Bash (Bourne-Again SHell) 是 Linux 和 macOS 等 Unix-like 操作系统中最流行、功能最强大的命令行解释器 (Command Line Interpreter, CLI) 和脚本语言。作为 GNU 项目的一部分，Bash 是 Bourne Shell (sh) 的增强版本，提供命令补全、历史记录、作业控制、更丰富的脚本编程特性等功能，极大地提高了用户在命令行环境下的工作效率。理解 Bash 是掌握 Unix-like 系统操作和自动化任务的关键。

核心思想：Bash 是连接用户与操作系统内核的桥梁，既是交互式命令行工具，也是强大的自动化脚本执行环境。

一、Bash 概览与核心概念

1.1 什么是 Shell？

Shell 是一个计算机程序，它提供一个用户界面，用于访问操作系统服务。它是用户与操作系统内核之间的接口。用户通过 Shell 输入命令，Shell 解释这些命令并将其传递给内核执行，然后将结果返回给用户。

  • 命令行 Shell (CLI Shell)：通过文本界面接收命令，如 Bash、Zsh、Fish 等。
  • 图形 Shell (GUI Shell)：通过图形界面交互，如 GNOME Shell (Linux)、macOS Finder、Windows Explorer 等。

1.2 Bash 的特点与优势

  • 兼容性：几乎完全兼容 Bourne Shell (sh)，这意味着大量现有的 sh 脚本可以在 Bash 中运行。
  • 交互性增强：
    • 命令历史：记录用户输入的命令，方便查阅和复用。
    • Tab 补全：自动补全命令、文件路径、变量等，提高输入效率，减少错误。
    • 别名 (Aliases)：允许用户为常用命令创建快捷方式。
    • 作业控制：管理后台进程和前台进程。
  • 强大的脚本编程能力：
    • 支持变量、条件判断、循环、函数等编程结构。
    • 丰富的内置命令和操作符，便于文件操作、字符串处理等。
    • 强大的进程间通信 (IPC) 机制，如管道 (pipes)。
  • 可配置性：可以通过修改配置文件（如 ~/.bashrc, ~/.bash_profile）来自定义 Shell 行为、提示符、快捷键等。

1.3 Bash 的运行环境

通常，我们在终端模拟器 (Terminal Emulator) 中与 Bash 交互。终端模拟器是一个应用程序，它模拟物理终端的功能，例如 gnome-terminal、iTerm2、Windows Terminal 等。当启动终端模拟器时，它会启动一个 Shell 实例（默认通常是 Bash）。

二、Bash 基础操作

2.1 文件系统导航与操作

命令 描述 示例
pwd 显示当前工作目录 pwd
ls 列出目录内容 ls -lha (详细、隐藏、人类可读)
cd 改变目录 cd /home/user/documents, cd .., cd ~
mkdir 创建目录 mkdir my_project
rmdir 删除空目录 rmdir empty_dir
touch 创建空文件或更新文件时间戳 touch new_file.txt
cp 复制文件或目录 cp file.txt /tmp/, cp -r dir1 dir2
mv 移动或重命名文件/目录 mv old_name.txt new_name.txt, mv file.txt /backup/
rm 删除文件或目录 rm file.txt, rm -rf my_dir (强制递归删除)

2.2 查看文件内容

命令 描述 示例
cat 连接文件并打印到标准输出 cat file.txt
less 分页查看文件内容，可向上滚动 less large_log.txt
more 分页查看文件内容，只能向下滚动 more report.txt
head 显示文件开头几行 (默认 10) head -n 5 file.txt
tail 显示文件末尾几行 (默认 10) tail -f /var/log/syslog (实时跟踪)

2.3 输入/输出重定向与管道

Bash 提供了强大的输入/输出重定向机制，允许你改变命令的默认输入源和输出目标。

  • 标准输入 (stdin, 文件描述符 0)：默认是键盘。
  • 标准输出 (stdout, 文件描述符 1)：默认是屏幕。
  • 标准错误 (stderr, 文件描述符 2)：默认是屏幕。
操作符 描述 示例
> 重定向标准输出到文件，覆盖原有内容。 ls > output.txt
>> 重定向标准输出到文件，追加到文件末尾。 echo "new line" >> output.txt
< 将文件内容作为命令的标准输入。 sort < unsorted.txt
2> 重定向标准错误到文件。 command 2> error.log
&> 或 > &1 重定向标准输出和标准错误到同一个文件。 command &> all_output.log
| (管道) 将一个命令的标准输出作为另一个命令的标准输入。 ls -l | grep ".txt" (列出所有 .txt 文件)

示例:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
# 将 ls -l 命令的输出保存到 files.txt 中
ls -l > files.txt

# 将 "Hello Bash" 追加到 greeting.txt 末尾
echo "Hello Bash" >> greeting.txt

# 执行一个可能出错的命令，并将错误信息重定向到 error.log
rm non_existent_file 2> error.log

# 列出当前目录下所有以 's' 开头的文件，并统计行数
ls -l | grep "^s" | wc -l

三、环境变量与 Shell 变量

3.1 环境变量 (Environment Variables)

