Bash概论 - Linux系列教程补充篇

时间:2022-04-26
本文章向大家介绍Bash概论 - Linux系列教程补充篇，主要内容包括Bash特殊字符、Bash变量、Bash操作符、Shell中条件和test命令、Shell流控制、Shell函数、输入输出、命令行处理 命令行处理命令、进程和作业控制、基本概念、基础应用、原理机制和需要注意的事项等，并结合实例形式分析了其使用技巧，希望通过本文能帮助到大家理解应用这部分内容。

本篇是我最开始学习Linux命令时看的一篇帖子，最早见于ChinaUnix (这次查找其出处时发现2002年就有这篇)。学习过程中，遇到问题就查一下。这次看到，把格式整理了，部分内容做了校对，增加了解释和示例，分享于此，也是对之前我们写的16篇Linux入门和生物信息常用Linux命令文章 (包括最基础操作、环境变量、可执行属性，命令行运行监测、常见错误、快捷操作、管道、标准输入输出、软件安装、Docker、Conda、定期备份、配置信息查询、awk、sed、vim)的补充。

Bash特殊字符

1. 通配符:

*: 匹配任何字符

**: 匹配任何字符串

*?: 匹配任何单个字符

2. 集合运算符

用一些单个字、一个连续范围或断续的字符集合作为通配符

[a-z]: 用字符集合作通配符匹配单个字符, 如: [aeiou], [a-o], [A-Z], [0-9]

[!A-Za-z0-9]: 除了集合外的所有字符组成的集合作通配符

3. 花括号展开式（可以嵌套）:

c{a{r,t,n}, b{r,t,n}}s 可以匹配cars cats cans cbrs cbts cbns

4. 其它特殊字符:

(): 子shell运行；比如 (cd ehbio; mdkir ysx)进入ehbio目录，新建ysx文件夹，运行完之后还在当前目录。

': 强引用字符串, 不解释特殊字符

": 弱引用字符串, 解释所有特殊字符

;: 命令分隔符（命令终止符）, 运行在一行里执行多条命令;一般在终端直接写判断语句或执行for循环时用。

#: 行注释 $: 变量表达式，变量解析&: 在后台执行命令，在for循环中也可用作命令分割符，取代done前面的;

Bash变量

1. 自定义变量

用户自定义的变量由字母、数字和下划线组成, 并且变量名的第一个字符不能为数字, 且变量名大小写敏感。

varname=value 注意bash不能在等号两侧留空格

shell语言是非类型的解释型语言, 给一个变量赋值实际上就是定义了变量, 而且可以赋不同类型的值。引用变量有两种方式, {varname}, 为防止变量在字符串中产生歧义建议使用第二种方式, 引用未定义的变量其值为空。

ct@ehbio:~$ a="EHBIO"
ct@ehbio:~$ echo ${a}
EHBIO
ct@ehbio:~$ echo $a
EHBIO

#出错了
ct@ehbio:~$ echo $agood

#引用变量时大括号的作用
ct@ehbio:~$ echo ${a}good
EHBIOgood
ct@ehbio:~$ echo $a.good
EHBIO.good

#出错了
ct@ehbio:~$ echo $a_good

#引用变量时大括号的作用
ct@ehbio:~$ echo ${a}_good
EHBIO_good

为了使变量可以在其它进程中使用, 需要将变量导出: export varname

2. 环境变量

可以用set命令给变量赋值或查看环境变量值, 使用unset命令清除变量值, 使用export导出变量将可以使其它进程访问到该环境变量。可以把设置保存到.bashrc或.bash_profile中, 成为永久的环境变量。

环境变量不限于我们之前讲过的可执行程序的环境变量、动态库、Python模块的环境变量，任何变量都可以的。

3. 位置变量

位置变量对应于命令行参数, 其中$0为脚本名称, $1为第一个参数, 依次类推, 参数超过9个必须使用${}引用变量。shell保留这些变量, 不允许用户以另外的方式定义它们, 传给脚本或函数的位置变量是局部和只读的, 而其余变量为全局的（可以用local关键字声明为局部）。

