Linux命令：shell如何操作字符串和数字？

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人邮异步社区

7314人浏览 · 2021-01-19 08:54:18

人邮异步社区 · 2021-01-19 08:54:18 发布

计算机程序其实就是处理数据。前面的章节主要从文件层面讲解了数据的处理。然而，很多编程问题需要用到更小的数据单元，例如字符串和数字，来解决。

本章将学习几个用于操纵字符串和数字的shell脚本特性。Shell提供了多种字符串操作的参数扩展。除了算术扩展（在第7章讲到），还有一个常见的名为bc的命令行程序，它能执行更高层次的数学运算。

34.1　参数扩展（Parameter Expansion）

虽然参数扩展在第7章就已出现，但是因为大部分参数扩展使用在脚本文件，而非命令行中，所以我们未加详细解释，在这之前已经使用了某些形式的参数扩展，例如shell变量。Shell提供了多种参数的扩展形式。

34.1.1　基本参数

参数扩展的最简单形式体现在平常对变量的使用中。举例来说，$a扩展后成为变量a所包含的内容，无论a包含什么。简单参数也可以被括号包围，例如${a}。这对扩展本身毫无影响，但是，当变量相邻于其他文本时，则必须使用括号，否则可能让shell混淆。看下面这个例子，我们试图以附加字符串_file到变量a内容后的方式新建一个文件名。

[me@linuxbox ~]$ a=”foo”
[me@linuxbox ~]$ echo ”$a_file”

由于shell会试图扩展名为a_file的变量而不是a变量，所以如果按序执行这些命令，结果将是一无所获。这个问题可以通过加上括号加以解决。

[me@linuxbox ~]$ echo ”${a}_file”
foo_file

同样可见，大于9的位置参数可以通过给相应数字加上括号来访问。例如，访问第11个位置参数，可以这样做——${11}。

34.1.2　空变量扩展的管理

有的参数扩展用于处理不存在的变量和空变量。这些参数扩展在处理缺失的位置参数和给参数赋默认值时很有用处。这种参数扩展形式如下。

${parameter:-word}

如果parameter未被设定（比如不存在）或者是空参数，则其扩展为word的值；如果parameter非空，则扩展为parameter的值。

[me@linuxbox ~]$ foo=
[me@linuxbox ~]$ echo ${foo:-“substitute value if unset”}
substitute value if unset
[me@linuxbox ~]$ echo $foo
[me@linuxbox ~]$ foo=bar
[me@linuxbox ~]$ echo ${foo:-“substitute value if unset”}
bar
[me@linuxbox ~]$ echo $foo
Bar

以下是另一种扩展形式，在里面使用等号，而非连字符号。

${parameter:=word}

如果parameter未被设定或者为空，则其扩展为word的值；此外，word的值也将赋给parameter。如果parameter非空，则扩展为parameter的值。

[me@linuxbox ~]$ foo=
[me@linuxbox ~]$ echo ${foo:=”default value if unset”}
default value if unset
[me@linuxbox ~]$ echo $foo
default value if unset
[me@linuxbox ~]$ foo=bar
[me@linuxbox ~]$ echo ${foo:=”default value if unset”}
bar
[me@linuxbox ~]$ echo $foo
Bar

注意：

位置参数和其他特殊参数不能以这种方式赋值。

我们使用一个问号，如下所示。

${parameter:?word}

如果 parameter 未设定或为空，这样扩展会致使脚本出错而退出，并且word内容输出到标准错误。如果parameter非空，则扩展结果为parameter的值。

[me@linuxbox ~]$ foo=
[me@linuxbox ~]$ echo ${foo:?"parameter is empty"}
bash: foo: parameter is empty
[me@linuxbox ~]$ echo $?
1
[me@linuxbox ~]$ foo=bar
[me@linuxbox ~]$ echo ${foo:?"parameter is empty"}
bar
[me@linuxbox ~]$ echo $?
0

如果我们使用一个加号，如下所示：

${parameter:+word}

若parameter未设定或为空，将不产生任何扩展。若parameter非空，word的值将取代parameter的值；然而，parameter的值并不发生变化。

[me@linuxbox ~]$ foo=
[me@linuxbox ~]$ echo ${foo:+"substitute value if set"}

[me@linuxbox ~]$ foo=bar
[me@linuxbox ~]$ echo ${foo:+"substitute value if set"}
substitute value if set

34.1.3　返回变量名的扩展

shell具有返回变量名的功能。这种功能在相当特殊的情况下才会被用到。

${!prefix*}
${!prefix@}

该扩展返回当前以prefix开头的变量名。根据bash文档，这两种扩展形式执行效果一模一样。下面的例子中，我们列出了环境变量中所有以BASH开头的变量。

[me@linuxbox ~]$ echo ${!BASH*}
BASH BASH_ARGC BASH_ARGV BASH_COMMAND BASH_COMPLETION BASH_COMPLETION_DIR 
BASH_LINENO BASH_SOURCE BASH_SUBSHELL BASH_VERSINFO BASH_VERSION

34.1.4　字符串操作

对字符串的操作，存在着大量的扩展集合。其中一些扩展尤其适用于对路径名的操作。扩展式

${#parameter}

扩展为parameter内包含的字符串的长度。一般来说，参数parameter是个字符串。然而，如果参数parameter是“@”或“*”，那么扩展结果就是位置参数的个数。

[me@linuxbox ~]$ foo="This string is long."
[me@linuxbox ~]$ echo "'$foo' is ${#foo} characters long."
'This string is long.' is 20 characters long.

