Shell 布尔运算

由 娃娃脸呦 创建,Loen 最后一次修改 2016-02-24

前言

上个礼拜介绍了Shell编程范例之数值运算,对 Shell 下基本数值运算方法做了简单的介绍,这周将一起探讨布尔运算,即如何操作“真假值”。

在 Bash 里有这样的常量(实际上是两个内置命令,在这里我们姑且这么认为,后面将介绍),即 true 和 false,一个表示真,一个表示假。对它们可以进行与、或、非运算等常规的逻辑运算,在这一节,我们除了讨论这些基本逻辑运算外,还将讨论Shell编程中的条件测试命令列表,并介绍它们和布尔运算的关系。

常规的布尔运算

这里主要介绍 Bash 里头常规的逻辑运算,与、或、非。

在 Shell 下如何进行逻辑运算

范例:true or false

单独测试 truefalse,可以看出 true 是真值,false 为假

$ if true;then echo "YES"; else echo "NO"; fi
YES
$ if false;then echo "YES"; else echo "NO"; fi
NO

范例:与运算

$ if true && true;then echo "YES"; else echo "NO"; fi
YES
$ if true && false;then echo "YES"; else echo "NO"; fi
NO
$ if false && false;then echo "YES"; else echo "NO"; fi
NO
$ if false && true;then echo "YES"; else echo "NO"; fi
NO

范例:或运算

$ if true || true;then echo "YES"; else echo "NO"; fi
YES
$ if true || false;then echo "YES"; else echo "NO"; fi
YES
$ if false || true;then echo "YES"; else echo "NO"; fi
YES
$ if false || false;then echo "YES"; else echo "NO"; fi
NO

范例:非运算,即取反

$ if ! false;then echo "YES"; else echo "NO"; fi
YES
$ if ! true;then echo "YES"; else echo "NO"; fi
NO

可以看出 truefalse 按照我们对逻辑运算的理解进行着,但是为了能够更好的理解 Shell 对逻辑运算的实现,我们还得弄清楚,truefalse 是怎么工作的?

Bash 里头的 true 和 false 是我们通常认为的 1 和 0 么?

回答是:否。

范例:返回值 v.s. 逻辑值

truefalse 它们本身并非逻辑值,它们都是 Shell 的内置命令,只是它们的返回值是一个“逻辑值”:

$ true
$ echo $?
0
$ false
$ echo $?
1

可以看到 true 返回了 0,而 false 则返回了 1 。跟我们离散数学里学的真值 1 和 0 并不是对应的,而且相反的。

范例:查看 true 和 false 帮助和类型

$ help true false
true: true
     Return a successful result.
false: false
     Return an unsuccessful result.
$ type true false
true is a shell builtin
false is a shell builtin

说明:$? 是一个特殊变量,存放有上一次进程的结束状态(退出状态码)。

从上面的操作不难联想到在 C 语言程序设计中为什么会强调在 main 函数前面加上 int,并在末尾加上 return 0 。因为在 Shell 里,将把 0 作为程序是否成功结束的标志,这就是 Shell 里头 truefalse 的实质,它们用以反应某个程序是否正确结束,而并非传统的真假值(1 和 0),相反地,它们返回的是 0 和 1 。不过庆幸地是,我们在做逻辑运算时,无须关心这些。

条件测试

从上节中,我们已经清楚地了解了 Shell 下的“逻辑值”是什么:是进程退出时的返回值,如果成功返回,则为真,如果不成功返回,则为假。

而条件测试正好使用了 test 这么一个指令,它用来进行数值测试(各种数值属性测试)、字符串测试(各种字符串属性测试)、文件测试(各种文件属性测试),我们通过判断对应的测试是否成功,从而完成各种常规工作,再加上各种测试的逻辑组合后,将可以完成更复杂的工作。

条件测试基本使用

范例:数值测试

$ if test 5 -eq 5;then echo "YES"; else echo "NO"; fi
YES
$ if test 5 -ne 5;then echo "YES"; else echo "NO"; fi
NO

范例:字符串测试

$ if test -n "not empty";then echo "YES"; else echo "NO"; fi
YES
$ if test -z "not empty";then echo "YES"; else echo "NO"; fi
NO
$ if test -z "";then echo "YES"; else echo "NO"; fi
YES
$ if test -n "";then echo "YES"; else echo "NO"; fi
NO

范例:文件测试

$ if test -f /boot/System.map; then echo "YES"; else echo "NO"; fi
YES
$ if test -d /boot/System.map; then echo "YES"; else echo "NO"; fi
NO

各种逻辑测试的组合

范例:如果 a,b,c 都等于下面对应的值,那么打印 YES,通过 -a 进行"与"测试

$ a=5;b=4;c=6;
$ if test $a -eq 5 -a $b -eq 4 -a $c -eq 6; then echo "YES"; else echo "NO"; fi
YES

范例:测试某个“东西”是文件或者目录,通过 -o 进行“或”运算

$ if test -f /etc/profile -o -d /etc/profile;then echo "YES"; else echo "NO"; fi
YES

范例:测试某个“东西”是否为文件,测试 ! 非运算

$ if test ! -f /etc/profile; then echo "YES"; else echo "NO"; fi
NO

上面仅仅演示了 test 命令一些非常简单的测试,你可以通过 help test 获取 test 的更多用法。需要注意的是,test 命令内部的逻辑运算和 Shell 的逻辑运算符有一些区别,对应的为 -a&&-o||,这两者不能混淆使用。而非运算都是 !,下面对它们进行比较。

比较 -a 与 &&, -o 与 ||, ! test 与 test !