环境变量是操作系统级别或 Shell 会话级别的配置，影响进程的行为。它们通常由操作系统或 Shell 启动脚本设置。

  • PATH: 操作系统查找可执行命令的目录列表。
  • HOME: 当前用户的主目录。
  • USER: 当前用户名。
  • SHELL: 当前使用的 Shell 路径。
  • LANG: 语言设置。

查看环境变量:

1
2
printenv        # 打印所有环境变量
echo $PATH      # 打印特定环境变量的值

设置环境变量 (临时，只对当前 Shell 会话有效):

1
2
export MY_VARIABLE="Hello World"
echo $MY_VARIABLE

3.2 Shell 变量 (Shell Variables)

Shell 变量是仅在当前 Shell 进程中有效的变量，不像环境变量那样会被子进程继承。通常用于存储临时数据。

设置 Shell 变量:

1
2
name="Alice"
echo "My name is $name"

注意: 赋值时 = 两边不能有空格。

特殊 Shell 变量:

变量 描述
$? 上一个命令的退出状态 (0 表示成功，非零表示失败)。
$$ 当前 Shell 进程的 PID。
$! 上一个后台进程的 PID。
$0 当前脚本的名称。
$1, $2 传递给脚本的第一个、第二个参数。
$# 传递给脚本的参数数量。
$@ 所有传递给脚本的参数，每个参数都被视为独立的字符串。
$* 所有传递给脚本的参数，被视为一个单一的字符串。

示例 (在脚本中):

1
2
3
4
5
#!/bin/bash
echo "脚本名称: $0"
echo "第一个参数: $1"
echo "所有参数 ($# 个): $@"
echo "上一个命令的退出状态: $?"

四、流程控制与脚本编程

Bash 的强大之处在于其脚本编程能力，允许我们编写复杂的自动化任务。

4.1 基本脚本结构

一个 Bash 脚本通常以Shebang行开始，指定解释器。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
#!/bin/bash
# 这是一个 Bash 脚本示例
echo "Hello from Bash script!"

# 定义一个变量
MESSAGE="This is a message."
echo $MESSAGE

# 执行一个命令
ls -lh

保存为 myscript.sh，然后 chmod +x myscript.sh 赋予执行权限，最后 ./myscript.sh 运行。

4.2 条件判断 (if/else)

使用 if、elif、else 进行条件判断，通过 test 命令或 [ ] 或 [[ ]] 进行条件测试。

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
#!/bin/bash

# 使用 [ ] 进行条件测试
# 注意：[ 和 ] 必须与内部的表达式有空格
if [ "$1" == "hello" ]; then
    echo "Hello there!"
elif [ "$1" == "bye" ]; then
    echo "Goodbye!"
else
    echo "Usage: $0 <hello|bye>"
fi

# 使用 [[ ]] 增强的条件测试 (推荐)
# 支持正则表达式匹配、更直观的逻辑操作符
FILE="test.txt"
if [[ -f "$FILE" && -r "$FILE" ]]; then
    echo "$FILE exists and is readable."
else
    echo "$FILE does not exist or is not readable."
fi

# 数值比较使用 -eq, -ne, -gt, -ge, -lt, -le
COUNT=10
if (( COUNT > 5 )); then # 或者 if [ $COUNT -gt 5 ]; then
    echo "Count is greater than 5."
fi

常用的条件测试操作符:

类型 操作符 描述
文件 -f file 文件存在且是普通文件
-d directory 文件存在且是目录
-e file 文件存在 (不区分类型)
-s file 文件存在且不为空
-r file, -w file, -x file 文件可读、可写、可执行
字符串 string1 == string2 (或 =) 字符串相等 (在 [[ ]] 中支持 ==)
string1 != string2 字符串不相等
-z string 字符串为空 (长度为零)
-n string 字符串不为空
数值 num1 -eq num2 (equal) 数值相等
num1 -ne num2 (not equal) 数值不相等
num1 -gt num2 (greater than) 数值大于
num1 -ge num2 (greater or equal) 数值大于等于
num1 -lt num2 (less than) 数值小于
num1 -le num2 (less or equal) 数值小于等于
逻辑 ! (非), -a (与), -o (或) 或 &&, `

4.3 循环 (Loops)

4.3.1 for 循环

用于遍历列表或序列。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
#!/bin/bash

# 遍历一个列表
for FRUIT in apple banana cherry; do
    echo "I like $FRUIT."
done

# 遍历文件通配符匹配的结果
echo "Files in current directory:"
for FILE in *; do
    echo "- $FILE"
done

# C 风格的 for 循环 (使用 (( )) 进行数学运算)
for (( i=0; i<5; i++ )); do
    echo "Iteration $i"
done

4.3.2 while 循环

当条件为真时重复执行。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
#!/bin/bash

COUNT=0
while [ $COUNT -lt 3 ]; do
    echo "Count: $COUNT"
    COUNT=$((COUNT + 1)) # 数学运算
done

