Shell 之变量

Question

在 Shell 中，变量分为「环境变量」和「自定义变量」，也包括一些特殊变量（如 $@、$0、$ 等）。（永久性）环境变量在进入 Shell 时已经定义好了， 可以直接使用它们。

一、读取变量

当一个变量声明之后，在其作用域访问内，便可被访问。变量读取有两种方式：

• $变量名
• ${变量名}

其中 $foo 和 ${foo} 两种写法效果是一样的。前者可以理解为后者的简写形式。

$ echo $USER
frankie

$ echo ${USER}
frankie

对于 ${变量名} 可用于变量与其他字符连用的情况。比如：

$ a='foo'
# 以下读取的名为「a_file」的变量，由于不存在，因此输出空字符。
$ echo $a_file

$ echo ${a}_file
foo_file

在其他高级语言中，如果引用了一个不存在的变量，可能会抛出错误。比如在 JavaScript 中会抛出 Reference Error。但是，在 Shell 中，如果引用的变量不存在，它不会报错，而是输出「空字符」。

$ echo $unknow_var

二、环境变量

大多数环境变量，都是「只读」的，可视为「常量」。常见环境变量有：

• USER - 当前登录用户
• HOME - 当前用户目录
• PATH - 系统查找指令时的检索目录
• PWD - 当前工作目录
• OLDPWD - 上一个工作目录
• SHELL - 当前系统默认 Shell
• 还有很多，不一一列举了...

全局变量的读取同上。

同时，Shell 内置的 env 和 printenv 命令可以查看所有的全局变量。但是，查看单个全局变量的值，echo 和 printenv 上稍有不同：

$ echo $PATH
/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/bin:/bin:/usr/sbin:/sbin

$ printenv PATH
/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/bin:/bin:/usr/sbin:/sbin

其中 printenv 命令后的变量名，是不用添加 $ 前缀的。

参考主流的 Shell 编程风格指南：常量和任何导出到环境的（自定义）变量，其变量名应「大写」表示，用下划线「_」分隔，且声明在文件顶部。

内置的环境变量也是如此，推荐看 Google Shell Style Guide。

三、自定义变量

自定义变量，就是用户在当前 Shell 中定义的变量。
使用 set 命令可以查看当前 Shell 的变量（包括环境变量和自定义变量），以及所有 Shell 内置函数。

变量定义形式如下：

name=value

等号左边为变量名，等号右边为变量值。注意，等号两边不能有空格。

对于变量名命名限制，大致上与其他高级语言类似。以下仅列举主流编程风格中推荐的用法：

• 只能使用英文字母、数字和下划线，且首字母不能以数字开头。
• 不能与内置变量重名。
• 中间不能有空格，且应使用下划线分割。
• 全局变量应大写表示，其余的应小写表示。

对于变量值，此处只说明以下几点：

• 若变量值不包含「空格」，引号是可以省略的，但不推荐。
• 变量值应根据实际情况选择用「单引号」或「双引号」包裹。尽管是可选的，但推荐用引号。
• 对于「单引号」：用于保留字符的字面含义，单引号内的各种特殊字符，都会变为普通字符，原样输出。
• 对于「双引号」：比单引号宽松，大部分特殊字符在双引号里面，都会失去特殊含义，变成普通字符。但是，三个特殊字符除外：美元符号（$）、反引号（`）和反斜杠（\）。这三个字符在双引号之中，依然有特殊含义，会被 Bash 自动扩展。

其他注意点，下文介绍「数据类型」时再作详细介绍。举个例子：

$ echo '$USER'
$USER

$ echo "$USER"
frankie

四、变量作用域

跟其他高级语言中一样，Shell 的变量也是有作用域（Scope）的，主要分为三种：

• 局部变量：其作用域为函数体内部。
• 全局变量：其作用域为当前 Shell 进程。
• 环境变量：其作用域为当前 Shell 进程及其子进程。

局部变量使用 local 命令进行声明，比如 local foo="bar"。

function fn() {
  local foo="bar"
}
fn
echo $foo # 输出空字符

echo $foo 输出空字符，由于变量 foo 为局部变量，只能在函数 fn 内使用，因此函数外部无法找到变量而输出空字符。

function fn() {
  foo="bar"
}
fn
echo $foo # 输出 bar

由于在 Shell 中定义的变量默认为全局变量，因此 echo $foo 输出 bar。

$ foo="bar"
$ echo $foo # bar
$ echo $$ # 16531 当前进程 ID

$ bash # 创建并进入子进程
$ echo $$ # 16846 子进程 ID
$ echo $foo # 输出空字符
$ foo="baz" # 在子进程设置变量
$ echo $foo # 输出 baz
$ exit # 退出子进程，然后返回父进程中

