11. 循环与分支 - 11.1 循环

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2023-12-01

循环是当循环控制条件为真时，一系列命令迭代^1执行的代码块。

for 循环

`for arg in [list]`

这是 shell 中最基本的循环结构，它与C语言形式的循环有着明显的不同。

for arg in [list]
do
  command(s)...
done

在循环的过程中，arg 会从 list 中连续获得每一个变量的值。

for arg in "$var1" "$var2" "$var3" ... "$varN"
# 第一次循环中，arg = $var1
# 第二次循环中，arg = $var2
# 第三次循环中，arg = $var3
# ...
# 第 N 次循环中，arg = $varN
# 为了防止可能的字符分割问题，[list] 中的参数都需要被引用。

参数 list 中允许含有通配符。

如果 do 和 for 写在同一行时，需要在 list 之后加上一个分号。

for arg in [list] ; do

样例 11-1. 简单的 for 循环

#!/bin/bash
# 列出太阳系的所有行星。
for planet in Mercury Venus Earth Mars Jupiter Saturn Uranus Neptune Pluto
do
  echo $planet  # 每一行输出一个行星。
done
echo; echo
for planet in "Mercury Venus Earth Mars Jupiter Saturn Uranus Neptune Pluto"
    # 所有的行星都输出在一行上。
    # 整个 'list' 被包裹在引号中时是作为一个单一的变量。
    # 为什么？因为空格也是变量的一部分。
do
  echo $planet
done
echo; echo "Whoops! Pluto is no longer a planet!"
exit 0

[list] 中的每一个元素中都可能含有多个参数。这在处理参数组中非常有用。在这种情况下，使用 set 命令（查看样例 15-16）强制解析 [list] 中的每一个元素，并将元素的每一个部分分配给位置参数。

样例 11-2. for 循环 [list] 中的每一个变量有两个参数的情况

#!/bin/bash
# 让行星再躺次枪。
# 将每个行星与其到太阳的距离放在一起。
for planet in "Mercury 36" "Venus 67" "Earth 93" "Mars 142" "Jupiter 483"
do
  set -- $planet  #  解析变量 "planet"
                  #+ 并将其每个部分赋值给位置参数。
  # "--" 防止一些极端情况，比如 $planet 为空或者以破折号开头。
  # 因为位置参数会被覆盖掉，因此需要先保存原先的位置参数。
  # 你可以使用数组来保存
  #         original_params=("$@")
  echo "$1        $2,000,000 miles from the sum"
  #-------两个制表符---将后面的一系列 0 连到参数 $2 上。
done
# （感谢 S.C. 做出的额外注释。）
exit 0

一个单一变量也可以成为 for 循环中的 [list]。

样例 11-3. 文件信息：查看一个单一变量中含有的文件列表的文件信息

#!/bin/bash
# fileinfo.sh
FILES="/usr/sbin/accept
/usr/sbin/pwck
/usr/sbin/chroot
/usr/bin/fakefile
/sbin/badblocks
/sbin/ypbind"     # 你可能会感兴趣的一系列文件。
                  # 包含一个不存在的文件，/usr/bin/fakefile。
echo
for file in $FILES
do
  if [ ! -e "$file" ]       # 检查文件是否存在。
  then
    echo "$file does not exist."; echo
    continue                # 继续判断下一个文件。
  fi
  ls -l $file | awk '{ print $8 "         file size: " $5 }'  # 输出其中的两个域。
  whatis `basename $file`   # 文件信息。
  # 脚本正常运行需要注意提前设置好 whatis 的数据。
  # 使用 root 权限运行 /usr/bin/makewhatis 可以完成。
  echo
done
exit 0

for 循环中的 [list] 可以是一个参数。

样例 11-4. 操作含有一系列文件的参数

#!/bin/bash
filename="*txt"
for file in $filename
do
 echo "Contents of $file"
 echo "---"
 cat "$file"
 echo
done

