Shell变量和数据类型

课程介绍

Shell变量是Shell脚本编程的核心概念，理解变量的定义、引用、作用域以及数据类型对于编写高效的Shell脚本至关重要。本课程将深入讲解Shell变量的各种用法，包括普通变量、环境变量、只读变量、数组等，以及字符串操作和数字运算等高级特性。

1. 变量基础

1.1 变量命名规则

Shell变量命名需要遵循以下规则：

命名规则：

• 变量名只能包含字母（a-z，A-Z）、数字（0-9）和下划线（_）
• 变量名不能以数字开头
• 变量名区分大小写（name和Name是不同的变量）
• 不能使用Shell关键字（如if、then、for等）

示例：

# 正确的变量名
name="张三"
age=25
user_name="李四"
_count=100

# 错误的变量名
2name="王五"      # 不能以数字开头
user-name="赵六"   # 不能包含连字符
if="条件"         # 不能使用关键字

1.2 变量定义和赋值

Shell变量定义和赋值非常简单，直接使用变量名=值的格式。

基本语法：

变量名=值

注意事项：

• 等号两边不能有空格
• 值中包含空格时需要用引号包裹

示例：

#!/bin/bash
# 正确的变量定义
name="张三"
age=25
city="北京"

# 错误的变量定义（等号两边有空格）
# name = "张三"  # 错误！

# 值中包含空格需要引号
# greeting=Hello World  # 错误！
greeting="Hello World"  # 正确

1.3 变量引用

使用$变量名或${变量名}引用变量。

示例：

#!/bin/bash
name="张三"
age=25

# 使用$变量名
echo $name
echo $age

# 使用${变量名}（推荐）
echo ${name}
echo ${age}

# 区分变量名和后续字符
filename="test"
echo ${filename}.txt  # 输出：test.txt
echo ${filename}_bak   # 输出：test_bak

2. 变量类型

2.1 普通变量

普通变量是Shell脚本中最常用的变量类型。

示例：

#!/bin/bash
# 定义普通变量
name="张三"
age=25
city="北京"

# 使用变量
echo "姓名：$name"
echo "年龄：$age"
echo "城市：$city"

2.2 环境变量

环境变量是系统级别的变量，可以被所有子进程继承。

查看环境变量：

# 查看所有环境变量
env

# 查看特定环境变量
echo $PATH
echo $HOME
echo $USER

定义环境变量：

#!/bin/bash
# 定义环境变量（使用export）
export MY_VAR="Hello"

# 在子Shell中也可以访问
bash -c 'echo $MY_VAR'  # 输出：Hello

常用环境变量：

变量	说明
PATH	命令搜索路径
HOME	用户主目录
USER	当前用户名
SHELL	当前Shell路径
PWD	当前工作目录
LANG	系统语言设置

2.3 只读变量

只读变量定义后不能被修改或删除。

定义只读变量：

#!/bin/bash
# 定义只读变量
readonly PI=3.14159
readonly MAX_SIZE=1024

# 使用只读变量
echo "PI = $PI"
echo "MAX_SIZE = $MAX_SIZE"

# 尝试修改只读变量（会报错）
# PI=3.14  # 错误：readonly variable

2.4 局部变量

局部变量只在函数内部有效，使用local关键字定义。

示例：

#!/bin/bash
# 定义函数
my_function() {
    local local_var="局部变量"
    echo "函数内部：$local_var"
}

# 调用函数
my_function

# 在函数外部访问局部变量（无法访问）
echo "函数外部：$local_var"  # 输出：（空）

3. 字符串操作

3.1 字符串定义

Shell字符串可以使用单引号、双引号或不使用引号定义。

示例：

#!/bin/bash
# 单引号字符串（不解析变量）
str1='Hello $name'
echo $str1  # 输出：Hello $name

# 双引号字符串（解析变量）
name="张三"
str2="Hello $name"
echo $str2  # 输出：Hello 张三

# 不使用引号（不能包含空格）
str3=Hello
echo $str3  # 输出：Hello

单引号vs双引号：

特性	单引号	双引号
解析变量	❌	✅
解析转义字符	❌	✅
支持换行	✅	❌

3.2 字符串拼接

Shell支持多种字符串拼接方式。

示例：

#!/bin/bash
# 方法1：直接拼接
str1="Hello"
str2="World"
result1=$str1$str2
echo $result1  # 输出：HelloWorld

# 方法2：使用引号拼接
result2="$str1 $str2"
echo $result2  # 输出：Hello World

# 方法3：拼接变量和字符串
name="张三"
result3="你好，$name！"
echo $result3  # 输出：你好，张三！

3.3 字符串长度

使用${#变量名}获取字符串长度。

示例：

#!/bin/bash
str="Hello, World!"

