shell.md

• 概述
• 切換默認 Shell
• Shell 交互
  • 調試信息
  • 訪問歷史路徑
  • 匹配規則
  • 字符串截取
  • 任務管理
  • screen（會話管理）
  • script（終端屏幕錄製）
  • 管道
  • 重定向
  • bash/zsh擴展重定向語法
    • here-document
    • here-string
    • process-substitution
  • 標準輸入輸出
  • 交互快捷鍵
  • fish_config
• Shell 語法
  • Shebang（#!）
  • 變量
    • 變量作用域
    • 環境變量
    • 文本轉義
  • 指令
  • 數組
  • 數值計算
  • 條件語法
  • if/switch/case（分支語法）
  • 三目運算符
  • for/while（循環語法）
  • select 語句
  • 輸出內容
    • 刷新輸出
  • 輸入內容
  • 自定義函數
    • 函數參數處理
    • 函數返回值
• 其它 Shell 特性
  • 隨機數
  • Fork Bomb

概述

Unix系統中的Shell一般指CLI Shell，提供了CLI方式的系統交互接口。 Shell本身是指令解釋器，將用戶輸入的指令轉換爲對OS的實際操作。

Unix系統中默認Shell可更換，不同的Unix使用的默認Shell亦不相同。

傳統Shell：

名稱	簡介
sh(Bourne Shell)	在Version 7 Unix中引入，其特性被之後的其它Shell作爲設計基礎
bash(Bourne-Again Shell)	GNU項目的一部分，特性是Bourne Shell的超集，現代使用最廣汎的Shell，是Linux、macOS的默認Shell
csh(C Shell)	BSD Unix的默認Shell，採用類似C語言風格的語法
tcsh(TENEX C Shell)	基於csh，兼容csh，在csh基礎上添加了命令補全等特性，是FreeBSD的默認Shell

現代Shell：

名稱	簡介
zsh(Z Shell)	兼容bash語法，同時提供更多強大功能
fish	智能、用戶友好的現代Shell，相比zsh擁有更多的內置特性與更現代化的設計。fish放棄了bash兼容性，使用全新設計的語法，更加簡潔、優雅

切換默認 Shell

更換默認Shell使用chsh指令，不同Unix中chsh指令的參數、效果不同。

• Linux中使用chsh會提示輸入新的默認Shell路徑
• FreeBSD/macOS中使用chsh會進入Shell的配置編輯界面

/etc/shells文件記錄了本機安裝的所有Shell，需要保證使用的Shell路徑已添加到該文件中。 macOS下使用Homebrew安裝fish不會更新/etc/shells文件， 需要手動將fish的路徑/usr/local/bin/fish添加到該文件中才能正常使用fish作爲默認Shell。

Shell 交互

Shell中的常用組合鍵：

• Ctrl + C 停止當前指令(發送中斷信號SIGINT)
• Ctrl + \ 停止當前指令(發送退出信號SIGQUIT)
• Ctrl + D 停止當前指令
• Crtl + W 刪除一段已輸入內容(到前一個空格爲止)
• Ctrl + U 清除所有已輸入內容

使用!!指令可以還原上一條輸入的指令(bash/zsh中支持該指令，fish不支持)：

$ ls
Applications	Documents	Library		Music		Public
Desktop		Downloads	Movies		Pictures
$ !!
ls
Applications	Documents	Library		Music		Public
Desktop		Downloads	Movies		Pictures
$ !! -l
ls -l
total 0
drwx------@  4 dainslef  staff   136 Aug 24 00:20 Applications
drwx------+  4 dainslef  staff   136 Aug 26 21:40 Desktop
drwx------+  5 dainslef  staff   170 Aug 20 00:38 Documents
drwx------+  6 dainslef  staff   204 Aug 26 17:31 Downloads
drwx------+ 61 dainslef  staff  2074 Aug 20 16:53 Library
drwx------+  3 dainslef  staff   102 Aug 19 22:05 Movies
drwx------+  5 dainslef  staff   170 Aug 19 23:55 Music
drwx------+  5 dainslef  staff   170 Aug 26 13:27 Pictures
drwxr-xr-x+  7 dainslef  staff   238 Aug 22 23:28 Public

使用$?可以獲取上一條指令的執行結果(bash/zsh中支持該指令，fish不支持)：

$ ls
Applications	Documents	Library		Music		Public
Desktop		Downloads	Movies		Pictures
$ echo $?
0 <!-- 指令執行成功，返回 0 -->
$ abc
bash: abc: command not found <!-- 執行一條不存在的指令，執行失敗 -->
$ echo $?
127 <!-- 指令執行失敗，返回 127 -->

調試信息

bash/zsh使用-x參數執行腳本時會輸出調試信息：

$ bash -x [bash腳本]
$ zsh -x [zsh腳本]

在bash腳本內容中，添加set -v，則會逐行輸出當前執行的指令內容，可搭配輸出分析腳本的執行情況。 示例腳本：

echo "test"
ls

set -v # 開啟指令輸出

echo "test"
ls

輸出結果；

test
Applications    Documents       Library         Music           Public
Desktop         Downloads       Movies          Pictures        test.sh

<!-- 開啟 set -v 之後的輸出內容前會打印出執行的指令 -->
echo "test"
test
ls
Applications    Documents       Library         Music           Public
Desktop         Downloads       Movies          Pictures        test.sh

fish使用-D或--debug-stack-frames參數設定腳本調試級別，按調試級別輸出不同程度的調試信息：

$ fish -D [調試級別] [fish腳本]
$ fish --debug-stack-frames=[調試級別] [fish腳本]

fish默認的調適級別是0，通常使用3、4級別來獲取足夠的調適信息。 fish最大的調適級別可達128。

訪問歷史路徑

zsh/fish中均提供了查看歷史路徑的快捷指令。

在zsh中，使用d指令列出歷史路徑，使用路徑編號跳轉到編號對應路徑：

$ cd Downloads
$ d
0	~/Downloads
1	~

$ 1 # 使用編號作爲指令跳轉到對應路徑
~

在fish中，使用dirh指令列出歷史路徑， 使用prevd 編號跳轉到之前的指定路徑，使用nextd 編號跳轉到之後的指定路徑：

$ cd Downloads
$ dirh
 1) /Users/dainslef
	/Users/dainslef/Downloads

$ prevd 1 # 跳轉到之前的指定路徑
$ dirh
	/Users/dainslef
 1) /Users/dainslef/Downloads

$ nextd 1 # 跳轉到之後的指定路徑
$ dirh
 1) /Users/dainslef
	/Users/dainslef/Downloads

匹配規則

Shell中可使用以下通配符：

• * 匹配任意長度的字符串
• ? 匹配任意單個字符
• [] 匹配一定範圍內的單個字符

示例：

*test* 匹配 xxxxtestxxxx 或 xtestxxxx 或 xxxxtestx 或 xtestx 等
?test? 匹配 xtestx ，但無法匹配 xxxxtestxxxx
test[1-9] 匹配 test1, test2 ... test9