如果在匹配文件扩展名的 for 循环中的 [list] 含有通配符（* 和 ?），那么将会进行文件名扩展。

样例 11-5. 在 for 循环中操作文件

#!/bin/bash
# list-glob.sh: 通过文件名扩展在 for 循环中产生 [list]。
# 通配 = 文件名扩展。
echo
for file in *
#           ^  Bash 在检测到通配表达式时，
#+             会进行文件名扩展。
do
  ls -l "$file"  # 列出 $PWD（当前工作目录）下的所有文件。
  #  回忆一下，通配符 "*" 会匹配所有的文件名，
  #+ 但是，在文件名扩展中，他将不会匹配以点开头的文件。
  #  如果没有匹配到文件，那么它将会扩展为它自身。
  #  为了防止出现这种情况，需要设置 nullglob 选项。
  #+    (shopt -s nullglob)。
  #  感谢 S.C.
done
echo; echo
for file in [jx]*
do
  rm -f $file    # 删除当前目录下所有以 "j" 或 "x" 开头的文件。
  echo "Removed file "$file"".
done
echo
exit 0

如果在 for 循环中省略 in [list] 部分，那么循环将会遍历位置参数（$@）。样例 A-15 中使用到了这一点。也可以查看样例 15-17。

样例 11-6. 缺少 in [list] 的 for 循环

#!/bin/bash
# 尝试在带参数和不带参数两种情况下调用这个脚本，观察发生了什么。
for a
do
 echo -n "$a "
done
#  缺失 'in list' 的情况下，循环会遍历 '$@'
#+（命令行参数列表，包括空格）。
echo
exit 0

可以在 for 循环中使用命令代换生成 [list]。查看样例 16-54，样例 11-11 和样例 16-48。

样例 11-7. 在 for 循环中使用命令代换生成 [list]

#!/bin/bash
# for-loopcmd.sh: 带命令代换所生成 [list] 的 for 循环
NUMBERS="9 7 3 8 37.53"
for number in `echo $NUMBERS`  # for number in 9 7 3 8 37.53
do
  echo -n "$number "
done
echo
exit 0

下面是使用命令代换生成 [list] 的更加复杂的例子。

样例 11-8. 一种替代 grep 搜索二进制文件的方法

#!/bin/bash
# bin-grep.sh: 在二进制文件中定位匹配的字符串。
# 一种替代 `grep` 搜索二进制文件的方法
# 与 "grep -a" 的效果类似
E_BADARGS=65
E_NOFILE=66
if [ $# -ne 2 ]
then
  echo "Usage: `basename $0` search_string filename"
  exit $E_BADARGS
fi
if [ ! -f "$2" ]
then
  echo "File "$2" does not exist."
  exit $E_NOFILE
fi
IFS=$'12'       # 按照 Anton Filippov 的意见应该是
                  # IFS="n"
for word in $( strings "$2" | grep "$1" )
# "strings" 命令列出二进制文件中的所有字符串。
# 将结果通过管道输出到 "grep" 中，检查是不是匹配的字符串。
do
  echo $word
done
# 就像 S.C. 指出的那样，第 23-30 行可以换成下面的形式：
#    strings "$2" | grep "$1" | tr -s "$IFS" '[n*]'
# 尝试运行脚本 "./bin-grep.sh mem /bin/ls"
exit 0

下面的例子同样展示了如何使用命令代换生成 [list]。

样例 11-9. 列出系统中的所有用户

#!/bin/bash
# userlist.sh
PASSWORD_FILE=/etc/passwd
n=1           # 用户数量
for name in $(awk 'BEGIN{fs=":"}{print $1}' < "$PASSWORD_FILE" )
# 分隔符 = :              ^^^^^^
# 输出第一个域                    ^^^^^^^^
# 读取密码文件 /etc/passwd                    ^^^^^^^^^^^^^^^^^
do
  echo "USER #$n = $name"
  let "n += 1"
done
# USER #1 = root
# USER #2 = bin
# USER #3 = daemon
# ...
# USER #33 = bozo
exit $?
# 讨论：
# -----
# 一个普通用户是如何读取 /etc/passwd 文件的？
# 提示：检查 /etc/passwd 的文件权限。
# 这算不算是一个安全漏洞？为什么？

另外一个关于 [list] 的例子也来自于命令代换。

样例 11-10. 检查目录中所有二进制文件的原作者

#!/bin/bash
# findstring.sh
# 在指定目录的二进制文件中寻找指定的字符串。
directory=/usr/bin
fstring="Free Software Foundation"  # 查看哪些文件来自于 FSF。
for file in $( find $directory -type f -name '*' | sort )
do
  strings -f $file | grep "$fstring" | sed -e "s%$driectory%%"
  #  在 "sed" 表达式中，你需要替换掉 "/" 分隔符，
  #+ 因为 "/" 是一个会被过滤的字符。
  #  如果不做替换，将会产生一个错误。（你可以尝试一下。）
done
exit $?
# 简单的练习：
# ----------
# 修改脚本，使其可以从命令行参数中获取 $directory 和 $fstring。