# 读取文件内容逐行处理
echo "Reading file..."
while IFS= read -r LINE; do
    echo "Line: $LINE"
done < input.txt # 重定向 input.txt 为 while 循环的输入

4.4 函数 (Functions)

将一系列命令封装成可重用的代码块。

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
30
31
#!/bin/bash

# 定义一个函数
greet() {
    local NAME="$1" # 使用 local 关键字声明局部变量，避免污染全局环境
    echo "Hello, $NAME!"
}

# 调用函数
greet "World"
greet "Alice"

# 带返回值的函数 (通过退出状态码或 echo 输出)
add() {
    local A=$1
    local B=$2
    SUM=$((A + B))
    echo $SUM # 将结果打印到标准输出
    return 0 # 0 表示成功，非零表示失败
}

# 调用函数并获取其输出
RESULT=$(add 5 3) # 使用命令替换获取函数输出
echo "The sum is: $RESULT"

# 检查函数退出状态
if add 10 20; then
    echo "Add operation succeeded."
else
    echo "Add operation failed."
fi

4.5 数学运算

Bash 原生支持整数运算。

  • $((expression)): 用于执行算术运算。
  • let expression: 另一种执行算术运算的方式。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
#!/bin/bash
A=10
B=5

SUM=$((A + B))
echo "Sum: $SUM"

DIFF=$((A - B))
echo "Difference: $DIFF"

PROD=$((A * B))
echo "Product: $PROD"

DIV=$((A / B)) # 整数除法
echo "Division: $DIV"

MOD=$((A % B))
echo "Modulo: $MOD"

let C=A+B # 使用 let
echo "C: $C"

# 浮点数运算通常需要借助外部工具，如 bc 或 awk
# 例如：echo "scale=2; 10 / 3" | bc

五、安全性与最佳实践

编写 Bash 脚本时，遵循一些最佳实践可以提高脚本的健壮性、安全性和可维护性。

  1. 始终使用 Shebang：#!/bin/bash 或 #!/usr/bin/env bash。
  2. 变量加引号：当变量可能包含空格或特殊字符时，务必使用双引号将其括起来，以防止单词分割和路径名展开。
    1
    2
    3
    4
    5
    6
    #!/bin/bash
    FILE="my file with spaces.txt"
    # 错误：rm $FILE 会被解释为 rm my file with spaces.txt
    # rm $FILE
    # 正确：rm "my file with spaces.txt"
    rm "$FILE"
  3. 使用 local 声明函数内部变量：防止局部变量意外覆盖同名的全局变量。
    1
    2
    3
    4
    5
    6
    7
    8
    9
    10
    11
    #!/bin/bash
    GLOBAL_VAR="Global"

    my_function() {
        local GLOBAL_VAR="Local" # 这里的 GLOBAL_VAR 只在函数内部有效
        echo "Inside function: $GLOBAL_VAR"
    }

    echo "Before function call: $GLOBAL_VAR"
    my_function
    echo "After function call: $GLOBAL_VAR"
    输出:
    1
    2
    3
    Before function call: Global
    Inside function: Local
    After function call: Global
  4. 使用 set -e 提前退出：当任何命令以非零退出状态码失败时，脚本立即退出。这有助于防止错误累积。
    1
    2
    3
    4
    5
    6
    #!/bin/bash
    set -e # 启用快速退出模式

    echo "Start..."
    rm non_existent_file # 这个命令会失败，脚本在此处退出
    echo "This line will not be executed."
  5. 使用 set -u 检查未定义变量：当脚本尝试使用未定义的变量时，发出错误并退出。
    1
    2
    3
    4
    #!/bin/bash
    set -u

    echo "Hello, $UNDEFINED_VAR!" # 脚本会因 UNDEFINED_VAR 未定义而报错并退出
  6. 使用 set -o pipefail 处理管道错误：默认情况下，管道中的命令如果失败，只有最后一个命令的退出状态会被 $? 捕获。pipefail 会使整个管道的退出状态为第一个失败命令的退出状态。
    1
    2
    3
    4
    5
    #!/bin/bash
    set -eo pipefail # 结合 -e 和 pipefail

    false | echo "This will be printed." # 默认行为，echo成功，$?为0
    # 如果 set -o pipefail 开启，则 false 失败，管道整体失败，脚本退出
  7. 避免使用 rm -rf 无需确认：在脚本中谨慎使用，或者在执行前添加确认步骤。
  8. 输入验证：对用户输入或外部来源的输入进行严格验证，防止注入攻击或意外行为。
  9. 使用函数组织代码：将相关操作封装到函数中，提高可读性和模块化。
  10. 添加注释：清晰的注释有助于理解脚本逻辑，特别是复杂或非显而易见的步骤。

六、总结

Bash 作为一个多功能工具，既能满足日常交互式命令行操作的需求，又能通过脚本编程实现复杂的系统管理和自动化。掌握 Bash 的基本命令、文件系统操作、I/O 重定向、变量、以及流程控制结构，并遵循良好的编程实践，将极大提升你在 Unix-like 环境下的工作效率和能力。从简单的文件管理到复杂的部署流水线，Bash 都是不可或缺的基石。