shell编程之循环语句与函数

一、for循环语句

在实际工作中，经常会遇到某项任务需要多次执行的情况，而每次执行时仅仅是处理的对象不一样，其他命令相同。例如，根据通讯录中的姓名列表创建系统账号，根据服务器清单检查各主机的存活状态，根据 IP 地址黑名单设置拒绝访问的防火墙策略等。

当面对各种列表重复任务时，使用简单的 if 语句已经难以满足要求，而顺序编写全部代码更是显得异常烦琐、困难重重。本节将要学习的 for 循环语句，可以很好地解决类似问题。

1.1 for 语句的结构

使用 for 循环语句时，需要指定一个变量及可能的取值列表，针对每个不同的取值重复执行相同的命令序列，直到变量值用完退出循环。在这里,“取值列表”称为 for 语句的执行条件，其中包括多个属性相同的对象，需要预先指定（如通讯录、IP 黑名单）。

for 循环语句的语法结构如下所示。

上述语句结构中，for 语句的操作对象为用户指定名称的变量，并通过 in 关键字为该变量预先设置了一个取值列表，多个取值之间以空格进行分隔。位于 do…done 之间的命令序列称为循环体，其中的执行语句需要引用变量以完成相应的任务。

for 语句的执行流程：首先将列表中的第一个取值赋给变量，并执行 do…done 循环体中的命令序列；然后将列表中的第二个取值赋给变量，并执行循环体中的命令序列……依此类推，直到列表中的所有取值用完，最后将跳至 done 语句，表示结束循环，如图 3.1 所示。

1.2 for 语句应用示例

为了进一步理解 for 语句的结构和流程，掌握 for 语句在脚本中的实际使用，下面依次介绍两个脚本示例。

1.根据姓名列表批量添加用户

根据人事部门给出的员工姓名的拼音列表，在 Linux 服务器中添加相应的用户账号，初始密码均设置为“123456”。其中，员工姓名列表中的账号数量并不固定，而且除了要求账号名称是拼音之外，并无其他特殊规律。

针对上述要求，可先指定员工列表文件 users.txt，然后编写一个名为 uaddfor.sh 的 Shell 脚本，从 users.txt 文件中读取各用户名称，重复执行添加用户、设置初始密码的相关操作。

若要删除 uaddfor.sh 脚本所添加的用户，只需参考上述脚本代码，将 for 循环体中添加用户的命令序列改为删除用户的操作即可。例如，建立一个名为udelfor.sh 的脚本如下所示。

2.根据 IP 地址列表检查主机状态

根据包含公司各服务器 IP 地址的列表文件，检查其中各主机的 ping 连通性，输出各主机是否启动、关闭。其中，服务器的数量并不固定，各服务器的 IP 地址之间也无特殊规律。

针对此案例要求，可先指定 IP 地址列表文件 ipadds.txt，然后编写一个名为 chkhosts.sh 的 Shell 脚本，从 ipadds.txt 文件中读取各服务器的 IP 地址，重复执行 ping 连通性测试，并根据测试结果输出相应的提示信息。

上述脚本代码中，do…done 循环体内嵌套使用了 if 条件选择语句，用来针对不同 IP 地址的测试结果进行判断，并输出相应的提示信息。嵌套可以理解为镶嵌、套用，就是在已有的语句、函数中在多加一个或多个语句、函数等。实际上，if 语句、for 语句及其他各种 Shell 脚本语句都是可以嵌套使用的，后续课程中将不再重复说明。

二、使用 while 循环语句

for 循环语句非常适用于列表对象无规律，且列表来源已固定（如某个列表文件）的场合。而对于要求控制循环次数、操作对象按数字顺序编号、按特定条件执行重复操作等情况，则更适合使用另外一种循环——while 语句。

2.1 while 语句的结构

使用 while 循环语句时，可以根据特定的条件反复执行一个命令序列，直到该条件不再满足时为止。在脚本应用中，应该避免出现死循环的情况，否则后边的命令操作将无法执行。因此，循环体内的命令序列中应包括修改测试条件的语句，以便在适当的时候使测试条件不再成立，从而结束循环。

while 循环语句的语法结构如下所示。

while 语句的执行流程：首先判断 while 后的条件测试操作结果，如果条件成立，则执行 do…done 循环体中的命令序列；返回 while 后再次判断条件测试结果，如果条件仍然成立，则继续执行循环体；再次返回到 while 后，判断条件测试结果……如此循环，直到 while 后的条件测试结果不再成立为止，最后跳转到 done 语句，表示结束循环，如图 3.2 所示。