最后一个关于 [list] 和命令代换的例子，但这个例子中的命令是一个函数。

generate_list ()
{
  echo "one two three"
}
for word in $(generate_list)  # "word" 获得函数执行的结果。
do
  echo "$word"
done
# one
# two
# three

for 循环的结果可以通过管道导向至一个或多个命令中。

样例 11-11. 列出目录中的所有符号链接。

#!/bin/bash
# symlinks.sh: 列出目录中的所有符号链接。
directory=${1-`pwd`}
# 如果没有特别指定，缺省目录为当前工作目录。
# 等价于下面的代码块。
# ---------------------------------------------------
# ARGS=1                 # 只有一个命令行参数。
#
# if [ $# -ne "$ARGS" ]  # 如果不是只有一个参数的情况下
# then
#   directory=`pwd`      # 设为当前工作目录。
# else
#   directory=$1
# fi
# ---------------------------------------------------
echo "symbolic links in directory "$directory""
for file in "$( find $directory -type 1 )"   # -type 1 = 符号链接
do
  echo "$file"
done | sort                                  # 否则文件顺序会是乱序。
#  严格的来说这里并不需要使用循环，
#+ 因为 "find" 命令的输出结果已经被扩展成一个单一字符串了。
#  然而，为了方便大家理解，我们使用了循环的方式。
#  Dominik 'Aeneas' Schnitzer 指出，
#+ 不引用 $( find $directory -type 1 ) 的话，
#  脚本将在文件名包含空格时阻塞。
exit 0
# --------------------------------------------------------
# Jean Helou 提供了另外一种方法：
echo "symbolic links in directory "$directory""
# 备份当前的内部字段分隔符。谨慎永远没有坏处。
OLDIFS=$IFS
IFS=:
for file in $(find $directory -type 1 -printf "%p$IFS")
do     #                              ^^^^^^^^^^^^^^^^
       echo "$file"
       done|sort
# James "Mike" Conley 建议将 Helou 的代码修改为：
OLDIFS=$IFS
IFS='' # 空的内部字段分隔符意味着将不会分隔任何字符串
for file in $( find $directory -type 1 )
do
  echo $file
  done | sort
#  上面的代码可以在目录名包含冒号（前一个允许包含空格）
#+ 的情况下仍旧正常工作。

只需要对上一个样例做一些小小的改动，就可以把在标准输出 stdout 中的循环重定向到文件中。

样例 11-12. 将目录中的所有符号链接保存到文件中。

#!/bin/bash
# symlinks.sh: 列出目录中的所有符号链接。
OUTFILE=symlinks.list
directory=${1-`pwd`}
# 如果没有特别指定，缺省目录为当前工作目录。
echo "symbolic links in directory "$directory"" > "$OUTFILE"
echo "---------------------------" >> "$OUTFILE"
for file in "$( find $directory -type 1 )"    # -type 1 = 符号链接
do
  echo "$file"
done | sort >> "$OUTFILE"                     # 将 stdout 的循环结果
#           ^^^^^^^^^^^^^                       重定向到文件。
# echo "Output file = $OUTFILE"
exit $?

还有另外一种看起来非常像C语言中循环那样的语法。你需要使用到双圆括号语法。

样例 11-13. C语言风格的循环

#!/bin/bash
# 用多种方式数到10。
echo
# 基础版
for a in 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
do
  echo -n "$a "
done
echo; echo
# +==========================================+
# 使用 "seq"
for a in `seq 10`
do
  echo -n "$a "
done
echo; echo
# +==========================================+
# 使用大括号扩展语法
# Bash 3+ 版本有效。
for a in {1..10}
do
  echo -n "$a "
done
echo; echo
# +==========================================+
# 现在用类似C语言的语法再实现一次。
LIMIT=10
for ((a=1; a <= LIMIT ; a++))  # 双圆括号语法，不带 $ 的 LIMIT
do
  echo -n "$a "
done                           # 从 ksh93 中学习到的特性。
echo; echo
# +==========================================+
# 我们现在使用C语言中的逗号运算符来使得两个变量同时增加。
for ((a=1, b=1; a <= LIMIT ; a++, b++))
do  # 逗号连接操作。
  echo -n "$a-$b "
done
echo; echo
exit 0

