第八章：从shell眼中看世界
最后更新于：2022-04-02 01:45:24
在这一章我们将看一下，当你按下 enter 键后，发生在命令行中的一些“魔法”。虽然我们会 仔细查看几个复杂有趣的 shell 特点，但我们只使用一个新命令来处理这些特性。
> * echo － 显示一行文本
## (字符)展开
每一次你输入一个命令，然后按下 enter 键，在 bash 执行你的命令之前，bash 会对输入 的字符完成几个步骤处理。我们已经知道两三个案例，怎样一个简单的字符序列，例如“`*`”, 对 shell 来说，有很多的涵义。使这个发生的过程叫做（字符）展开。通过展开， 你输入的字符，在 shell 对它起作用之前，会展开成为别的字符。为了说明我们所要 表达的意思，让我们看一看 echo 命令。echo 是一个 shell 内部命令，来完成非常简单的任务。 它在标准输出中打印出它的文本参数。
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[me@linuxbox ~]$ echo this is a test
this is a test
~~~
这个命令的作用相当简单明了。传递到 echo 命令的任一个参数都会在（屏幕上）显示出来。 让我们试试另一个例子：
~~~
[me@linuxbox ~]$ echo *
Desktop Documents ls-output.txt Music Pictures Public Templates Videos
~~~
那么刚才发生了什么事情呢？ 为什么 echo 不打印“`*`”呢？随着你回想起我们所学过的 关于通配符的内容，这个“`*`”字符意味着匹配文件名中的任意字符，但是在原先的讨论 中我们却不知道 shell 是怎样实现这个功能的。最简单的答案就是 shell 把“`*`”展开成了 另外的东西（在这种情况下，就是在当前工作目录下的文件名字），在 echo 命令被执行 前。当回车键被按下时，shell 在命令被执行前在命令行上自动展开任何符合条件的字符， 所以 echo 命令从不会发现“`*`”,只把它展开成结果。知道了这个以后，我们能看到 echo 执行 的结果和我们想象的一样。
## 路径名展开
这种通配符工作机制叫做路径名展开。如果我们试一下在之前的章节中使用的技巧， 我们会看到它们真是要展开的字符。给出一个家目录，它看起来像这样：
~~~
[me@linuxbox ~]$ ls
Desktop ls-output.txt Pictures Templates
....
~~~
我们能够执行以下参数展开模式：
~~~
[me@linuxbox ~]$ echo D*
Desktop Documents
~~~
和：
~~~
[me@linuxbox ~]$ echo *s
Documents Pictures Templates Videos
~~~
甚至是：
~~~
[me@linuxbox ~]$ echo [[:upper:]]*
Desktop Documents Music Pictures Public Templates Videos
~~~
查看家目录之外的目录：
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[me@linuxbox ~]$ echo /usr/*/share
/usr/kerberos/share /usr/local/share
~~~
> 隐藏文件路径名展开
>
> 正如我们知道的，以圆点字符开头的文件名是隐藏文件。路径名展开也尊重这种 行为。像这样的展开：
>
> echo *
>
> 不会显示隐藏文件
>
> 要是展开模式以一个圆点开头，我们就能够在展开模式中包含隐藏文件， 而且隐藏文件可能会出现在第一位置，就像这样：
>
> echo .*
>
> 它几乎是起作用了。然而，如果我们仔细检查一下输出结果，我们会看到名字”.” 和”..”也出现在结果中。因为这些名字是指当前工作目录和它的父目录，使用这种 模式可能会产生不正确的结果。我们能看到这样的结果，如果我们试一下这个命令：
>
> ls -d .* | less
>
> 为了在这种情况下正确地完成路径名展开，我们应该雇佣一个更精确些的模式。 这个模式会正确地工作：
>
> ls -d .[!.]?*
>
> 这种模式展开成为文件名，每个文件名以圆点开头，第二个字符不包含圆点，再包含至少一个字符， 并且这个字符之后紧接着任意多个字符。这将列出大多数的隐藏文件 （但仍将不能包含以多个圆点开头的文件名）这个带有 -A 选项（“几乎所有”）的 ls 命令能够提供一份正确的隐藏文件清单：
>
> ls -A
## 波浪线展开
可能你从我们对 cd 命令的介绍中回想起来，波浪线字符(“`~`”)有特殊的意思。当它用在 一个单词的开头时，它会展开成指定用户的家目录名，如果没有指定用户名，则是当前用户的家目录：
~~~
[me@linuxbox ~]$ echo ~
/home/me
~~~
如果有用户”foo”这个帐号，然后：
~~~
[me@linuxbox ~]$ echo ~foo
/home/foo
~~~
## 算术表达式展开
shell 允许算术表达式通过展开来执行。这允许我们把 shell 提示当作计算器来使用：