$ echo $$ # 16531 当前进程 ID
$ echo $foo # bar

由于全局变量仅在当前进程中有效，因此进入子进程后，找不到变量 foo，因此子进程中输出空字符。同时在子进程中设置的全局变量，不会影响到父进程，因此退出子进程返回到父进程后，父进程的 foo 变量并未发生改变。

环境变量，根据持久性可以划分为：「永久性环境变量」和「临时性环境变量」。

• 永久性环境变量：即在 Shell 配置文件（比如 ~/.zshrc、~/.bash_profile 等）中的声明的变量，包括内置的环境变量，进入任意一个 Shell 进程都可被引用。因为每启动一个进程之前 Shell 都会去执行相应的配置文件。
• 临时性环境变量：在全局变量的基础上，使用 export 命令导出，使得当前进程及其子孙进程都可引用。但是，其他 Shell 进程（包括当前进程的父进程）是不可引用的。当退出进程，便会被销毁。

临时性环境变量，只会向下传递，而不能向上传递，即「传子不传父」。

使用 export 命令，可以用来向 Shell 子进程输出变量。

FOO="bar"
export FOO

五、变量默认值

前面提到，在 Shell 中，如果读取了一个不存在的变量，它是不会报错的，而是会输出空字符。在 Shell 中，提供了四种特殊语法，与变量的默认值有关，可以保证读取到的结果不为空。

形式为：${变量名 + : + 操作符 + 值}，注意实际使用是没有空格的。比如，${foo:-hello} 表示当变量 foo 存在时返回它的值，不存在则返回 hello。其中 varname 为变量名，: 是固定的，- 为操作符（还有 =、+、?），hello 为值。

有以下四种情况：

$ foo=${bar:-hello} # 相当于 JS 中的 foo = bar || 'hello'

$ foo=${bar:=hello} # 相当于 JS 中的 foo = bar || (bar = 'hello')

$ foo=${bar:+hello} # 相当于 JS 中的 foo = !bar ? 'hello' : ''

$ foo=${bar:?hello} # 相当于 JS 中的 foo = bar || (throw 'hello')

以上四种形式，相同的是：当变量 bar 存在且不为空时，右侧输出结果为变量 bar 的值，因此变量 foo 的值等于变量 bar 的值。

区别在于：

• ${bar:-hello} - 表示当变量 bar 存在且不为空时，返回变量 bar 的值，否则返回 hello。目的是为了返回一个默认值。
• ${bar:=hello} - 表示当变量 bar 存在且不为空时，返回变量 bar 的值，否则将变量 bar 的值设为 hello 并返回 hello。目的是变量的默认值。
• ${bar:+hello} - 表示当变量 bar 存在且不为空时，返回 hello，否则返回空值。目的是为了判断一个变量是否存在。
• ${bar:?hello} - 表示当变量 bar 存在且不为空时，返回变量 bar 的值，否则输出错误信息 bar: hello，并中断脚本执行。目的是为了防止变量未定义。

六、特殊变量

Shell 提供了一些特殊变量，用户不能对其进行赋值，即只读。

• $? - 表示上一个命令的退出码。若上一个命令执行成功，则返回 0，因此，若返回值不为 0 ，则表示上一个命令执行失败。
• $$ - 表示当前 Shell 进程 ID。
• $_ - 表示上一个命令的最后一个参数。
• $! - 表示最后一个后台执行的异步命令的进程 ID。
• $- - 表示当前 Shell 的启动参数。
• $# - 表示脚本或函数的参数数量。
• $@ - 表示脚本或函数的全部参数，参数之间使用空格隔开。
• $* - 表示函数的全部参数，参数之间使用变量 $IFS 值的第一个字符分割，默认为空格，可自定义。
• $0 - 表示当前 Shell 的名称（在命令直接执行时）或脚本名（在脚本中执行时）。
• $1 ~ $9 - 表示脚本或函数第一个到第九个参数，也可用 ${0} 表示。超过第 9 个，则用 ${10} 形式获取。

七、其他

unset 命令可以用来删除一个变量，基于 Shell 读取不存在的变量会得到空字符的特性，它相当于给变量设置为空字符串。

declare 命令可以声明一些特殊类型的变量。若在函数中使用 declare 声明的变量，仅函数内有效，相当于 local 命令。

declare OPTION variable=value

# 主要 OPTION 参数如下：
# -a: 声明数组变量
# -i: 声明整数变量
# -r: 声明只读变量
# ...

readonly 命令等同于 declare -r，用来声明只读变量，不能改变变量值，也不能 unset 变量。

let 命令声明变量时，可以直接执行算术表达式。

$ let sum=1+2
$ echo sum
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如果包含空格，则需要「引号」，比如 let "sum = 1 + 2"。