还可以查看样例 27-16，样例 27-17 和样例 A-6。

-—

接下来，我们将展示在真实环境中应用的循环。

样例 11-14. 在批处理模式下使用 efax

#!/bin/bash
# 传真（必须提前安装了 'efax' 模块）。
EXPECTED_ARGS=2
E_BADARGS=85
MODEM_PORT="/dev/ttyS2"   # 你的电脑可能会不一样。
#                ^^^^^       PCMCIA 调制解调卡缺省端口。
if [ $# -ne $EXPECTED_ARGS ]
# 检查是不是传入了适当数量的命令行参数。
then
   echo "Usage: `basename $0` phone# text-file"
   exit $E_BADARGS
fi
if [ ! -f "$2" ]
then
  echo "File $2 is not a text file."
  #     File 不是一个正常文件或者文件不存在。
  exit $E_BADARGS
fi
fax make $2              # 根据文本文件创建传真格式文件。
for file in $(ls $2.0*)  # 连接转换后的文件。
                         # 在参数列表中使用通配符（文件名通配）。
do
  fil="$fil $file"
done
efax -d "$MODEM_PORT"  -t "T$1" $fil   # 最后使用 efax。
# 如果上面一行执行失败，尝试添加 -o1。
#  S.C. 指出，上面的 for 循环可以被压缩为
#     efax -d /dev/ttyS2 -o1 -t "T$1" $2.0*
#+ 但是这并不是一个好主意。
exit $?   # efax 同时也会将诊断信息传递给标准输出。

关键字 do 和 done 圈定了 for 循环代码块的范围。但是在一些特殊的情况下，也可以被大括号取代。

for((n=1; n<=10; n++))
# 没有 do！
{
  echo -n "* $n *"
}
# 没有 done！
# 输出：
# * 1 ** 2 ** 3 ** 4 ** 5 ** 6 ** 7 ** 8 ** 9 ** 10 *
# 并且 echo $? 返回 0，因此 Bash 并不认为这是一个错误。
echo
#  但是注意在典型的 for 循环 for n in [list] ... 中，
#+ 需要在结尾加一个分号。
for n in 1 2 3
{  echo -n "$n "; }
#               ^
# 感谢 Yongye 指出这一点。

while 循环

while 循环结构会在循环顶部检测循环条件，若循环条件为真（退出状态为0）则循环持续进行。与 for 循环不同的是，while 循环是在不知道循环次数的情况下使用的。

while [ condition ]
do
  command(s)...
done

在 while 循环结构中，你不仅可以使用像 if/test 中那样的括号结构，也可以使用用途更广泛的双括号结构（while [[ condition ]]）。

就像在 for 循环中那样，将 do 和循环条件放在同一行时需要加一个分号。

while [ condition ] ; do

在 while 循环中，括号结构并不是必须存在的。比如说 getopts 结构。

样例 11-15. 简单的 while 循环

#!/bin/bash
var0=0
LIMIT=10
while [ "$var0" -lt "$LIMIT" ]
#      ^                    ^
# 必须有空格，因为这是测试结构
do
  echo -n "$var0 "        # -n 不会另起一行
  #             ^           空格用来分开输出的数字。
  var0=`expr $var0 + 1`   # var0=$(($var0+1))  效果相同。
                          # var0=$((var0 + 1)) 效果相同。
                          # let "var0 += 1"    效果相同。
done                      # 还有许多其他的方法也可以达到相同的效果。
echo
exit 0

样例 11-16. 另一个例子

#!/bin/bash
echo
                               # 等价于：
while [ "$var1" != "end" ]     # while test "$var1" != "end"
do
  echo "Input variable #1 (end to exit) "
  read var1                    # 不是 'read $var1' （为什么？）。
  echo "variable #1 = $var1"   # 因为存在 "#"，所以需要使用引号。
  # 如果输入的是 "end"，也将会在这里输出。
  # 在结束本轮循环之前都不会再测试循环条件了。
  echo
done
exit 0