# 获取字符串长度
echo "字符串长度：${#str}"  # 输出：13

# 获取变量长度
name="张三"
echo "姓名长度：${#name}"  # 输出：2

3.4 字符串截取

Shell支持多种字符串截取方式。

语法：

${变量名:起始位置:长度}

示例：

#!/bin/bash
str="Hello, World!"

# 从位置0开始截取5个字符
echo ${str:0:5}  # 输出：Hello

# 从位置7开始截取6个字符
echo ${str:7:6}  # 输出：World

# 从位置7开始截取到末尾
echo ${str:7}    # 输出：World!

# 截取最后3个字符
echo ${str: -3}  # 输出：ld!

3.5 字符串替换

Shell支持字符串替换操作。

语法：

${变量名/旧字符串/新字符串}      # 替换第一个匹配
${变量名//旧字符串/新字符串}     # 替换所有匹配

示例：

#!/bin/bash
str="Hello, World! Hello, Shell!"

# 替换第一个匹配
echo ${str/Hello/Hi}   # 输出：Hi, World! Hello, Shell!

# 替换所有匹配
echo ${str//Hello/Hi}  # 输出：Hi, World! Hi, Shell!

3.6 字符串删除

Shell支持从字符串开头或结尾删除子串。

语法：

${变量名#模式}      # 从开头删除最短匹配
${变量名##模式}     # 从开头删除最长匹配
${变量名%模式}      # 从结尾删除最短匹配
${变量名%%模式}     # 从结尾删除最长匹配

示例：

#!/bin/bash
filename="/home/user/test.txt"

# 从开头删除最短匹配
echo ${filename#*/}   # 输出：home/user/test.txt

# 从开头删除最长匹配
echo ${filename##*/}  # 输出：test.txt

# 从结尾删除最短匹配
echo ${filename%/*}   # 输出：/home/user

# 从结尾删除最长匹配
echo ${filename%%/*}  # 输出：（空）

4. 数字运算

4.1 基本运算

Shell支持基本的算术运算。

运算符：

运算符	说明
+	加法
-	减法
*	乘法
/	除法
%	取模（求余）

方法1：使用$(( ))

#!/bin/bash
num1=10
num2=5

# 基本运算
echo "加法：$((num1 + num2))"    # 输出：15
echo "减法：$((num1 - num2))"    # 输出：5
echo "乘法：$((num1 * num2))"    # 输出：50
echo "除法：$((num1 / num2))"    # 输出：2
echo "取模：$((num1 % num2))"    # 输出：0

方法2：使用let命令

#!/bin/bash
num1=10
num2=5

# 使用let命令
let result=num1+num2
echo "加法：$result"  # 输出：15

let result=num1-num2
echo "减法：$result"  # 输出：5

方法3：使用expr命令

#!/bin/bash
num1=10
num2=5

# 使用expr命令
result=$(expr $num1 + $num2)
echo "加法：$result"  # 输出：15

result=$(expr $num1 - $num2)
echo "减法：$result"  # 输出：5

4.2 自增自减

Shell支持自增和自减运算。

示例：

#!/bin/bash
num=10

# 自增
((num++))
echo "自增后：$num"  # 输出：11

# 自减
((num--))
echo "自减后：$num"  # 输出：10

# 前置自增
echo "前置自增：$((++num))"  # 输出：11

# 后置自增
echo "后置自增：$((num++))"  # 输出：11
echo "当前值：$num"          # 输出：12

4.3 浮点数运算

Shell本身不支持浮点数运算，需要使用bc命令。

示例：

#!/bin/bash
# 使用bc命令进行浮点数运算
result=$(echo "scale=2; 10 / 3" | bc)
echo "10 / 3 = $result"  # 输出：3.33

result=$(echo "scale=3; 3.14159 * 2" | bc)
echo "3.14159 * 2 = $result"  # 输出：6.283

5. 数组

5.1 数组定义

Shell支持一维数组，数组元素用空格分隔。

示例：

#!/bin/bash
# 定义数组
fruits=("苹果" "香蕉" "橙子" "葡萄")