范例:要求某文件可执行且有内容,用 -a 和 && 分别实现

$ cat > test.sh
#!/bin/bash
echo "test"
[CTRL+D]  # 按下组合键CTRL与D结束cat输入,后同,不再注明
$ chmod +x test.sh
$ if test -s test.sh -a -x test.sh; then echo "YES"; else echo "NO"; fi
YES
$ if test -s test.sh && test -x test.sh; then echo "YES"; else echo "NO"; fi
YES

范例:要求某个字符串要么为空,要么和某个字符串相等

$ str1="test"
$ str2="test"
$ if test -z "$str2" -o "$str2" == "$str1"; then echo "YES"; else echo "NO"; fi
YES
$ if test -z "$str2" || test "$str2" == "$str1"; then echo "YES"; else echo "NO"; fi
YES

范例:测试某个数字不满足指定的所有条件

$ i=5
$ if test ! $i -lt 5 -a $i -ne 6; then echo "YES"; else echo "NO"; fi
YES
$ if ! test $i -lt 5 -a $i -eq 6; then echo "YES"; else echo "NO"; fi
YES

很容易找出它们的区别,-a-o 作为测试命令的参数用在测试命令的内部,而 &&|| 则用来运算测试的返回值,! 为两者通用。需要关注的是:

  • 有时可以不用 ! 运算符,比如 -eq-ne 刚好相反,可用于测试两个数值是否相等; -z-n 也是对应的,用来测试某个字符串是否为空
  • Bash 里,test 命令可以用[] 运算符取代,但是需要注意,[之后与] 之前需要加上额外的空格
  • 在测试字符串时,所有变量建议用双引号包含起来,以防止变量内容为空时出现仅有测试参数,没有测试内容的情况

下面我们用实例来演示上面三个注意事项:

  • -ne-eq 对应的,我们有时候可以免去 ! 运算

$ i=5
$ if test $i -eq 5; then echo "YES"; else echo "NO"; fi
YES
$ if test $i -ne 5; then echo "YES"; else echo "NO"; fi
NO
$ if test ! $i -eq 5; then echo "YES"; else echo "NO"; fi
NO
  • [ ] 可以取代 test,这样看上去会“美观”很多

$ if [ $i -eq 5 ]; then echo "YES"; else echo "NO"; fi
YES
$ if [ $i -gt 4 ] && [ $i -lt 6 ]; then echo "YES"; else echo "NO"; fi
YES
  • 记得给一些字符串变量加上 "",记得 [ 之后与 ] 之前多加一个空格

$ str=""
$ if [ "$str" = "test"]; then echo "YES"; else echo "NO"; fi
-bash: [: missing `]'
NO
$ if [ $str = "test" ]; then echo "YES"; else echo "NO"; fi
-bash: [: =: unary operator expected
NO
$ if [ "$str" = "test" ]; then echo "YES"; else echo "NO"; fi
NO

到这里,条件测试就介绍完了,下面介绍命令列表,实际上在上面我们已经使用过了,即多个test命令的组合,通过 &&||! 组合起来的命令序列。这种命令序列可以有效替换 if/then 的条件分支结构。这不难想到我们在 C 语言程序设计中经常做的如下的选择题(很无聊的例子,但是有意义):下面是否会打印 j,如果打印,将打印什么?

#include <stdio.h>
int main()
{
    int i, j;

    i=5;j=1;
    if ((i==5) && (j=5))  printf("%d\n", j);

    return 0;
}

很容易知道将打印数字 5,因为 i==5 这个条件成立,而且随后是 &&,要判断整个条件是否成立,我们得进行后面的判断,可是这个判断并非常规的判断,而是先把 j 修改为 5,再转换为真值,所以条件为真,打印出 5 。因此,这句可以解释为:如果 i 等于 5,那么把 j 赋值为 5,如果 j 大于 1 (因为之前已经为真),那么打印出 j 的值。这样用 && 连结起来的判断语句替代了两个 if 条件分支语句。

正是基于逻辑运算特有的性质,我们可以通过 &&|| 来取代 if/then 等条件分支结构,这样就产生了命令列表。

命令列表

命令列表的执行规律

命令列表的执行规律符合逻辑运算的运算规律,用 && 连接起来的命令,如果前者成功返回,将执行后面的命令,反之不然;用 || 连接起来的命令,如果前者成功返回,将不执行后续命令,反之不然。

范例:如果 ping 通 www.lzu.edu.cn,那么打印连通信息

$ ping -c 1 www.lzu.edu.cn -W 1 && echo "=======connected======="

非常有趣的问题出来了,即我们上面已经提到的:为什么要让 C 程序在 main() 函数的最后返回 0 ?如果不这样,把这种程序放入命令列表会有什么样的结果?你自己写个简单的 C 程序,然后放入命令列表看看。

命令列表的作用

有时用命令列表取代 if/then 等条件分支结构可以省掉一些代码,而且使得程序比较美观、易读,例如:

范例:在脚本里判断程序的参数个数,和参数类型

#!/bin/bash

echo $#
echo $1
if [ $# -eq 1 ] && (echo $1 | grep ^[0-9]*$ >/dev/null);then
    echo "YES"
fi

说明:上例要求参数个数为 1 并且类型为数字。

再加上 exit 1,我们将省掉 if/then 结构

#!/bin/bash

echo $#
echo $1
! ([ $# -eq 1 ] && (echo $1 | grep ^[0-9]*$ >/dev/null)) && exit 1

echo "YES"

这样处理后,对程序参数的判断仅仅需要简单的一行代码,而且变得更美观。

小结

这一节介绍了 Shell 编程中的逻辑运算,条件测试和命令列表。

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