我承認，我再一次地當了標題黨。但是不可否認，這一定是一篇精華隨筆。在這一篇中，我將探討Bash指令碼語言中的美學與哲學。 這不是一篇Bash指令碼程式設計的教程，但是卻能讓人更加深入地瞭解Bash指令碼程式設計，更加快速地學習Bash指令碼程式設計。 閱讀這篇隨筆，不需要你有Bash程式設計的經驗，但一定要和我一樣熱衷於探索各種程式語言的本質，感悟它們的魅力。

其實早就想寫關於Bash的東西了。 我們平時喜歡對程式語言進行分類，比如面向過程的程式語言、面向物件的程式語言、函數語言程式設計語言等等。在我心中，我認為Bash就是一個面向字串的程式設計 語言。Bash指令碼語言的本質：一切皆是字串。 Bash指令碼語言的一切哲學都圍繞著字串：它們從哪裡來？到哪裡去？使命是什麼？ Bash指令碼語言的一切美學都源自字串： 由鍵盤上幾乎所有的符號 “ $

一、一切皆是字串

Bash是一個Shell，Shell出現的初衷是為了將系統中的各種工具粘合在一起，所以它最根本的功能是呼叫各種命令。 但是Bash又提供了豐富的程式設計功能。 我們經常對程式語言進行分類，比如面向過程的語言、面向物件的語言、面向函式的語言等等。 可以把Bash指令碼語言看成是一個面向字串的語言。 Bash語言的本質就是：一切都是字串。 看看下圖中的這些變數：

上圖是我在互動式的Bash命令列中做的一些演示。在上圖中，我對變數分別賦值，不管等號右邊是一個沒有引號的字串，還是帶有引號的字串， 甚至數字，或者數學表示式，最終的結果，變數裡面儲存的都是字串。我使用一個for迴圈顯示所有的變數，可以看到數學表示式也只是以字串的形式儲存， 沒有被求值。

二、引用和元字元

如果一切都是沒有特殊功能的平凡的字串，那就無法構成一門程式語言。在Bash中，有很多符號具有特殊含義，比如“ $ ”符號被用於字串展開，“&”符號用於讓命令在後臺執行， “|”用作管道， “>” “<”用於輸入輸出重定向等等。所以在Bash中，雖然同樣是字串，但是被引號包圍的字串和不被引號包圍的字串使用起來是不一樣的，被單引號 包圍的字串和被雙引號包圍起來的字串也是不一樣的。

究竟帶引號的字串和不帶引號的字串使用起來有什麼不一樣呢？下圖是我構建的一些比較典型的例子：

在上圖中，我展示了Bash中生成字串的7種方法：大括號展開、波浪符展開、引數展開、命令替換、算術展開、單詞分割和檔案路徑展開。還有兩 種生成字串的方式沒有講（Process substitution和歷史命令展開）。在使用Bash指令碼程式設計的時候，瞭解以上7種字串生成的方式就夠了。在互動式使用Bash命令列的時候，還 需要了解歷史命令展開，熟練使用歷史命令展開可以讓人事半功倍。

在上面的圖片中可以看到，有一些展開方式在被雙引號包圍的字串中是不起作用的，比如大括號展開、波浪符展開、單詞分割、檔案路徑展開，而只有引數展開、命令替換和算術展開是起作用的。從圖片中還可以看出，字串中的引數展開、命令替換和算術展開都是由“ $ ”符號引導，命令替換還可以由“`”引導。所以，可以進一步總結為，在雙引號包圍的字串中，只有“ $ 、`、\”這三個字元具有特殊含義。

如果想讓任何一個字元都不具有特殊含義，可以使用單引號將字串包圍。比如使用正則表示式的時候，還比如使用sed、awk等工具的時候，由於sed和 awk自己執行的命令中往往包含有很多特殊字元，所以它們的命令最好用單引號包圍。 比如使用awk命令顯示/etc/passwd檔案中的每個使用者的使用者名稱和全名，可以使用這個命令 awk -e ' {print$ 1, $ 5} ' ，其中，傳遞給awk的命令用單引號包圍，說明bash不執行其中的任何替換或展開。

另外一個特殊的字元是“\”，它也是引用的一種。它可以解除緊跟在它後面的一個特殊字元的特殊含義（引用）。之所以需要“\”的存在，是因 為在Bash中，有些字元稱為元字元，這些字元一旦出現，就會將一個字串分割為多個子串。如果需要在一個字串中包含這些元字元本身，就必須對它們進行 引用。如下圖：