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[me@linuxbox ~]$ echo $((2 + 2))
4
~~~
算术表达式展开使用这种格式：
~~~
$((expression))
~~~
（以上括号中的）表达式是指算术表达式，它由数值和算术操作符组成。
算术表达式只支持整数（全部是数字，不带小数点），但是能执行很多不同的操作。这里是 一些它支持的操作符：
表 8-1: 算术操作符
| 操作符 | 说明 |
|--------|-------|
| + | 加 |
| - | 减 |
| * | 乘 |
| / | 除（但是记住，因为展开只是支持整数除法，所以结果是整数。） |
| % | 取余，只是简单的意味着，“余数” |
| ** | 取幂 |
在算术表达式中空格并不重要，并且表达式可以嵌套。例如，5的平方乘以3：
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[me@linuxbox ~]$ echo $(($((5**2)) * 3))
75
~~~
一对括号可以用来把多个子表达式括起来。通过这个技术，我们可以重写上面的例子， 同时用一个展开代替两个，来得到一样的结果：
~~~
[me@linuxbox ~]$ echo $(((5**2) * 3))
75
~~~
这是一个使用除法和取余操作符的例子。注意整数除法的结果：
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[me@linuxbox ~]$ echo Five divided by two equals $((5/2))
Five divided by two equals 2
[me@linuxbox ~]$ echo with $((5%2)) left over.
with 1 left over.
~~~
在35章会更深入的讨论算术表达式的内容。
## 花括号展开
可能最奇怪的展开是花括号展开。通过它，你可以从一个包含花括号的模式中 创建多个文本字符串。这是一个例子：
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[me@linuxbox ~]$ echo Front-{A,B,C}-Back
Front-A-Back Front-B-Back Front-C-Back
~~~
花括号展开模式可能包含一个开头部分叫做报头，一个结尾部分叫做附言。花括号表达式本身可 能包含一个由逗号分开的字符串列表，或者一系列整数，或者单个的字符串。这种模式不能 嵌入空白字符。这个例题使用了一系列整数：
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[me@linuxbox ~]$ echo Number_{1..5}
Number_1 Number_2 Number_3 Number_4 Number_5
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一系列以倒序排列的字母：
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[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
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花括号展开可以嵌套：
~~~
[me@linuxbox ~]$ echo a{A{1,2},B{3,4}}b
aA1b aA2b aB3b aB4b
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那么这对什么有好处呢？最普遍的应用是，创建一系列的文件或目录列表。例如， 如果我们是摄影师，有大量的相片。我们想把这些相片按年月先后组织起来。首先， 我们要创建一系列以数值”年－月”形式命名的目录。通过这种方式，目录名按照 年代顺序排列。我们可以键入整个目录列表，但是工作量太大了，并且易于出错。 反而，我们可以这样做：
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[me@linuxbox ~]$ mkdir Pics
[me@linuxbox ~]$ cd Pics
[me@linuxbox Pics]$ mkdir {2007..2009}-0{1..9} {2007..2009}-{10..12}
[me@linuxbox Pics]$ 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
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棒极了！
## 参数展开
在这一章我们将会简单地介绍参数展开，只是皮毛而已。后续章节我们会广泛地 讨论参数展开。这个特性在 shell 脚本中比直接在命令行中更有用。它的许多性能 和系统存储小块数据，并给每块数据命名的能力有关系。许多像这样的小块数据， 更适当些应叫做变量，可以方便地检查它们。例如，叫做”USER”的变量包含你的 用户名。唤醒参数展开，揭示 USER 中的内容，可以这样做：