對於一些需要輸入通配符原始字符的情形，需要使用\符號避免轉義。

字符串截取

使用#*/##*可字符串中抽取特定字符之後的內容：

file="path_a/path_b/abc.cde.hs"

${file#*/} # 獲取首個"/"之後的內容: path_b/abc.cde.hs
${file##*/} # 獲取最後一個"/"之後的內容: abc.cde.hs
${file#*.} # 獲取首個"."之後的內容: cde.hs
${file##*.} # 獲取最後一個"."之後的內容: hs

使用%/%%可從字符串中提取特定字符之前的內容：

file="path_a/path_b/abc.cde.hs"

${file#/*} # 獲取首個"/"之前的內容: path_a
${file##/*} # 獲取最後一個"/"之前的內容: path_a/path_b
${file#.*} # 獲取首個"."之前的內容: path_a/path_b/abc
${file##.*} # 獲取最後一個"."之前的內容: path_a/path_b/abc.cde

使用${var:start:length}可以自左向右獲取指定起始位置、指定長度的字符子串：

file="path_a/path_b/abc.cde.hs"

${file:7:6} # 從左邊第8個字符開始獲取之後的6個字符： path_b
${file:7} # 從左邊第8個字符開始獲取之後的所有字符： path_b/abc.cde.hs

使用${var:0-start:0-length}可以自右向左獲取字符子串：

file="path_a/path_b/abc.cde.hs"

${file:0-10} # 獲取最右端的10個字符：abc.cde.hs
${file:0-10:7} # 獲取最右的10個字符，從中自左向右截取7個字符： abc.cde
${file:0-10:0-2} # 獲取最右的10個字符，從中自右向左截取2個字符： hs

任務管理

指令後添加&操作符可以讓指令在後臺運行：

$ 指令 &

對於正在指令的指令，使用Ctrl + Z組合鍵可將指令暫停，並回到控制臺。 在後臺運行的指令與被暫停的指令可以使用jobs指令查看：

$ jobs

輸出結果(後臺運行top，vim &指令)：

Job	Group	State	Command
2	4099	stopped	top
1	4085	stopped	vim &

在後臺運行的任務會被分配任務編號。 使用fg/bg指令使在後臺掛起的指令恢復執行：

• $ fg %[Job ID] 恢復後臺指定編號的任務到前臺執行
• $ bg %[Job ID] 令指定編號的任務繼續在後臺執行

screen（會話管理）

screen工具是命令行環境下的全屏幕窗口管理器。

screen工具會創建一個交互式命令行窗口，該窗口擁有獨立的輸出buffer， 支持窗口隱藏和恢復，并支持複製窗口，複製的窗口之間會同步輸入輸出（Multi-Display模式）。 screen工具通常用於SSH等遠程連接場景下，需要保持特定進程的交互終端時。

Linux和macOS/BSD中通常均内置了該工具， Linux下的GNU screen與macOS/BSD下的screen指令參數基本類似。

常用參數示例：

<!-- 直接使用screen指令為創建一個新的會話窗口，默認會直接進入該會話 -->
$ screen
<!-- 在後台創建新會話但不進入該會話 -->
$ screen -dm

<!-- 創建指定名稱的會話並進入 -->
$ screen -S 會話名稱
<!-- 在後台創建指定名稱的會話，不進入 -->
$ screen -dmS 會話名稱

<!-- 列出當前存在的screen會話 -->
$ screen -ls
<!-- 恢復指定已分離的會話（已占用的會話不會恢復） -->
$ screen -r 會話ID
<!-- 恢復指定會話（無論會話是否占用，對於已占用的會話會複製該會話，進入Multi-Display模式） -->
$ screen -x 會話ID

<!-- 在新的screen會話中執行指令 -->
$ screen 指令
<!-- 在新的screen會話中執行指令，並挂到後臺 -->
$ screen -dm 指令
<!-- 在新的screen會話中執行指令，並挂到後臺，同時給創建的會話命名 -->
$ screen -dmS 會話名稱 指令

進入screen會話后，可使用ctrl + a系列組合鍵進行各類操作。 先輸入ctrl + a組合鍵，之後追加其它按鍵觸發快捷鍵操作。

常用快捷鍵：

快捷鍵	説明
ctrl + a esc	進入複製模式，該模式下可使用PgUp/PgDn進行翻頁瀏覽
ctrl + a ?	展示快捷鍵幫助信息
ctrl + a x	鎖定當前會話
ctrl + a k	殺死當前會話
ctrl + a d	分離當前會話
crtl + a N	顯示當前的會話標題和編號

一個screen會話中可開啓多個窗口，相關快捷鍵：

快捷鍵	説明
ctrl + a c	在當前會話中創建新窗口
ctrl + a "	進入窗口列表
ctrl + a n/space	切換到下一個窗口

screen窗口支持切分，相關操作快捷鍵：

快捷鍵	説明
ctrl + a S	水平切分，創建子窗口
ctrl + a I	垂直切分，創建子窗口
ctrl + a X	關閉當前切分窗口
crrl + a Q	關閉所有切分窗口
ctrl + a i	在子窗口間切換

script（終端屏幕錄製）

Linux/macOS(BSD)中均提供了script工具用於終端環境下的指令錄製與回放， 基本原理是將命令行操作和輸出以及每條指令執行的時間保存在文件中， 根據這些信息重新按照時間間隔打印指令以及輸出內容即可實現指令回放效果。

script工具在不同系統下的參數和機制略有不同。

• 錄製指令

  錄製指令語法基本類似，macOS/BSD僅支持短參數，Linux支持長參數，且功能更加豐富。 通用指令語法：

   <!-- 通用用法 -->
   $ script <!-- 無參數時命令記錄寫入當前路徑下的 typescript 文件中 -->
   $ script 記錄文件 <!-- 將命令記錄寫入指定的文件中，而非默認的typescript文件 -->
   $ script -a <!-- 採用追加模式寫入文件，而非默認的覆蓋模式寫入 -->