4. 其它变量

$?: 保存前一个命令的返回码; 0为运行成功，常用来判断上一个程序的退出状态。

$$: 当前shell的进程号

$!: 上一个子进程的进程号

$#: 传给脚本或函数的参数个数, 即位置变量数减1(1代表脚本自身) $*和$@: 传给脚本的所有参数(不包含脚本本身), 每个参数以$IFS分隔（一般内为空格TAB换行）; 两者的不同点是引号括起来时，$*会被作为一个整体，$@还是单个的参数。

ct@ehbio:~$ cat ehbio_testParam.sh
#!/bin/bash

echo "EHBIO${IFS}great"

echo '$*'
echo -ne "t";
echo $*

echo '$@'
echo -ne "t";
echo $@

echo 'Each element in $*:'

for i in "$*"; do
    echo -ne "t";
    echo $i;
done

echo 'Each element in $@:'
for i in "$@"; do
    echo -ne "t";
    echo $i;
done

ct@ehbio:~$ bash ehbio_testParam.sh sheng xin bao dian
EHBIO     
great
$*
    sheng xin bao dian
$@
    sheng xin bao dian
Each element in $*:
    sheng xin bao dian
Each element in $@:
    sheng
    xin
    bao
    dian

Bash操作符

1. 字符串操作符（替换操作符）

${var:-word}: 如果var存在且不为空, 返回它的值, 否则返回word ${var:=word}: 如果var存在且不为空, 返回它的值, 否则将word赋给var, 返回它的值 ${var:+word}: 如果var存在且不为空, 返回word, 否则返回空 ${var:?message} 如果var存在且不为空, 返回它的值, 否则显示“-bash: var: message”, 然后退出当前命令或脚本 ${var:offset[:length]} 从offset位置开始返回var的一个长为length的子串, 若没有length, 则默认到var串末尾

ct@ehbio:~$ echo ${var:?message}
-bash: var: message
ct@ehbio:~$ var='sheng xin bao dian'
ct@ehbio:~$ echo ${var:6:3}
xin
ct@ehbio:~$ echo ${var:?message}
sheng xin bao dian
ct@ehbio:~$ echo $?
0
ct@ehbio:~$ unset var
ct@ehbio:~$ echo ${var:?message}
-bash: var: message
ct@ehbio:~$ echo $?
1
ct@ehbio:~$ echo ${var:=ehbio}
ehbio
ct@ehbio:~$ echo ${var}
ehbio

2. 模式匹配操作符

${var#pattern} 从var头部开始, 删除和pattern匹配的最短模式串, 然后返回 剩余串

${var##pattern} 从var头部开始, 删除和pattern匹配的最长模式串, 然后返回 剩余串, basename path＝${path##*/}

${var%pattern} 从var尾部开始, 删除和pattern匹配的最短模式串, 然后返回 剩余串, dirname path＝${path%/*}

${var%%pattern} 从var尾部开始, 删除和pattern匹配的最长模式串, 然后返回 剩余串

${var/pattern/string} 用string替换var中和pattern匹配的最长模式串

个人最常用的是最后一个，常用于for循环中。

ct@ehbio:~$ var='sheng xin bao dian good'
ct@ehbio:~$ ${var/good/great}
-bash: sheng: command not found
ct@ehbio:~$ echo ${var/good/great}
sheng xin bao dian great

比如获取fastq文件的名字部分

for i in `ls *_1.fq.gz`; do j=${i/_1.fq.gz/}; echo "$j"; done

Shell中条件和test命令

Bash可以使用[ … ]结构或test命令测试复杂条件格式: [ expression ] 或 test expression返回一个代码, 表明条件为真还是为假, 返回0为真, 否则为假。注: 左括号后和右括号前空格是必须的语法要求