${parameter:offset}
${parameter:offset:length}

这个扩展用来提取一部分包含在参数parameter中的字符串。扩展以offset字符开始，直到字符串末尾，除非length特别指定。

[me@linuxbox ~]$ foo="This string is long."
[me@linuxbox ~]$ echo ${foo:5}
string is long.
[me@linuxbox ~]$ echo ${foo:5:6}
string

如果offset的值为负，默认表示它从字符串末尾开始，而不是字符串开头。注意，负值前必须有一个空格，以防和“$”{parameter:-word}扩展混淆。如果有length（长度）的话，length不能小于0。

如果参数是“@”，扩展的结果则是从offset开始，length为位置参数。

[me@linuxbox ~]$ foo="This string is long."
[me@linuxbox ~]$ echo ${foo: -5}
long.
[me@linuxbox ~]$ echo ${foo: -5:2}
lo

${parameter%pattern}
${parameter%%pattern}

根据pattern定义，这些扩展去除了包含在parameter中的字符串的主要部分。pattern是一个通配符模式，类似那些用于路径名的扩展。两种形式的区别在于“#”形式去除最短匹配，而“##”形式去除最长匹配。

[me@linuxbox ~]$ foo=file.txt.zip
[me@linuxbox ~]$ echo ${foo#*.}
txt.zip
[me@linuxbox ~]$ echo ${foo##*.}
Zip

${parameter%pattern}
${parameter%%pattern}

这些扩展与上述的“#”和“##”扩展相同，除了一点——它们从参数包含的字符串末尾去除文本，而非字符串开头。

[me@linuxbox ~]$ foo=file.txt.zip
[me@linuxbox ~]$ echo ${foo%.*}
file.txt
[me@linuxbox ~]$ echo ${foo%%.*}
file

${parameter/pattern/string}
${parameter//pattern/string}
${parameter/#pattern/string}
${parameter/%pattern/string}

这个扩展在parameter的内容上执行搜索和替换非常有效。如果文本被发现和通配符pattern一致，就被替换为string的内容。通常形式下，只有第一个出现的pattern被替换。在“//”形式下，所有pattern都被替换。“/#”形式要求匹配出现在字符串开头，“/%”形式要求匹配出现在字符串末尾。“/string”可以省略，不过和pattern匹配的文本都会被删除。

[me@linuxbox ~]$ foo=JPG.JPG
[me@linuxbox ~]$ echo ${foo/JPG/jpg}
jpg.JPG
[me@linuxbox ~]$ echo ${foo//JPG/jpg}
jpg.jpg
[me@linuxbox ~]$ echo ${foo/#JPG/jpg}
jpg.JPG
[me@linuxbox ~]$ echo ${foo/%JPG/jpg}
JPG.jpg

参数扩展是一个比较重要的功能。进行字符串操作的扩展可以替代其他常用的命令，例如set和cut命令。扩展通过取代外部程序，改善了脚本的执行效率。比如，我们将改动前面章节中讨论过的longest-word程序，运用参数扩展${#j}代替在subshell中输出结果的$(echo $j | wc -c)，如下所示。

#!/bin/bash 

# longest-word3 : find longest string in a file 

for i; do 
　　　　　if [[ -r $i ]]; then 
　　　　　　　　　　max_word= 
　　　　　　　　　　max_len= 
　　　　　　　　　　for j in $(strings $i); do 
　　　　　　　　　　　　　　　len=${#j} 
　　　　　　　　　　　　　　　if (( len > max_len )); then 
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　max_len=$len 
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　max_word=$j 
　　　　　　　　　　　　　　　fi 
　　　　　　　　　　done 
　　　　　　　　　　echo "$i: '$max_word' ($max_len characters)" 
　　　　　fi 
　　　　　shift 
done

接着，我们将用time命令比较两个版本的效率。

[me@linuxbox ~]$ time longest-word2 dirlist-usr-bin.txt
dirlist-usr-bin.txt: 'scrollkeeper-get-extended-content-list' (38 characters)

real　　0m3.618s 
user　　0m1.544s 
sys　　 0m1.768s
[me@linuxbox ~]$ time longest-word3 dirlist-usr-bin.txt 
dirlist-usr-bin.txt: 'scrollkeeper-get-extended-content-list' (38 characters) 

real　　0m0.060s 
user　　0m0.056s 
sys　　 0m0.008s

原始版本的脚本花费了3.618秒来扫描text文件，而使用参数扩展的新版本只花费了0.06秒——这是一个比较大的改进。

34.2　算术计算和扩展

第7章我们学习了算术扩展，用来对整数进行算术运算。它的基本形式如下所示：

$((expression))

其中expression是一个有效的算术表达式。

这和用于算法计算（真实性测试）的复合命令“(( ))”有关，我们曾在第27章中遇到过。

通过前面章节的学习，我们已经了解了表达式和运算符的常见类型。下面，我们将更为完整地学习它们。

34.2.1　数字进制

回顾第9章，我们已经学习了八进制（octal）和十六进制（hexadecimal）的数字。在算术表达式中，shell支持任何进制表示的整数。表34-1列出了基本数字进制的描述。