  默認參數下僅錄製指令的輸入輸出，不包含指令時間信息， 記錄文件直接使用cat指令查看即可實現回放先前輸入輸出（一次性全部輸出）； 但要使指令能動態回放，需要額外保存指令時間信息。

  macOS/BSD與Linux對時間信息的處理方式略有不同：

  • macOS/BSD下script指令直接將指令時間一併寫入指令輸入輸出文件中
  • Linux下script指令則將時間信息存儲到獨立的文件中

  指令語法：

   <!-- macOS/BSD -->
   $ script -r 記錄文件 <!-- 使用 -r 參數，生成的命令記錄文件中會包含時間戳信息 -->
  
   <!-- Linux -->
   $ script -T 時間記錄文件 指令記錄文件 <!-- 使用 -T 參數將指令時間信息保存到單獨的文件中 -->

• 回放指令

  回放指令在Linux下為獨立工具scriptreplay，在macOS/BSD中則使用script -p參數； 回放指令需要在錄製輸入內容時保存時間戳信息。

  Linux的scriptreplay工具支持倍速回放等高級功能，macOS/BSD僅支持原速回放或立即輸出記錄。

  指令語法：

   <!-- macOS/BSD -->
   $ script -p 記錄文件
   $ script -pd 記錄文件 <!-- 使用 -d 參數，不按照時間戳動態回放，立即輸出 -->
  
   <!-- Linux -->
   $ scriptreplay -T 時間記錄文件 指令記錄文件
   $ scriptreplay -m 最大延遲秒數 -T 時間記錄文件 指令記錄文件 <!-- 使用 -m 參數，設置回放指令的最大間隔時間（避免長時間的暫停） -->
   $ scriptreplay -d 回放速度倍數 -T 時間記錄文件 指令記錄文件 <!-- 使用 -d 參數，設置指令回放的倍速 -->

管道

Shell中的管道操作符|用於將一個進程的輸出作爲另一進程的輸入。

示例：

$ 指令1 | 指令2 | 指令3 | ...

管道操作符符|可多次連接指令。

使用grep指令過濾其它指令的輸出文本是最常見的管道應用：

$ ls | grep *abc* # 列出當前路徑下文件/路徑名稱中帶有 abc 字符的內容

ls指令的輸出作爲輸入內容傳入grep中。

重定向

默認情況下，進程執行的標準輸出、標準錯誤輸出均在終端內顯示。 使用>或>>操作符可以重定向輸出內容到文件中：

$ 指令 > 目標文件
$ 指令 >> 目標文件

• > 重定向輸出會覆蓋目標文件原有內容
• >> 重定向輸出以追加的形式添加到目標文件末尾

輸出重定向語法在bash/zsh/fish中基本相同。

標準輸入同樣支持重定向操作。 對於需要接收輸入內容的指令，使用<操作符可將輸入由標準輸入重定向到文件中：

$ 指令 < 目標文件

bash/zsh擴展重定向語法

對於bash/zsh，輸入重定向額外支持<<以及<<<語法、< <(...)語法。

here-document

<<語法被稱為here-document，用於在命令行開啟一個支持多行輸入的文檔， <<操作符後需要指定文檔結束標誌：

$ 指令 << 結束標誌
> ...
> ...
> 結束標誌

實例：

<!-- 設置結束標誌為 END -->
$ grep abc << END
> abc
> cde
> END <!-- 接收到結束標誌，文檔結束 -->
abc

<!-- 等價指令
假設文件 input.txt 中存在如下內容：
abc
cde
-->
$ grep abc < input.txt
abc

<<操作效果近似於創建一個文檔，輸入內容後將指令的標準輸入重定向到該文檔。 fish中不支持here-document語法。

here-string

<<<語法被稱為here-string，該操作符將直接傳入文本內容，而不是文件作為重定向的輸入。

實例：

$ grep abc <<< abcdef
abcdef

fish中不支持here-string語法，但該語法可簡單地使用管道操作符替代：

$ echo abcdef | grep abc

process-substitution

process-substitution(進程替換)是bash/zsh的擴展功能。 作用類似command1 | command2形式的管道操作，但可於避免管道操作引起的子Shell問題 (在循環中使用管道會創建大量子Shell，產生較大開銷，例如經典的fork炸彈)。

process substitution存在兩種形式：

• <(command...) 將指定進程的執行結果重定向到臨時FD中作為其它進程的輸入
• >(command...) 將其它進程的執行結果作為指定進程的輸入

兩種操作均會在/tmp或/var/tmp下創建named pipes(FIFO，命名管道)或named file descriptor(FD，命名文件描述)， 實際差異取決於操作系統的實現。

process substitution read語法可轉換為對FIFO或FD的操作。 有如下語法：

$ command1 <(command2) <(command3)

近似等價於：

$ mkfifo /var/tmp/fifo1 /var/tmp/fifo2
$ command2 > /var/tmp/fifo1 &
$ command3 > /var/tmp/fifo2 &
$ command1 /var/tmp/fifo1 /var/tmp/fifo2
$ rm /var/tmp/fifo1 /var/tmp/fifo2

以macOS下的zsh為例，使用md5計算兩個文件的md5值：

// 文件內容：
// abc.txt: abc\n
// cde.txt: cde\n
$ md5 <(cat abc.txt) <(cat cde.txt)
MD5 (/dev/fd/11) = 0bee89b07a248e27c83fc3d5951213c1
MD5 (/dev/fd/12) = 7f4d13d9b0b61c086fd68637067435c5

可以看到，macOS下使用process substitution語法在/dev/fd下創建了兩個臨時FD， 從臨時FD中讀取了數據。

process substitution read常搭配標準重定向操作，構成類似雙括號的語法：

$ command1 > >(command2)