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[me@linuxbox ~]$ echo $USER
me
~~~
查看有效的变量列表，试试这个：
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[me@linuxbox ~]$ printenv | less
~~~
你可能注意到其它展开类型，如果你误输入一个模式，展开就不会发生。这时 echo 命令只简单地显示误键入的模式。通过参数展开，如果你拼写错了一个变量名， 展开仍然会进行，只是展成一个空字符串：
~~~
[me@linuxbox ~]$ echo $SUER
[me@linuxbox ~]$
~~~
## 命令替换
命令替换允许我们把一个命令的输出作为一个展开模式来使用：
~~~
[me@linuxbox ~]$ echo $(ls)
Desktop Documents ls-output.txt Music Pictures Public Templates
Videos
~~~
我最喜欢用的一行命令是像这样的：
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[me@linuxbox ~]$ ls -l $(which cp)
-rwxr-xr-x 1 root root 71516 2007-12-05 08:58 /bin/cp
~~~
这里我们把 which cp 的执行结果作为一个参数传递给 ls 命令，因此要想得到 cp 程序的 输出列表，不必知道它完整的路径名。我们不只限制于简单命令。也可以使用整个管道线 （只展示部分输出）：
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[me@linuxbox ~]$ file $(ls /usr/bin/* | grep zip)
/usr/bin/bunzip2: symbolic link to `bzip2'
....
~~~
在这个例子中，管道线的输出结果成为 file 命令的参数列表。
在旧版 shell 程序中，有另一种语法也支持命令替换，可与刚提到的语***换使用。 bash 也支持这种语法。它使用倒引号来代替美元符号和括号：
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[me@linuxbox ~]$ ls -l `which cp`
-rwxr-xr-x 1 root root 71516 2007-12-05 08:58 /bin/cp
~~~
## 引用
我们已经知道 shell 有许多方式可以完成展开，现在是时候学习怎样来控制展开了。 以下面例子来说明：
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[me@linuxbox ~]$ echo this is a test
this is a test
~~~
或者：
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[me@linuxbox ~]$ echo The total is $100.00
The total is 00.00
~~~
在第一个例子中，shell 从 echo 命令的参数列表中，删除多余的空格。在第二个例子中， 参数展开把 `$1` 的值替换为一个空字符串，因为 `1` 是没有定义的变量。shell 提供了一种 叫做引用的机制，来有选择地禁止不需要的展开。
## 双引号
我们将要看一下引用的第一种类型，双引号。如果你把文本放在双引号中， shell 使用的特殊字符，除了 `$`，`\` (反斜杠），和 \`（倒引号）之外， 则失去它们的特殊含义，被当作普通字符来看待。这意味着单词分割，路径名展开， 波浪线展开，和花括号展开都被禁止，然而参数展开，算术展开，和命令替换 仍然执行。使用双引号，我们可以处理包含空格的文件名。比方说我们是不幸的 名为 two words.txt 文件的受害者。如果我们试图在命令行中使用这个 文件，单词分割机制会导致这个文件名被看作两个独自的参数，而不是所期望 的单个参数：
~~~
[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
~~~
使用双引号，我们可以阻止单词分割，得到期望的结果；进一步，我们甚至可以修复 破损的文件名。
~~~
[me@linuxbox ~]$ ls -l "two words.txt"
-rw-rw-r-- 1 me me 18 2008-02-20 13:03 two words.txt
[me@linuxbox ~]$ mv "two words.txt" two_words.txt
~~~
你瞧！现在我们不必一直输入那些讨厌的双引号了。
记住，在双引号中，参数展开，算术表达式展开，和命令替换仍然有效：
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[me@linuxbox ~]$ echo "$USER $((2+2)) $(cal)"
me 4 February 2008
Su Mo Tu We Th Fr Sa
....