使用 while 循环语句时，有两个特殊的条件测试操作，即 true（真）和 false（假）。使用 true 作为条件时，表示条件永远成立，循环体内的命令序列将无限执行下去，除非强制终止脚本（或通过 exit 语句退出脚本）；反之，若使用 false 作为条件，则循环体将不会被执行。这两个特殊条件也可以用在 if 语句的条件测试中。

2.2 while 语句应用示例

为了进一步理解 while 语句的结构和流程，掌握 while 语句在脚本中的实际使用，下面依次介绍两个脚本示例。

1.批量添加规律编号的用户

在一些技术培训和学习领域，出于实验或测试的目的，需要批量添加用户账号，这些用户的名称中包含固定的前缀字串，并按照数字顺序依次进行编号，账号的数量往往也是固定的。例如，若要添加 20 个用户，名称依次为 stu1、stu2、…、stu20，可以参考以下操作。

上述脚本代码中，使用变量 i 来控制用户名称的编号，初始赋值为 1，并且当取值大于 20 时终止循环。在循环体内部，通过语句“let i++”（等同于 i=`expr $i + 1`）来使变量 i 的值增加 1，因此当执行第一次循环后 i 的值将变为 2，执行第二次循环后 i 的值将变为 3，……，依此类推。

测试并确认 uaddwhile.sh 脚本的执行结果如下所示。

若要删除 uaddwhile.sh 脚本所添加的用户，只需参考上述脚本代码，将 while 循环体中添加用户的命令序列改为删除用户的操作即可。

2.猜价格游戏

中央电视台著名的“时尚购物街”节目中，有一个猜价格的互动环节，要求参与者在最短的时间内猜出展示商品的实际价格，当所猜的价格高出或低于实际价格时，主持人会给出相应的提示。下面以此环节为原型，编写一个猜价格的 Shell 脚本。

案例要求如下：由脚本预先生成一个随机的价格数目（0～999）作为实际价格，判断用户猜测的价格是否高出或低于实际价格，给出相应提示后再次要求用户猜测；一直到用户猜中实际价格为止，输出用户共猜测的次数、实际价格。

针对上述要求，主要设计思路如下：通过环境变量 RANDOM 可获得一个小于 2 16的随机整数，计算其与 1000 的余数即可获得 0～999 的随机价格；反复猜测操作可以通过以 true 作为测试条件的 while 循环实现，当用户猜中实际价格时终止循环；判断猜测价格与实际价格的过程采用 if 语句实现，嵌套在 while 循环体内；使用变量来记录猜测次数。

测试并确认 pricegame.sh 脚本的执行结果如下所示。

三、until 循环语句

3.1 until 语句的结构

until 循环与 while 循环类似，while 循环能实现的脚本 until 同样也可以实现，但区别是 while 循环在条件为真是继续执行循环，而 until 则是在条件为假时执行循环。

until 循环语句的语法结构如下所示。

until 语句的执行流程：首先判断 until 后的条件测试操作结果，如果条件不成立，则执行 do…done 循环体中的命令序列；返回 until 后再次判断条件测试结果，如果条件仍然不成立，则继续执行循环体；再次返回到 until 后，判断条件测试结果……如此循环，直到 until 后的条件测试结果成立为止，最后跳转到 done 语句，表示结束循环，如图 3.3 所示。

3.2 until 语句应用示例

为了进一步理解 until 语句的结构和流程，掌握 until 语句在脚本中的实际使用，下面依次介绍两个脚本示例。

1.计算 1~50 的和

在一些科学计算领域，经常会用到各种数的计算，自然数的求和操作是最简单的。本例中计算从 1 到 50 的和，从 1 开始相加，采用循环的方式，每次循环后加 1，将得到的值加入计算的和中，数字运算采用的是 let 方式，直到加到 50 为止，具体的操作参考如下。

上述代码中，在 i 的值小于 50 之前，每次循环 i 的值加 1，并且求出 s 的值。

2.为指定用户发送在线消息

公司内部有一台 Linux 测试服务器，开发、测试、运维都在使用自己的账号连接登录到服务器上。当业务增加不能满足使用需求时，运维决定给服务器增加内存配置，要通知开发和测试人员保存数据退出，之后再关机升级内存，以应对业务的增加。

针对上面的需求，可编写一个名字为 until-user_online_to_write.sh 的 Shell 脚本，用于给已登录用户发送消息，对用户进行检测，必须是系统内用户并且处于登录状态，通过 Linux 的 write 命令来发送消息，具体的脚本如下所示。