功能為先執行commnad1指令，command2讀取command1的執行結果作為輸入並執行； 功能近似於command1 | command2，但避免了子Shell的創建。

process substitution write常見用法如下所示：

$ commnad1 > >(command2)

功能為先執行commnad1指令，command2讀取command1的執行結果作為輸入並執行。

標準輸入輸出

Shell環境下標準輸入輸出存在默認編號：

輸入輸出類型	編號
STDIN_FILENO(標準輸入)	0
STDOUT_FILENO(標準輸出)	1
STDERR_FILENO(標準錯誤輸出)	2

使用編號搭配重定向操作符可實現重定向指定類型的輸出。 僅重定向錯誤輸出到目標文件：

$ 指令 2> 目標文件

使用>&操作符可連接兩個描述符，如連接標準錯誤輸出至標準輸出：

$ 指令 2>&1

連接描述符的>&操作符應置於整條指令的末尾。

示例：

以ls指令爲例，假設當前路徑下不存在xxx文件， 使用ls xxx指令時會得到錯誤輸出，提示文件不存在：

$ ls xxx
ls: xxx: No such file or directory

• 重定向指定類型輸出：

  可將錯誤輸出到error.txt文件中：

   $ ls xxx 2> error.txt # 指令在終端無輸出
   $ cat error.txt # 錯誤信息被重定向到 error.txt 文件中
   ls: xxx: No such file or directory

  錯誤信息在標準錯誤輸出中生成，重定向標準輸出到文件error.txt，終端依舊會出現錯誤信息， 而error.txt文件內容爲空：

   $ ls xxx 1> error.txt # 重定向標準輸出
   ls: xxx: No such file or directory # 錯誤信息依舊輸出到終端，error.txt 文件中內容爲空

• 連接描述符：

  將標準錯誤輸出連接到標準輸出，則重定向標準輸出終端不會出現錯誤信息：

   $ ls xxx 1> error.txt 2>&1 # 終端無輸出
   $ cat error.txt # 錯誤信息被重定向到 error.txt 文件中
   ls: xxx: No such file or directory

交互快捷鍵

bash/zsh/fish均支持下列快捷鍵：

快捷鍵	說明
ctrl + a	跳轉到輸入內容的起始位置（功能等同Home鍵）
ctrl + e	跳轉到輸入內容的結束為止（功能等同End鍵）
ctrl + p	切換到前一條指令（功能等同方向鍵：上）
ctrl + n	切換到前一條指令（功能等同方向鍵：下）
ctrl + h	刪除當前行的一個字符（功能等同刪除鍵）
crtl + w	清除當前輸入的一段內容（至上一個空格）
ctrl + u	清除當前行的所有輸入內容

fish中額外提供了一系列實用快捷鍵：

快捷鍵	說明
ctrl + r	交互式搜索命令歷史記錄
alt + w	展示命令的實際內容（還原alias）
alt + s	使用sudo執行前一次指令的內容
alt + e	快速打開默認編輯器

fish_config

fish_config是fish內置的配置管理工具，直接執行後會開啟一個web server：

根據輸出信息使用瀏覽器訪問web頁面：

在web頁面中可查看色彩配置、提示符、函數、變量等各類配置。

使用fish_config theme指令可管理終端色彩主題相關配置：

<!-- 列出色彩主題 -->
$ fish_config theme
$ fish_config theme list

<!-- 查看指定色彩主題 -->
$ fish_config theme show 色彩主題名稱
$ fish_config theme demo 色彩主題名稱

<!-- 切換到指定主題並保存 -->
$ fish_config theme choose 色彩主題名稱
$ fish_config theme save 色彩主題名稱

使用fish_config prompt指令可管理提示符主題相關配置，操作類似：

$ fish_config prompt
$ fish_config prompt list
$ fish_config prompt choose 提示符主題名稱
$ fish_config prompt save 提示符主題名稱

Shell 語法

Unix中，Shell腳本通常以sh作爲後綴名（bash/zsh等）。 fish由於不兼容bash語法，通常使用fish作爲腳本後綴。

Shebang（#!）

對於以可執行文件形式執行的腳本，腳本首行需要使用shebang語法（#!）聲明使用的解析器， 以zsh爲例：

#! /bin/zsh
...

Shebang的更多介紹參考Wikipedia。

使用./***.sh執行腳本時，已指定解析器的腳本會調用指定的解析器進行介些， 未指定解析器的腳本會使用環境默認的Shell解析。 當手動調Shell執行腳本時，shebang聲明的解析器不會生效。

在不同OS中，用戶安裝的Shell路徑可能會有所不同，以fish為例， macOS中Homebrew安裝的fish位於/usr/local/bin/fish， Linux下常規發行版安裝的fish位於/usr/bin/fish， 此時若在shebang中指定絕對路徑跨平台使用時會得到下列錯誤信息：

exec: Failed to execute process 'xxx.fish': The file specified the interpreter '...xxx/fish', which is not an executable command.

解決方案是使用POSIX標準的/usr/bin/env來執行對應Shell：

#! /usr/bin/env fish

變量

bash/zsh變量相關語法基本相同，fish與其有較大差異。

bash/zsh定義、修改變量：

• 變量名=值 定義變量，bash/zsh語法，等號兩邊不能帶有空格
• 變量名+=內容 向變量添加內容，bash/zsh語法

# bash/zsh
$ num=233 # 定義變量 num
$ echo $num # 訪問變量 num
233 # 輸出變量內容 233
$ num+=1 # 拼接文本 233 和 1
$ echo $num
2331 # 輸出 2331

fish定義、修改變量：

• set 變量名 內容 定義變量，fish語法
• set -a 變量名 內容 將變量視為列表向尾部追加內容，fish語法
• set -p 變量名 內容 將變量視為列表向頭部追加內容，fish語法

# fish
$ set num 233
$ echo $num # 輸出 233
$ num+=1
$ echo $num
233 # fish 不支持 += 操作，輸出結果未發生改變

查看、刪除已定義的變量：

• $變量名 獲取變量內容
• set 列出已定義的變量
• unset 變量名 刪除指定名稱的變量（bash/zsh語法）
• set -e 變量名 刪除指定名稱的變量（fish語法）