# 访问数组元素
echo ${fruits[0]}  # 输出：苹果
echo ${fruits[1]}  # 输出：香蕉
echo ${fruits[2]}  # 输出：橙子
echo ${fruits[3]}  # 输出：葡萄

5.2 数组操作

获取数组长度：

#!/bin/bash
fruits=("苹果" "香蕉" "橙子" "葡萄")

# 获取数组长度
echo "数组长度：${#fruits[@]}"  # 输出：4

获取所有元素：

#!/bin/bash
fruits=("苹果" "香蕉" "橙子" "葡萄")

# 获取所有元素
echo ${fruits[@]}  # 输出：苹果 香蕉 橙子 葡萄

# 遍历数组
for fruit in ${fruits[@]}; do
    echo $fruit
done

添加元素：

#!/bin/bash
fruits=("苹果" "香蕉")

# 添加元素
fruits[2]="橙子"
fruits[3]="葡萄"

# 输出数组
echo ${fruits[@]}  # 输出：苹果 香蕉 橙子 葡萄

删除元素：

#!/bin/bash
fruits=("苹果" "香蕉" "橙子" "葡萄")

# 删除元素
unset fruits[1]

# 输出数组
echo ${fruits[@]}  # 输出：苹果 橙子 葡萄

6. 完整示例

示例1：学生成绩统计

#!/bin/bash
# 学生成绩统计脚本

# 定义学生信息
name="张三"
age=18
class="高三(1)班"

# 定义成绩数组
scores=(85 92 78 90 88)

# 计算总分
total=0
for score in ${scores[@]}; do
    total=$((total + score))
done

# 计算平均分
average=$((total / ${#scores[@]}))

# 输出结果
echo "===== 学生成绩统计 ====="
echo "姓名：$name"
echo "年龄：$age"
echo "班级：$class"
echo "成绩：${scores[@]}"
echo "总分：$total"
echo "平均分：$average"
echo "======================"

示例2：字符串处理工具

#!/bin/bash
# 字符串处理工具

# 输入字符串
read -p "请输入一个字符串：" str

# 输出字符串信息
echo "===== 字符串信息 ====="
echo "字符串：$str"
echo "长度：${#str}"
echo "前3个字符：${str:0:3}"
echo "后3个字符：${str: -3}"
echo "===================="

示例3：计算器脚本

#!/bin/bash
# 简单计算器脚本

# 输入两个数字
read -p "请输入第一个数字：" num1
read -p "请输入第二个数字：" num2

# 计算结果
sum=$((num1 + num2))
difference=$((num1 - num2))
product=$((num1 * num2))
quotient=$((num1 / num2))
remainder=$((num1 % num2))

# 输出结果
echo "===== 计算结果 ====="
echo "$num1 + $num2 = $sum"
echo "$num1 - $num2 = $difference"
echo "$num1 * $num2 = $product"
echo "$num1 / $num2 = $quotient"
echo "$num1 % $num2 = $remainder"
echo "=================="

课程总结

这节课我们学习了Shell变量和数据类型。

核心内容:

• 变量命名规则和定义方法
• 变量类型（普通变量、环境变量、只读变量、局部变量）
• 字符串操作（定义、拼接、长度、截取、替换、删除）
• 数字运算（基本运算、自增自减、浮点数运算）
• 数组操作（定义、访问、遍历、添加、删除）

重要命令:

• export：定义环境变量
• readonly：定义只读变量
• local：定义局部变量
• unset：删除变量
• bc：浮点数运算

变量和数据类型是Shell脚本编程的基础，掌握这些知识后，我们将在后续课程中学习条件判断、循环等高级特性。

课后练习

练习1（基础）

创建一个脚本，要求：

1. 定义变量name、age、city
2. 输出"姓名：xxx，年龄：xxx，城市：xxx"
3. 计算并输出age + 10的结果

练习2（进阶）

创建一个字符串处理脚本，要求：

1. 提示用户输入一个字符串
2. 输出字符串的长度
3. 输出字符串的前3个字符和后3个字符
4. 将字符串中的所有"Hello"替换为"Hi"

练习3（拓展）

创建一个数组操作脚本，要求：

1. 定义一个包含5个水果名称的数组
2. 输出数组的长度
3. 输出所有水果名称
4. 添加一个新水果到数组
5. 删除数组的第2个元素
6. 输出最终的数组