最常見的元字元就是空格。 從上面幾張圖片可以看出，如果要將一個含有空格的字串賦值給一個變數，要麼把這個字串用雙引號包圍，要麼使用“\”對空格進行引用。 從上圖中可以看出，Bash中只有9個元字元，它們分別是“| & ( ) ; < > space tab”，而在其它程式語言中經常出現的元字元“. { } [ ]”以及作為數學運算的加減乘除，在Bash中都不是元字元。

三、字串從哪裡來、到哪裡去

介紹完字串、介紹完引用和元字元，下一個目標就是來探討這一個哲學問題：字串從哪裡來、到哪裡去？通過該哲學問題的探討，可以推匯出 Bash指令碼語言的整個語法。字串從哪裡來？很顯然，其中一個很直接的來源就是我們從鍵盤上敲上去的。除此之外，就是我前面提到的七八九種字串展開的 方法了。

字串展開的流程如下：

1.先用元字元將一個字串分割為多個子串；

2.如果字串是用來給變數賦值，則不管它是否被雙引號包圍，都認為它被雙引號包圍；

3.如果字串不被單引號和雙引號包圍，則進行大括號展開，即將{a,b}c展開為ab ac；

以上三個流程可以通過下圖證明：

4.如果字串不被單引號或雙引號包圍，則進行波浪符展開，即將~/展開為使用者的主目錄，將~+/展開為當前工作目錄（PWD），將~-/展開為上一個工作目錄（OLDPWD）；

5.如果字串不被單引號包圍，則進行引數和變數展開；這一類的展開全都以“ $ ”開頭，這是整個Bash字串展開中最複雜的，其中包括使用者定義的變數，包括所有的環境變數，以上兩種展開方式都是“ $ ”後跟變數名，還包括位置變數“ $ 1、 $ 2、 ...、 $ 9、 ... ”，其它特殊變數：“ $ @、 $ *、 $ #、 $ -、 $ !、 $ 0、 $ ?、 $ _ ”，甚至還有陣列：“ $ {var[i]}”， 還可以在展開的過程中對字串進行各種複雜的操作，如：“ $ {parameter:-word}、 ${parameter:=word}、 $ {parameter:+word}、 ; $ {parameter:?word}、 $ {parameter:offset}、 ${parameter:offset:length}、 $ {!prefix*}、 $ {[email protected]}、 $ {name[@]}、 $ {!name[*]}、 $ {#parameter}、 ${parameter#word}、 $ {parameter##word}、 $ {parameter%word}、 $ {parameter%%word}、 ${parameter/pattern/string}、 $ {parameter^pattern}、 $ {parameter^^pattern}、 $ {parameter,pattern}、 ${parameter,,pattern}”；

6.如果字串不被單引號包圍，則進行命令替換；命令替換有兩種格式，一種是 $ (...)，一種是`...`；也就是將命令的輸出作為字串的內容；

7.如果字串不被單引號包圍，則進行算術展開；算術展開的格式為 $ ((...))；

8.如果字串不被單引號或雙引號包圍，則進行單詞分割；

9.如果字串不被單引號或雙引號包圍，則進行檔案路徑展開；

10.以上流程全部完成後，最後去掉字串外面的引號（如果有的話）。以上流程只按以上順序進行一遍。比如不會在變數展開後再進行大括號展開，更不會在第10步去除引用後執行前面的任何一步。如果需要將流程再走一遍，請使用eval。

探討完了字串從哪裡來，下面來看看字串到哪裡去。也就是怎麼使用這些字串。使用字串有以下幾種方式：

1.把它當命令執行；這是Bash中的最根本的用法，畢竟Shell的存在就是為了粘合各種命令。如果一個字串出現在本該命令出現的地方（比如一行的開頭，或者關鍵字then、do等的後面），它將會被當成命令執行，如果它不是個合法的命令，就會報錯；

2.把它當成表示式；Bash中本沒有表示式，但是有了((...))和[[...]]，就有了表示式；((...))可以把它裡面的字串當成算術表示式，而[[...]]會把它裡面的字串當邏輯表示式，僅此兩個特例；

3.給變數賦值；這也是一個特例，有點破壞Bash程式語言語法哲學的完整性。為什麼這麼說呢？因為“=”即不是一個元字元，也不允許兩邊有空格，而且只有第1個等號會被當成賦值運算子。

下面圖片為以上觀點給出證據：