變量作用域

Shell中修改變量與定義變量語法相同，需要使用額外的作用域關鍵字區分訪問外部變量或是新定義本地變量。

bash/zsh中使用local關鍵字定義本地變量。 本地變量與外部變量重名時，本地變量僅在作用域內部生效：

num=1

set_value() {
	num=2 # 直接使用變量名相當於修改外部變量
}

set_local_value() {
	local num=3 # 使用 local 關鍵字修飾，創建本地變量，不影響外部變量的值
}

echo $num
set_value
echo $num
set_local_value
echo $num

輸出結果：

1
2
2

bash中本地變量僅能在函數中定義。 zsh擴展了local關鍵字的用法，可以在任意區域使用local關鍵字定義變量， 使用local定義的變量之前若存在非local形式的定義，則隱藏之前的定義而非改寫其值。

fish中使用set函數定義變量，fish中支持更多變量作用域：

• set -l/--local

  本地變量，在語法塊（如if、for、while等語句）內生效；在語法塊外部使用等價於-f。

• set -f/--function

  函數變量，在整個函數內生效。

• set -g/--global

  全局變量，對整個fish會話以及後續該會話執行的腳本生效。

• set -U/--universal

  通用變量，對本機所有fish生效。

  使用該參數會持久化設置的變量，每次fish啟動均會設置該變量， 變量會寫入~/.config/fish/fish_variables中。

對於不顯式指定作用域的set指令，若變量名之前已經定義且在當前作用域可見，則復用之前的作用域； 若變量名不存在或當前作用域不可見，則創建變量時作用域設置為當前作用域。

在函數外部創建不指定作用域的set變量作用域類似-g/--global，函數內則作用域類似-l/--local。 在函數外部創建不指定作用域的set變量與使用-l/--local作用域的變量行為存在差異：

• 外部不指定作用域的set變量可以在函數內訪問和修改

   $ set normal_value normal_value_out
   $ function test_normal_value
       echo "read normal_value: $normal_value"
       set normal_value normal_value_inner
   end
   $ test_normal_value
   read normal_value: normal_value_out # 外部變量值可被訪問
   $ echo $normal_value
   normal_value_inner # 外部變量值已被修改

• 外部變量指定-l/--local作用域，無法在函數內訪問與修改

   $ set -l local_value local_value_out
   $ function test_local_value
       echo "read local_value: $local_value"
       set local_value local_value_inner
   end
   $ test_local_value
   read local_value: # 外部變量值無法訪問
   $ echo $local_value
   local_value_out # 外部變量值未被修改

更詳細的set指令說明參考fish官方文檔。

環境變量

環境變量(environment variable)是Unix系統中的一類全局配置，部分程序會通過讀取環境變量改變自身行為。 在bash/zsh/fish中，均可使用export指令設置環境變量：

$ export [key]=[value]

export指令由對應的Shell提供，以fish為例，fish中的export指令實際上是一個函數， 對應代碼在macOS下位於/usr/local/Cellar/fish/[version]/share/fish/functions/export.fish。

function export --description 'Set env variable. Alias for `set -gx` for bash compatibility.'
	if not set -q argv[1]
		set -x
		return 0
	end
	for arg in $argv
		set -l v (string split -m 1 "=" -- $arg)
		switch (count $v)
			case 1
				set -gx $v $$v
			case 2
				if contains -- $v[1] PATH CDPATH MANPATH
					set -l colonized_path (string replace -- "$$v[1]" (string join ":" -- $$v[1]) $v[2])
					set -gx $v[1] (string split ":" -- $colonized_path)
				else
					# status is 1 from the contains check, and `set` does not change the status on success: reset it.
					true
					set -gx $v[1] $v[2]
				end
		end
	end
end

由源碼可知，fish中的export函數實際上最終使用了set -gx指令設置環境變量。

文本轉義

在bash/zsh中使用單引號語法'包裹的文本中$變量語法不會被解析為對應變量的取值， 而是直接被作為純文本處理：

$ arg=123
$ echo 'arg: $arg'
arg: $arg

使用雙引號"語法包裹的文本中，$變量語法會被解析對應變量的取值：

$ arg=123
$ echo "abc: $arg"
abc: 123

指令

執行指令，語法如下：

• $(指令) 執行指令（bash/zsh語法）
• (指令) 執行指令（fish語法）

數組

bash/zsh/fish數組相關語法均存在一定差異。

定義數組：

• 數組名=(內容1 內容2 內容3 ...) 定義數組，多個數組內容間使用空格隔開（bash/zsh語法）
• set 數組名 內容1 內容2 內容3 ... 定義數組，多個數組內容間使用空格隔開（fish語法）

示例：

# bash/zsh
$ nums=(1 2 3) # 定義數組，包含3個元素： 1 2 3

# fish
$ set nums 1 2 3

訪問數組內容：

• $數組名 訪問數組名返回數組內首個元素（bash），或返回整個數組（zsh/fish）
• ${數組名[@]} 訪問整個內容（bash）
• $數組名[索引] 訪問數組指定索引的內容，支持逆序索引（zsh/fish語法）
• $數組名[起始索引..結束索引] 數組切片，訪問從起始索引到結束索引之間的內容（fish特性）
• $((數組名[索引]))/$[數組名[索引]]/${數組名[索引]} 訪問數組指定索引的內容（bash/zsh語法）

bash中，數組索引從0開始；zsh/fish中，數組索引從1開始。

獲取數組長度：

• ${#數組名[@]} 數組長度（bash/zsh語法）
• $[#數組名[@]] 數組長度（bash/zsh語法）
• count 數組名 數組長度（fish語法）

向數組添加內容：

• 數組名+=(內容) 向數組尾部添加內容（bash/zsh語法）
• set -a 數組名 內容 向數組尾部添加內容（fish語法）
• set -p 數組名 內容 向數組頭部添加內容（fish語法）