1. 文件测试操作符

-d file: file存在并且是一个目录 -e file: file存在 -f file: file存在并且是一个普通文件 -g file: file存在并且是SGID(设置组ID)文件 -r file: 对file有读权限 -s file: file存在并且不为空 -u file: file存在并且是SUID(设置用户ID)文件 -w file: 对file有写权限 -x file: 对file有执行权限, 如果是目录则有查找权限 -O file: 拥有file -G file: 测试是否是file所属组的一个成员 -L file: file为符号链接 file1 –nt file2: file1比file2新

file1 –ot file2: file1比file2旧

举两个例子

ct@ehbio:~$ touch older
ct@ehbio:~$ touch newer

ct@ehbio:~$ if test -e older; then echo "older esists"; fi
older esists
ct@ehbio:~$ if test -s older; then echo "older is unempty"; fi
ct@ehbio:~$ if [ -s older ]; then echo "older is unempty"; fi
ct@ehbio:~$ if [ ! -s older ]; then echo "older is empty"; fi
older is empty
ct@ehbio:~$ if [ newer -nt older ]; then echo "newer"; fi
newer

2. 字符串操作符

str1=str2 str1和str2匹配 str1!=str2 str1和str2不匹配 str1>str2 str1大于str2 -n str str的长度大于0（不为空）-z str str的长度为0（空串），常用于判断必须的命令行参数是否传入

# 字符串的大小比较的是最先遇到的不同的ASCII码的大小
ct@ehbio:~$ if test "10">"20"; then echo "10>20"; fi
10>20
ct@ehbio:~$ if test 10>20; then echo "10 < 20"; fi

3. 整数操作符

var1 –eq var2 var1等于var2 var1 –ne var2 var1不等于var2 var1 –ge var2 var1大于等于var2 var1 –gt var2 var1大于var2 var1 –le var2 var1小于等于var2 var1 –lt var2 var1小于var2

ge: great equal; gt: great than

需要注意的是常用的数学运算符给了字符串比较，数字比较使用的却是英文缩写

数学表达式也可以

if (( 3>2 )); then echo 'TRUE'; fi
TRUE

4. 逻辑操作符

!expr 对expr求反expr1 && expr2 对expr1与expr2求逻辑与, 当expr1为假时不再执行expr2 expr1 || expr2 对expr1与expr2求逻辑或, 当expr1为真时不再执行expr2

Shell流控制

1. 条件语句: if

if, then, elif, else, fi是关键词，其它的是需要替换掉的。

if conditions; then
    do sth when conditions are true
elif another_conditions; then
    do sth when another_conditions are true
else:
    do sth when above condiitons are all false
fi
if test $guanzhu_sxbd == "already"; then
    echo "Enjoy it"
elif test $guanzhu_hjyz == "already"; then
    echo "Enjoy it"
else
    echo "Guan zhu them"
fi

Enjoy it

2. 确定性循环: for do done 常用的批量操作方式

遍历一个列表，取出每个元素，针对性操作。

for i in `ls *_1.fq.gz`; do 
    echo "$i"; 
done

3. 不确定性循环: while和until

declare -i a #定义整数变量
a=1   # 初始化变量
while test $a -lt 3; do
    echo $a
    a=$a+1
done 

echo $a

4. 选择结构: case和select (类似getopts)

ct@ehbio:~$ cat select_case.sh

PS3="Input the position of selected parameter (1 for exit):"

select opts in a b c d
do
    case $opts in
        a)
            exit 0;
            ;;
        b)
            echo " Parameters $opts"
            ;;
        c)
            echo " Parameters $opts"
            ;;
        d)
            echo " Parameters $opts"
            ;;
        ?)
            echo "Unknown"
            ;;
    esac
done

ct@ehbio:~$ bash select_case.sh 
1) a
2) b
3) c
4) d
Input the position of selected parameter (1 for exit):2
 Parameters b
Input the position of selected parameter (1 for exit):3
 Parameters c
Input the position of selected parameter (1 for exit):4
 Parameters d
Input the position of selected parameter (1 for exit):1