~~~
我们应该花费一点时间来看一下双引号在命令替换中的效果。首先仔细研究一下单词分割 是怎样工作的。在之前的范例中，我们已经看到单词分割机制是怎样来删除文本中额外空格的：
~~~
[me@linuxbox ~]$ echo this is a test
this is a test
~~~
在默认情况下，单词分割机制会在单词中寻找空格，制表符，和换行符，并把它们看作 单词之间的界定符。它们只作为分隔符使用。因为它们把单词分为不同的参数，在范例中， 命令行包含一个带有四个不同参数的命令。如果我们加上双引号：
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[me@linuxbox ~]$ echo "this is a test"
this is a test
~~~
单词分割被禁止，内嵌的空格也不会被当作界定符，它们成为参数的一部分。 一旦加上双引号，我们的命令行就包含一个带有一个参数的命令。
事实上，单词分割机制把换行符看作界定符，对命令替换产生了一个，虽然微妙，但有趣的影响。 考虑下面的例子：
~~~
[me@linuxbox ~]$ echo $(cal)
February 2008 Su Mo Tu We Th Fr Sa 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29
[me@linuxbox ~]$ echo "$(cal)"
February 2008
....
~~~
在第一个实例中，没有引用的命令替换导致命令行包含38个参数。在第二个例子中， 命令行只有一个参数，参数中包括嵌入的空格和换行符。
## 单引号
如果需要禁止所有的展开，我们使用单引号。以下例子是无引用，双引号，和单引号的比较结果：
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[me@linuxbox ~]$ 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)) $USER
~~~
正如我们所看到的，随着引用程度加强，越来越多的展开被禁止。
## 转义字符
有时候我们只想引用单个字符。我们可以在字符之前加上一个反斜杠，在这个上下文中叫做转义字符。 经常在双引号中使用转义字符，来有选择地阻止展开。
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[me@linuxbox ~]$ echo "The balance for user $USER is: \$5.00"
The balance for user me is: $5.00
~~~
使用转义字符来消除文件名中一个字符的特殊含义，是很普遍的。例如，在文件名中可能使用 一些对于 shell 来说，有特殊含义的字符。这些字符包括”$”, “!”, “ “等字符。在文件名 中包含特殊字符，你可以这样做：
~~~
[me@linuxbox ~]$ mv bad\&filename good_filename
~~~
为了允许反斜杠字符出现，输入”\“来转义。注意在单引号中，反斜杠失去它的特殊含义，它 被看作普通字符。
> 反斜杠转义字符序列
>
> 反斜杠除了作为转义字符外，反斜杠也是一种表示法的一部分，这种表示法代表某种 特殊字符，叫做控制码。ASCII 编码表中前32个字符被用来把命令转输到像电报机 一样的设备。一些编码是众所周知的（制表符，退格符，换行符，和回车符），其它 一些编码就不熟悉了（空值，传输结束码，和确认）。
>
> | 转义序列 | 含义 |
> | \a | 响铃（”警告”－导致计算机嘟嘟响） |
> | \b | 退格符 |
> | \n | 新的一行。在类 Unix 系统中，产生换行。 |
> | \r | 回车符 |
> | \t | 制表符 |
>
> 上表列出了一些常见的反斜杠转义字符。反斜杠表示法背后的思想来源于 C 编程语言， 许多其它语言也采用了这种表示方法，包括 shell。
>
> echo 命令带上 ‘-e’ 选项，能够解释转义序列。你可以把转义序列放在 $' ' 里面。 以下例子，使用 sleep 命令，一个简单的程序，它会等待指定的秒数，然后退出。 我们可以创建一个简单的倒数计数器：
>
> sleep 10; echo -e "Time's up\a"
>
> 我们也可以这样做：
>
> sleep 10; echo "Time's up" /span>\a'
## 总结归纳
随着我们继续学习 shell，你会发现使用展开和引用的频率逐渐多起来，所以能够很好的 理解他们的工作方式很有意义。事实上，可以这样说，他们是学习 shell 的最重要的主题。 如果没有准确地理解展开模式，shell 总是神秘和混乱的源泉，并且 shell 潜在的能力也 浪费掉了。
## 拓展阅读
* Bash 手册页有主要段落是关于展开和引用的，它们以更正式的方式介绍了这些题目。
* Bash 参考手册也包含章节，介绍展开和引用：
[http://www.gnu.org/software/bash/manual/bashref.html](http://www.gnu.org/software/bash/manual/bashref.html)
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