從數組內移除內容（從指定索引開始，生成原數組的子集）：

• ${數組名[@]:索引}（bash/zsh語法）
• $數組名[索引..]（fish語法）

檢查數組中是否存在指定內容（bash無直接語法）：

• (($數組名[(Ie)內容]))（zsh語法）
• contains 內容 $數組名（fish語法）

示例：

# bash
$ nums=(1 2 3) # 定義數組
$ echo $nums # bash中數組名代表數組內首個元素
1
$ echo $((nums[0]))
1
$ echo $[nums[1]]
2
$ echo ${nums[2]}
3
$ echo ${nums[3]} # 無輸出內容（數組越界）
$ echo $nums[2]
1[2] # bash不支持直接使用數組名後添加索引訪問數組內容，"$數組名"被解析爲數組首個元素

# zsh
$ nums=(1 2 3)
$ echo $nums
1 2 3 # zsh中數組名代表數組內所有內容
$ echo $((nums[0]))
0 # zsh數組下標從1開始，數組越界
$ echo $[nums[1]]
1
$ echo ${nums[2]}
2
$ echo $nums[3]
3
$ echo $nums[-1]
3 # zsh支持逆序索引

# fish
$ set nums 1 2 3
$ echo $nums
1 2 3 # fish中數組名代表數組內所有內容
$ echo $nums[-1]
3 # fish支持逆序索引
$ echo $nums[2..3]
2 3 # fish支持數組切片
$ echo $nums[0] # fish數組下標從1開始，數組越界
fish: Array index out of bounds
echo $nums[0]
		   ^
$ echo $nums[1]
1
$ echo $[nums[1]] # 錯誤，fish不支持bash/zsh中的數組訪問語法
fish: $[ is not a valid variable in fish.
echo $[nums[1]]
	  ^
$ echo ${nums[1]} # 錯誤，fish不支持bash/zsh中的數組訪問語法
fish: '${' is not a valid variable in fish.
echo ${nums[1]}
	  ^

數值計算

對於算術表達式，bash/zsh默認作爲文本處理。 即echo 2+3爲輸出內容爲2+3的文本。

示例：

# bash/zsh
$ num=233
$ echo $num+1
233+1 # 輸出文本 233+1

# fish
$ set num 233
$ echo $num+1
233+1

求值計算表達式，語法如下：

• $((表達式))/$[表達式] (bash/zsh語法)
• expr 表達式 (bash/zsh語法)
• math 表達式 (fish語法)

# bash/zsh
$ num=233
$ echo $(($num+1))
234 # 輸出 234
$ echo $[$num+1]
234
$ echo $[$num*10]
2330

# fish
$ set num 233
$ echo (math $num+1)
234
$ echo (math $num\*10) # fish 中乘法運算需要使用反斜槓轉義 * 符號
2330
$ echo (math "$num * 10") # 亦可將計算表達式以文本形式傳入，則不需要轉義字符
2330

條件語法

test函數用於條件檢驗，使用test 條件來檢驗一個條件是否成立。

[ 條件 ]語法是test 條件的語法糖，作用類似。 [ 條件 ]語法中，條件內容需要與[]符號兩邊各保持一個空格以上的間距，否則語法解析出錯。

示例：

if [ 條件 ]; then # 正確
	...
fi

if [條件]; then # 錯誤
	...
fi

否定條件的語法是在條件運算符之前添加感嘆號!， 與條件語法類似，否定語法同樣需要與條件語法保持一個空格以上的間距，否則語法解析出錯。

示例：

if ! [ 條件 ]; then # 正確
	...
fi

if ![ 條件 ]; then # 錯誤
	...
fi

多個條件之間的邏輯疊加除了使用傳統的&&、||等邏輯運算符外， 亦可直接在test指令內部使用-a、-o操作進行拼接：

• [ 條件1 -a 條件2 ] 邏輯與，條件1與條件2皆為true時為true
• [ 條件1 -o 條件2 ] 邏輯或，條件1或條件2為true時為true

[ 條件 ]用於字符判斷：

• [ 字符1 = 字符2 ] 字符相同
• [ 字符1 != 字符2 ] 字符不同
• [ -z 字符 ] 字符爲空
• [ -n 字符 ] 字符非空

[ 條件 ]用於數值比較：

• [ 數值1 -lt 數值2 ] 數值1小於數值2
• [ 數值1 -le 數值2 ] 數值1小於等於數值2
• [ 數值1 -gt 數值2 ] 數值1大於數值2
• [ 數值1 -ge 數值2 ] 數值1大於等於數值2
• [ 數值1 -eq 數值2 ] 數值1等於數值2
• [ 數值1 -ne 數值2 ] 數值1不等於數值2

[ 條件 ]用於文件判斷：

• [ -e 文件 ] 文件已經存在
• [ -f 文件 ] 文件是普通文件
• [ -s 文件 ] 文件大小不爲零
• [ -d 文件 ] 文件是一個目錄
• [ -r 文件 ] 文件對當前用戶可以讀取
• [ -w 文件 ] 文件對當前用戶可以寫入
• [ -x 文件 ] 文件對當前用戶可以執行
• [ -g 文件 ] 文件的GID標誌被設置
• [ -u 文件 ] 文件的UID標誌被設置
• [ -O 文件 ] 文件是屬於當前用戶的
• [ -G 文件 ] 文件的組ID和當前用戶相同
• [ 文件1 -nt 文件2 ] 文件1比文件2更新
• [ 文件1 -ot 文件2 ] 文件1比文件2更老

if/switch/case（分支語法）

分支語法包括：

• if語句（bash/zsh/fish語法）
• case語句（bash/zsh語法）
• switch語句（fish語法）

bash/zsh的if分支結構語法結構類似：

# bash/zsh 分支語法
if [ 條件1 ]
then
	...
elif [ 條件2 ]
then
	...
else
	...
fi

# bash/zsh 多個條件可以使用邏輯運算符連接
if [ 條件1 ] && [ 條件2 ] || [ 條件3 ]; then
fi
# 否定條件
if ! [ 條件1 ]; then
fi

fish的if分支語法更近似現代腳本語言：

if [ 條件1 ]
	...
else if [ 條件2 ]
	...
else
	...
end

# fish 條件邏輯操作符除了可以使用 bash/zsh 的 !、&&、|| 等
# 也支持使用 not、and、or 等關鍵字作為邏輯操作符
# 使用 and、or 操作符連接多個條件時，若多個條件寫在同一行，應使用分號 ; 進行分隔
if [ 條件1 ]; and [ 條件2 ]; or [ 條件3 ]
end
# 多個條件分行則無需分號分隔
if [ 條件1 ]
	and [ 條件2 ]
	or [ 條件3 ]
end
if not [ 條件 ]
end