5. 命令shift

将存放在位置变量中的命令行参数依次向左传递shift n 命令行参数向左传递n个参数串

ct@ehbio:~$ cat ehbio_testParam.sh
#!/bin/bash

echo 'Each element in $*:'

for i in "$*"; do
    echo -ne "t";
    echo $i;
done

echo $1
shift

for i in "$*"; do
    echo -ne "t";
    echo $i;
done
ct@ehbio:~$ bash ehbio_testParam.sh sheng xin bao dian
Each element in $*:
    sheng xin bao dian
sheng
    xin bao dian

Shell函数

function function_name () { function body}定义函数，函数参数的获取同命令行参数获取。

ct@ehbio:~$ cat test_func.sh 
function show_ehbio () {
    echo $@
    echo $1
}

show_ehbio "EHBIO great" "SXBD great"
ct@ehbio:~$ bash test_func.sh
EHBIO great SXBD great
EHBIO great

输入输出

1. I/O重定向

管道、标准输入输出之前有过详细介绍。

<: 输入重定向

>: 输出重定向(没有文件则创建, 有则覆盖)

>>: 输出重定向(没有则创建, 有则追加到文件尾部)

<<: 输入重定向(here文档)

command << label  
input…  
label  
说明:  使一个命令的输入为一段shell脚本(input…), 直到标号(label)结束
ftp: USER=anonymous  
PASS=YC@163.com  
#-i: 非交互模式 -n: 关闭自动登录  
ftp –i –n << END 
open ftp.163.com  
user $USER $PASS  
cd /pub  
close  
END
#END标记输入结束

2. 字符串I/O操作

字符串输出: echo

命令选项: -e: 启动转义序列 -n: 取消输出后换行 (前面已经用到过)

3. 字符串输入: read 可以用于用户交互输入, 也可以用来一次处理文本文件中的一行

命令选项:

ct@ehbio:~$ read -p "Enter the best tutorial: " tutorial
Enter the best tutorial: Sheng Xin Bao Dian
ct@ehbio:~$ echo $tutorial
Sheng Xin Bao Dian

# 隐藏输入内容
ct@ehbio:~$ read -s -p "Enter your password: " password
Enter your password: 
ct@ehbio:~$ echo $password
haha

命令行处理 命令行处理命令

getopts 有两个参数, 第一个为字母和冒号组成的选项列表字符串, 第二个为一个变量名

选项列表字符串以冒号开头的选项字母排列组成, 如果一选项需要一个参数则该选项字母后跟一个冒号

getopts分解第一参数, 依次将选项摘取出来赋给第二个参数变量

如果某选项有参数, 则读取参数到内置变量OPTARG中 内置变量OPTIND保存着将被处理的命令行参数（位置参数）的数值选项列表处理完毕getopts返回1, 否则返回0 如:

在我们推出的一步绘图脚本里面，就是使用Bash封装的R脚本，通过修改命令行参数，完成热图、柱状图、线图、Venn图、火山图、泡泡图等图形的绘制和定制。

while getopts "hf:m:a:A:b:I:t:x:l:j:J:d:F:G:H:P:L:y:V:D:c:C:B:X:Y:R:w:u:r:o:O:s:S:p:z:Z:v:e:E:i:" OPTION
do
        case $OPTION in
                h)
                        usage
                        exit 1
                        ;;
                f)
                        file=$OPTARG
                        ;;
                m)
                        melted=$OPTARG
                        ;;
                .
                .
                .
                ?)
                        usage
                        exit 1
                        ;;
        esac
done

进程和作业控制

命令行运行监测和软件安装文中讲述了部分监测命令。

如果一个命令需要运行比较久，一般使用nohup command &来放入后台不中断运行，这样推出终端也不影响程序。

command &是把程序放入后台。

jobs: 查看后台进程

bg: 显示后台进程, 即用Ctrl+z挂起或‘命令 &’执行的进程

fg job_id: 将后台进程转到前台执行

kill –9 process_id: 强制杀掉某个进程

Ref:

1.http://bbs.chinaunix.net/forum.php?mod=viewthread&tid=575412

2. 未整理的bash tips http://blog.genesino.com/2011/05/bash-tips-record/ 内容比较杂，都是平时问题的记录。

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