
total=$((price * qty))           # $(( )) 取值
(( count++ ))                    # (( )) 命令：自增（修改变量）
(( i < 10 )) && echo "小"         # 用作条件（非0退出码为真）

• 算术里变量不加 $：$((a + b)) 而非 $a + $b（虽然加 $ 也行，但裸名更清晰）。
• 浮点不支持：$((1/3)) 得 0（整除）。要浮点用 bc：echo "scale=2; 1/3" | bc → .33。

三、管道：Unix 哲学的化身

管道把多个小程序串成数据流水线——每个程序做一件小事，组合起来能力惊人：

# 经典：找出 nginx 日志里访问量前 10 的 URL
awk '{print $7}' access.log \    # 取第 7 列（URL）
  | sort \                        # 排序（为 uniq 计数做准备）
  | uniq -c \                     # 去重并计数
  | sort -rn \                    # 按计数降序
  | head -10                      # 取前 10

• 管道是内核缓冲区：左进程 stdout → 内核 pipe buffer → 右进程 stdin，无需临时文件，进程间并发流式处理。
• 子 shell 陷阱：管道每段跑在独立子 shell，赋值不外泄：

echo "hello" | read word
echo "$word"   # 空！read 在子 shell 里赋值，外层拿不到

# 解法 1：here-string（在当前 shell 的 read）
read word <<< "hello"
# 解法 2：shopt -s lastpipe + 脚本非交互模式

• pipefail：默认管道的退出码只看最后一段——前面段全挂了也不报错。set -o pipefail 让退出码取第一个非 0 的，是健壮脚本的必备。
• tee：T 型分流——既写到文件又继续往下传：cmd | tee log.txt | grep error。

四、重定向：掌控输入输出

文件描述符（FD）是进程打开文件的句柄。每个进程默认有 3 个：0（stdin）、1（stdout）、2（stderr）。

# 基本重定向
cmd > out.txt              # stdout 覆盖写 out.txt
cmd >> out.txt             # stdout 追加
cmd < in.txt               # 从 in.txt 读 stdin
cmd 2> err.txt             # stderr 写 err.txt
cmd > all.txt 2>&1         # 先重定向 stdout 到 all.txt，再让 stderr 跟随 → 合并
cmd &> all.txt             # Bash 4+ 简写：合并 stdout+stderr
cmd 2>/dev/null            # 丢弃错误（只看正常输出）
cmd > /dev/null 2>&1       # 全丢弃（只看退出码）

# 追加与覆盖的细节
set -o noclobber           # 开启后 > 不允许覆盖已存在文件（防误删），需用 >| 强制

⚠️ 2>&1 的顺序：重定向是从左到右解析的。cmd 2>&1 > file 是错的——它先把 stderr 指向当前 stdout（屏幕），再把 stdout 指向 file，结果 stderr 还是去屏幕。正确写法是 cmd > file 2>&1（先 stdout 去 file，再 stderr 跟随它）。

here-doc 与 here-string

# here-doc：多行文本注入 stdin（EOF 可换任意标记，加引号则不展开变量）
cat << 'EOF' > config.txt
host=localhost
port=${PORT}        # 引号 EOF → 原样输出 ${PORT}
EOF

cat << EOF > config.txt
port=${PORT}        # 无引号 EOF → 展开变量
EOF

# here-string：单行注入 stdin（常配合 read）
grep error <<< "$log_line"

进程替换

# <(cmd) 把命令输出当成一个临时文件路径
diff <(ls dir1) <(ls dir2)        # 比较两个目录的文件列表
wc -l <(curl -s http://api/x)      # 直接统计远程响应行数

进程替换在需要一个文件路径而非 stdin 的场景（如 diff、comm）特别有用——比先存临时文件再删优雅得多。

五、条件、循环、函数的工程写法

#!/usr/bin/env bash
set -euo pipefail    # 严苛三件套（详见服务器场景叶）

# 健壮的参数解析
usage() { echo "Usage: $0 [-f file] [-n count] args..." >&2; exit 1; }

while getopts ":f:n:h" opt; do
    case "$opt" in
        f) file="$OPTARG" ;;
        n) count="$OPTARG" ;;
        h) usage; exit 0 ;;
        \?) echo "未知选项: -$OPTARG" >&2; usage ;;
        :)  echo "选项 -$OPTARG 需要参数" >&2; usage ;;
    esac
done
shift $((OPTIND - 1))    # 移除已解析的选项，剩余是位置参数

# 函数：封装 + 复用
backup_file() {
    local src="$1"
    local dest="${src}.$(date +%s).bak"
    cp -v "$src" "$dest" || { echo "备份失败" >&2; return 1; }
    echo "已备份到 $dest"
}

backup_file /etc/hosts

• getopts：Bash 内建的选项解析器（只支持短选项 -f，不支持 GNU 风格 --file）。复杂 CLI 用 getopt（外部命令）或干脆上 Python。
• local：函数内变量必加 local，否则污染全局。
• return vs exit：函数里 return N 只退出函数（返回退出码），exit N 会终止整个脚本。

下一步

掌握了脚本语法与管道重定向后，下一步进入服务器场景与对比——为什么 Bash 是服务器默认 shell、如何写健壮的生产级脚本、与 Zsh/Fish 有何差异。