bash/zsh模式匹配語法：

# bash/zsh 使用 case 語句進行模式匹配
case ... in
	xxx1) # 匹配內容則跳轉到指定分支
		... ;; # 語句塊結束使用雙分號 ;;
	xxx1 | xxx2) # 多條件使用 | 操作符連接，滿足匹配內容的其中一個即可
		... ;;
	*) # 沒有匹配到內容跳轉到默認分支
		... ;;
esac

fish使用switch語句進行模式匹配：

switch ...
	case xxx1
		...
	case xxx2 xxx3
		...
	case '*'
		...
end

三目運算符

bash/zsh中的三目運算符語法與C語言類似：

$((條件 ? 值1 : 值2))
$[條件 ? 值1 : 值2]

示例：

$ n=100
$ echo $[$n > 100 ? 222 : 333]
333

fish未直接提供三目運算符語法，但類似功能可用邏輯運算符替代：

$ set n 100
$ [ $n -gt 100 ] && echo 222 || echo 333
333

fish的邏輯運算符表達式中&&與||替換為and與or需要添加分號：

$ [ $n -gt 100 ] and echo 222 or echo 333
[: the last argument must be ']' # 提示語法錯誤

$ [ $n -gt 100 ]; and echo 222; or echo 333
333 # 正常輸出結果

for/while（循環語法）

for/while用於重複執行某段邏輯。

bash/zsh的for語法：

# 傳統C風格循環
for ((變量名=數值; 變量名<=數值; 變量名++)); do
	...
done

# 基於列表遍歷的循環
for 變量名 in {起始值..結束值}; do
	...
done

# zsh 支持列表遍歷語法
# bash 4.0 之後支持設定遍歷間隔
for 變量名 in {起始值..結束值..間隔}; do
	...
done

# 使用 seq 函數列表進行遍歷
for 變量名 in $(seq 起始值 結束值); do
	...
done

for 變量名 in $(seq 起始值 間隔 結束值); do
	...
done

# 無限循環
for ((;;)); do
	...
done

macOS 10.12.6默認的bash版本爲3.2.57，使用列表遍歷語法時不支持設定間隔(zsh支持此語法)。

fish的for語法：

# fish 僅支持列表遍歷循環，使用 seq 函數構建列表
for 變量 in (seq 起始值 結束值)
	...
end

# seq 函數可構建帶有間隔的循環
for 變量 in (seq 起始值 間隔 結束值)
	...
end

除了for語句，亦可使用while構建循環。 while語句語法：

# bash/zsh
while [ 條件 ]; do
	...
done

# fish
while [ 條件 ]
	...
end

# fish 無限循環
while true
	...
end

實例，打印1~10範圍的數值，bash/zsh示例：

# bash/zsh C風格
for ((i=0; i<=10; i++)); do
	echo $i
done

# bash/zsh 列表遍歷
for i in {1..10}; do
	echo $i
done

# bash/zsh while語句
i=1
while [ i -le 10 ]; do
	echo $i
	i=$[$i+1]
done

fish示例：

# fish for語句
for i in (seq 1 10)
	echo $i
end

# fish while語句
set i 1
while [ $i -le 10 ]
	echo $i
	set i (math $i+1)
end

select 語句

select語句用於在Shell環境中提供選擇菜單。 bash/zsh中select結構語法：

select $xxx in "xxx1" "xxx2"; do # 提供選單，提示用戶在選項 xxx1 xxx2 中進行選擇
	...
	break # 執行邏輯後需要使用 break 終止 select 結構，否則會一直循環出現選單
done

fish中沒有提供select結構同等的語法。

輸出內容

Shell中使用echo函數用於向stdout（標準輸出）打印文本， 類似於高級語言中的print()函數。

echo函數可選參數：

• -e 轉義文本
• -n 不打印換行符

不同Shell對於轉義字符的默認處理方式不同。 對於使用引號（'或"）包含的文本：

• bash/fish默認不處理轉義字符，將轉義字符作爲普通文本輸出
• zsh默認處理轉義字符，相當於使用echo -e指令

對於普通文本(文本不使用引號包含，直接作爲參數)：

• bash/zsh默認忽略轉義字符，並且輸出的文本中不包含轉義符號\
• fish默認處理轉義字符，相當於使用-e參數

示例：

<!-- bash -->
$ echo abc\n
abcn <!-- bash 普通文本轉義字符被忽略 -->
$ echo 'abc\n'
abc\n <!-- bash 使用引號轉義字符被作爲普通文本輸出 -->
$ echo -e 'abc\n'
abc
<!-- 轉義字符有效，正常輸出換行符 -->

<!-- zsh -->
$ echo abc\n
abcn <!-- zsh 普通文本轉義字符被忽略 -->
$ echo 'abc\n'
abc
<!-- 轉義字符有效，正常輸出換行符 -->
$ echo -e 'abc\n'
abc
<!-- 轉義字符有效，正常輸出換行符 -->

<!-- fish -->
$ echo abc\n
abc
<!-- 轉義字符有效，正常輸出換行符 -->
$ echo 'abc\n'
abc\n <!-- fish 使用引號，轉義字符被視爲普通文本輸出 -->
$ echo -e 'abc\n'
abc
<!-- 轉義字符有效，正常輸出換行符 -->

刷新輸出

默認輸出內容會添加在有的輸出內容之後，若需要替換當前行的輸出內容（刷新輸出）， 則在刷新內容前添加\r字符。

需要注意被替換的內容不能有換行符，否則不會替換任何內容。

示例：

<!-- 在刷新內容前添加 \r 修飾（echo使用 -e 參數啟用 \ 轉義） -->
$ echo -n "test1"; echo -e "\rtest2" <!-- 直接輸出test2 -->
$ echo -n "test1"; sleep 1; echo -e "\rtest2" <!-- 先輸出test1，1秒之後，test1變為test2 -->

<!-- 或者在被刷新的內容後添加 \r 修飾 -->
$ echo -ne "test1\r"; echo "test2"
$ echo -ne "test1\r"; sleep 1; echo "test2"