通过 write 方式发送消息的目标用户，必须是在线用户，处于自己的登录终端。执行此脚本时，将消息发给 jerry 用户，其结果在 jerry 登录的终端显示内容如下所示。

四、Shell函数

4.1 函数的用法

Shell 函数可用于存放一系列的指令。在 Shell 脚本执行的过程中，函数被置于内存中，每次调用函数时不需要从硬盘读取，因此运行的速度比较快。在 Shell 编程中函数并非是必须的元素，但使用函数可以对程序进行更好的组织。将一些相对独立的代码变成函数，可以提高程序可读性与重用性，避免编写大量重复代码。

Shell 函数定义的方法如下所示：

“function”关键字表示定义一个函数，可以省略；
“{”符号表示函数执行命令的入口，该符号可以与函数名同行也可以在函数名下一行的句首；
“}”符号表示函数体结束，两个大括号之间{ }是函数体；
“命令序列”部分可以是任意的 Shell 命令，也可以调用其他函数；
“return”表示退出函数返回一个退出值，通过返回值判断执行是否成功，也可以使用 exit 终止整个 Shell 脚本。

Shell 函数调用的方法为：函数名 [参数 1] [参数 2]。下面通过具体的示例学习函数的定义与调用。

1.两个数求和

使用 Shell 脚本实现两个数相加求和，通过定义函数的方式来完成。sum 函数内部通过 read 命令接收用户分别输入的两个数，然后做加法运算，最后通过调用函数的方式来输出两个数的和。

2.编写用户自定义函数

CentOS 系统由 6 版本升级到 7 版本之后，其启动服务的方式发生了很大变化。在生产环境中还有很大一部分的企业在使用 6 系列，为了兼容 6 和 7，要求写一函数自动判断系统型号，根据型号执行对应的服务管理程序，并且设置开机生效。

CentOS 系统文件/etc/centos-release 记录着系统的版本号，通过该文件来判断 CentOS 是属于 6 还是 7 系列。然后对 servicectl 这个函数的参数进行判断，如果参数为空，则执行servicectl_usage 函数并给出提示，最后在根据系统是 6 还是 7，分别执行对应的服务管理程序对程序进行启动、关闭等操作。

4.2 函数变量的作用范围

在 Shell 脚本中函数的执行并不会开启一个新的子 Shell，而是仅在当前定义的 Shell 环境中有效。如果 Shell 脚本中的变量没有经过特殊设定，默认在整个脚本中都是有效的。在编写脚本时，有时需要将变量的值限定在函数内部，可以通过内置命令 local 来实现。函数内部变量的使用，可以避免函数内外同时出现同名变量对脚本结果的影响。local 命令的使用如下所示。

上述脚本中，myfun 函数内部使用了 local 命令设置变量 i，其作用是将变量 i 限定在函数内部。myfun 函数外部同样定义了变量 i，内部变量 i 和全局变量 i 互不影响。脚本执行时先调用了函数 myfun，函数内部变量 i 为 8，所以输出结果是 8。调用完函数之后，给变量 i 赋值为 9，再打印外部变量 i，所以又输出 9。

4.3 函数的参数

函数的参数的用法如下。

在使用函数参数时，函数名称在前参数在后，函数名和参数之间用空格分隔，可以有多个参数，参数使用$1、$2、$3……的方式表示。以此类推，从第 10 个参数开始，调用方法为${10}，不加大括号无法调用成功。下面是函数参数的一个简单应用。

上述脚本接收两个参数，第一个参数是写日志的目标文件，第二个参数是日志信息，整个脚本实现将日志信息写入目标文件内的目的。

4.4 递归函数

Shell 也可以实现递归函数，就是可以调用自己本身的函数。在 Linux 系统上编写 Shell 脚本的时候，经常需要递归遍历系统的目录，列出目录下的文件和目录，逐层递归列出，并对这些层级关系进行展示。具体的实现过程如下所示。

函数 list_files 的第一个参数是列举的目录名，第二个参数是调整的空间。执行脚本后，其结果显示如下。

五、Shell 数组

在 Shell 脚本中，数组是一种常见的数据结构，主要的应用场景包括：获取数组长度、获取元素长度、遍历元素、元素切片、元素替换、元素删除等等。Shell 中的数组与 Java、 C、Python 不同，只有一维数组，没有二维数组。数组元素的大小与限制，也不需要事先定义。Shell 数组用括号（）来表示，元素用空格分隔，元素的下标与大部分编程语言类似从 0 开始。

数组常用定义方法包括以下几种。