一个 while 循环可以有多个测试条件，但只有最后的那一个条件决定了循环是否终止。这是一种你需要注意到的不同于其他循环的语法。

样例 11-17. 多条件 while 循环

#!/bin/bash
var1=unset
previous=$var1
while echo "previous-variable = $previous"
      echo
      previous=$var1
      [ "$var1" != end ] # 记录下 $var1 之前的值。
      # 在 while 循环中有4个条件，但只有最后的那个控制循环。
      # 最后一个条件的退出状态才会被记录。
do
echo "Input variable #1 (end to exit) "
  read var1
  echo "variable #1 = $var1"
done
# 猜猜这是怎样实现的。
# 这是一个很小的技巧。
exit 0

就像 for 循环一样， while 循环也可以使用双圆括号结构写得像C语言那样（也可以查看样例 8-5）。

样例 11-18. C语言风格的 while 循环

#!/bin/bash
# wh-loopc.sh: 在 "while" 循环中计数到10。
LIMIT=10                 # 循环10次。
a=1
while [ "$a" -le $LIMIT ]
do
  echo -n "$a "
  let "a+=1"
done                     # 没什么好奇怪的吧。
echo; echo
# +==============================================+
# 现在我们用C语言风格再写一次。
((a = 1))      # a=1
# 双圆括号结构允许像C语言一样在赋值语句中使用空格。
while (( a <= LIMIT ))   #  双圆括号结构，
do                       #+ 并且没有使用 "$"。
  echo -n "$a "
  ((a += 1))             # let "a+=1"
  # 是的，就是这样。
  # 双圆括号结构允许像C语言一样自增一个变量。
done
echo
# 这可以让C和Java程序猿感觉更加舒服。
exit 0

在测试部分，while 循环可以调用函数。

t=0
condition ()
{
  ((t++))
  if [ $t -lt 5 ]
  then
    return 0  # true 真
  else
    return 1  # false 假
  fi
}
while condition
#     ^^^^^^^^^
#     调用函数循环四次。
do
  echo "Still going: t = $t"
done
# Still going: t = 1
# Still going: t = 2
# Still going: t = 3
# Still going: t = 4

和 if 测试结构一样，while 循环也可以省略括号。
while condition
do
  command(s) ...
done

在 while 循环中结合 read 命令，我们就得到了一个非常易于使用的 while read 结构。它可以用来读取和解析文件。

cat $filename |    # 从文件获得输入。
while read line    # 只要还有可以读入的行，循环就继续。
do
  ...
done
# ==================== 摘自样例脚本 "sd.sh" =================== #
  while read value   # 一次读入一个数据。
  do
    rt=$(echo "scale=$SC; $rt + $value" | bc)
    (( ct++ ))
  done
  am=$(echo "scale=$SC; $rt / $ct" | bc)
  echo $am; return $ct   # 这个功能“返回”了2个值。
  # 注意：这个技巧在 $ct > 255 的情况下会失效。
  # 如果要操作更大的数字，注释掉上面的 "return $ct" 就可以了。
} <"$datafile"   # 传入数据文件。

在 while 循环后面可以通过 < 将标准输入重定位到文件中。
while 循环同样可以通过管道传入标准输入中。

until

与 while 循环相反，until 循环测试其顶部的循环条件，直到其中的条件为真时停止。

until [ condition-is-true ]
do
  commands(s)...
done

注意到，跟其他的一些编程语言不同，until 循环的测试条件在循环顶部。

就像在 for 循环中那样，将 do 和循环条件放在同一行时需要加一个分号。

until[ condition-is-true ] ; do

样例 11-19. until 循环

#!/bin/bash
END_CONDITION=end
until [ "$var1" = "$END_CONDITION" ]
# 在循环顶部测试条件。
do
  echo "Input variable #1 "
  echo "($END_CONDITION to exit)"
  read var1
  echo "variable #1 = $var1"
  echo
done
#                ---                   #
#  就像 "for" 和 "while" 循环一样，
#+ "until" 循环也可以写的像C语言一样。
LIMIT=10
var=0
until (( var > LIMIT ))
do  # ^^ ^     ^     ^^   没有方括号，没有 $ 前缀。
  echo -n "$var "
  (( var++ ))
done    # 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
exit 0

如何在 for，while 和 until 之间做出选择？我们知道在C语言中，在已知循环次数的情况下更加倾向于使用 for 循环。但是在Bash中情况可能更加复杂一些。Bash中的 for 循环相比起其他语言来说，结构更加松散，使用更加灵活。因此使用你认为最简单的就好。