輸入內容

Shell中使用read函數讀取用戶在stdin（標準輸入）中鍵入的內容。 read函數是Shell的內置函數，bash/zsh/fish中基本語法類似：

$ read [參數] 變量1 變量2 變量3 ...

read讀取一行用戶輸入，將輸入的內容按照tab/space切分放入read函數輸入的變量中。 但由於POSIX並未定義read函數相關標準，因此各大Shell的read函數參數均有不同：

• bash/fish參數類似，bash使用短參數，功能較少，fish還支持長參數，額外支持多種功能
• zsh與bash/fish參數差異相對較大

常用功能說明：

功能	bash參數	zsh參數	fish參數
添加一段文本作為輸入提示	-p	"變量?提示文本"	-P/--prompt-str
將用戶輸入的內容切分後放入數組，全部存入首個變量中	-a	-A	-a/--list
禁用輸入回顯	-s	-s	-s/--silent

示例：

<!-- bash -->
$ read -p "Fuck CCP? " answer
Fuck CCP? yes
$ echo $answer
yes

<!-- zsh -->
$ read "answer?Fuck CCP? "
Fuck CCP? yes
$ echo $answer
yes

<!-- fish -->
$ read -P "Fuck CCP? " answer
Fuck CCP? yes
$ echo $answer
yes

自定義函數

函數用於封裝一段需要重複調用的邏輯。

bash/zsh函數定義語法：

# bash/zsh
function 函數名() {
	...
	return 返回值
}

# bash/zsh 定義函數 function 關鍵字可以省略
函數名() {
	...
	return 返回值
}

fish函數定義：

function 函數名
	...
	return 返回值
end

fish提供了functions指令進行函數管理：

$ functions <!-- 默認打印出當前環境定義的函數 -->
$ functions -e 函數名1 函數名2 ... <!-- 移除函數 -->

函數參數處理

bash/zsh/fish調用函數語法類似：

函數名 參數1 參數2 參數3 ... # 調用函數傳參不使用括號

bash/zsh的函數參數處理：

• $# 獲取參數的數目
• $@ 獲取參數列表
• $1 ~ $9 獲取函數參數內容，最大支持9個參數
• $? 獲取上一個執行函數的返回值
• shift 對於數量超過9個的參數表，使用shift指令從左邊移走參數，以訪問更多參數

示例：

show() {
	echo "Args count: " $#
	echo "Arg 1:" $1
	echo "Arg 2:" $2 "\n"
	echo "All args:"
	for arg in $@; do
		echo $arg
	done
}

# 調用函數
show 1 2 3 4 5 6 7 8

輸出結果：(macOS 10.12.6 && bash 3.2.57 && zsh 5.2)

Args count:  8
Arg 1: 1
Arg 2: 2

All args:
1
2
3
4
5
6
7
8

bash/zsh的參數獲取語法與序列生成語法組合使用時，參數獲取語法不會被解析：

test() {
	for i in {$1..$2}; do
		echo i: $i
	done
}

test 1 10
# 輸出結果：
# i: {1..10}

若需要函數參數獲取與序列生成語法正確搭配，應使用seq函數：

test() {
	for i in $(seq $1 $2); do
		echo i: $i
	done
}

test 1 10
# 輸出結果：
# i: 1
# i: 2
# i: 3
# i: 4
# i: 5
# i: 6
# i: 7
# i: 8
# i: 9
# i: 10

fish的函數參數處理：

• argv fish使用列表argv保存傳入函數的參數
• count argv 獲取參數的數目
• $argv[索引] 獲取指定索引的參數

示例：

function show
	echo "Args count: " (count argv)
	echo "Arg 1:" $argv[1]
	echo "Arg 2:" $argv[2] \n
	echo "All args:"
	for arg in $argv
		echo $arg
	end
end

# 調用函數
show 1 2 3 4 5 6 7 8

輸出結果：(macOS 10.12.6 && fish 2.6.0)

Args count:  8
Arg 1: 1
Arg 2: 2

All args:
1
2
3
4
5
6
7
8

函數返回值

在bash/zsh中，函數可以使用return關鍵字返回一個範圍在0~255範圍的值。 使用函數執行語法得到的得到的結果並不是函數的返回值，而是函數執行期間輸出的內容：

$ show() { echo "abc"; echo "cde"; return 1; }
$ show
abc
cde
$ result=`show`
$ echo $result
abc cde

bash/zsh中獲取函數的返回值需要使用$?語法，該語法會獲取最近一次執行的函數的返回值：

$ show
abc
cde
$ echo $?
1

在fish中，函數返回值規則類似，但fish中使用$status語法訪問最近執行函數的返回值：

$ function show
    echo abc
    echo cde
    return 1
end
$ set result (show)
$ echo $result
abc cde
$ show
abc
cde
$ echo $status
1

其它 Shell 特性

Shell中的一些常用功能。

隨機數

bash/zsh/fish均內置了生成隨機數的功能。

• bash/zsh中通過訪問RANDOM變量獲取隨機數：

   $ $[$RANDOM%隨機數範圍]

  $RANDOM返回0~32767，執行取餘計算可得到指定範圍範圍的隨機數。

• fish通過random函數獲取隨機數：

   $ random 隨機數起始範圍 隨機數結束範圍

  random函數輸入隨機數的起止範圍作爲參數。

Fork Bomb

Fork Bomb（Fork炸彈）是bash/zsh中存在的經典惡意腳本：

:(){ :|:& };:

或者：

.(){ .|.& };.

Fork炸彈利用bash/zsh中簡短的函數語法，使用符號:或.作爲函數名，在函數體中遞歸調用自身。 函數正常的寫法如下：

:() { # 定義函數
	: | :& # 函數體內部遞歸併通過管道創建新進程在後台運行
}
: # 調用函數

函數體中使用了管道特性，在每次遞歸時會同時創建新的進程在後臺運行。 隨着遞歸次數的增加，進程數會以指數級增加，最終消耗光所有的系統資源。

Fork炸彈在其它Shell中並不有效，如fish中函數需要使用function/end關鍵字定義，代碼不具有迷惑性； 而csh/tcsh中不支持函數。