Linux系统入门第十一章 --Shell编程之函数与数组

一、Shell函数

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

格式：

function() {代码块
[return x]}function

function	关键字表示定义一个函数，可以省略
{	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
代码块	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

Shel1 函数调用的方法为:函数名「参数 1]〔参数 2]

栗子1：两个数求和

#!/bin/bash
#定义 sum 函数
sum() {
read -p "请输入第一个数字：" A
#检查是否为有效数字
if ! [[ $A =~ ^[0-9]+$  ]]
thenecho "这不是一个有效数字，请重新输入"return 1
firead -p "请输入第二个数字：" B
if ! [[ $B =~ ^[0-9]+$  ]]
thenecho "这不是一个有效数字，请重新输入"return 1
fi#计算两数之和
result=$((A + B))
echo "两数之和是：$result"
}
#调用函数
sum

执行结果：

栗子2：监控系统资源

该函数会定期监控系统的 CPU 和内存使用率，当使用率超过设定的值时，会发送报警信息，这里简单模拟为输出到控制台，实际应用中可扩展为发送邮件、短信等。

#!/bin/bash
send_alert() {local message=$1
echo "ALERT:$message"}#系统资源控制函数
monitor_system_resources() {local cpu_threshold=$1
local mem_threshold=$1
local interval=$3while true
do
#获取CPU的使用率
cpu_usage=$(top -bn1 | grep Cpu | awk '{print $2+$4}')
#获取内存使用率
mem_usage=$(free | grep Mem | awk '{print $3/$2 *100}')if (($(echo "$cpu_usage > $cpu_threshold" |bc -l)))
thensend_alert "CUP usage (${cpu_usage}%)"
fiif (($(echo "$mem_usage > $mem_threshold" |bc -l)))
thensend_alert "Mem usage (${mem_usage}%)"
fisleep "$interval"done
}
#调用函数
monitor_system_resources 2 5 2

执行结果：

参数说明:函数接收三个参数，分别是CPU使用率值、内存使用率值以及监控间隔时间(秒)

循环监控:使用 while true 循环不断监控系统资源。通过 top 和 free 命令获取 CPU 和内存使用率，使用 bc 命令进行浮点数比较。

报警处理:当使用率超过阈值时，调用 send alert 函数发送报警信息

2、函数变量的作用范围

在 Shel1 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 shel1 环境中有效。如果 Shel1 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 1ocal 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。

#!/bin/bash
AAA(){
local i 
i=8     
echo $i
}       
i=9
AAA
echo $i

上述脚本中，AAA 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AAA 函数外部同样定义了变量 ，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AAA，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

3、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

#!/bin/bash
#定义递归遍历目录的函数
traverse_directory() {
local dir=$1
#遍历当前目录下所有的目录和文件
for item in "$dir"/*
do      if [ -d "$item"  ]then    
#如果是目录则递归调用函数继续循环echo "这是目录：$item"traverse_directory "$item"elif [ -f "$item"  ]then    
#如果是文件就输出路径echo "这是文件：$item"fi      
done    
}
#调用函数
#“.”：当前目录
traverse_directory "."

执行结果：

二、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开始。

fruits=("Apple" "Banana" "Cherry")  # 元素带空格时必须加引号
nums=(10 20 30)                    # 数字类型可不加引号

1、获取数组长度

在 shell 编程中，数组是一种用于存储多个值的数据结构。获取数组长度(即数组中元素的个数)在很多场景下都非常有用，比如进行数组遍历、数据处理等。普通数组是 Shell 中最常见的数组类型,其下标是从0 开始的连续整数。获取普通数组长度可以使用 ${#数组名[@]}或 ${#数组名[*]} 这两种语法，它们的效果是一样的。

#定义一个数组A
A=(1 2 3 4 5 6)#打印数组A的长度
#方法一：
echo ${#A[@]}
#方法二：
echo ${#A[*]}

2、读取指定元素对应的值

在 shell 编程里，你可以读取数组中指定下标的元素，也可以给指定下标的数组元素赋值。普通数组是 Shell 中最常用的数组类型，其下标是从0开始的整数

#定义一个数组A
A=(1 2 3 4 5 6)#读取3号元素对应的值
echo ${A[3]}#读取数组中所有的元素值
echo ${A[@]
echo ${A[*]

3、数组遍历

在 Shell 编程里，数组遍历指的是按顺序访问数组中的每一个元素，并对这些元素执行特定操作的过程,这在处理一组相关数据时非常有用，比如批量处理文件、统计数据等

#!/bin/bash
A=("好" "好" "学" "习" "天" "天" "向" "上")
for i in ${A[@]}
do      echo $i
done

执行结果：

4、数组切片

数组切片是一种操作，用于从数组中提取出一部分连续的元素，形成一个新的数组。这个操作在很多编程语言中都有支持，不过不同语言实现数组切片的语法和方式会有所差异。在Bash脚本里，也可以进行数组切片操作，语法是${array[@]:start:length}，其中start是开始的索引，length是要提取的元素个数

#定义一个数组A
A=(1 2 3 4 5 6)echo ${A[@]}echo ${A[@]:0:5}echo ${A[@]:1:5}

5、数组替换

#定义一个数组A
A=(1 2 3 4 5 6)#打印数组元素对应的值
echo ${A[@]}
#1 2 3 4 5 6#将4号元素对应的值5修改为100
echo ${A[@]/5/100}#将4号元素对应的值6修改为200
echo ${A[@]/6/200}

6、数组删除

#定义一个数组A
A=(1 2 3 4 5 6)#删除数组中的指定的3号元素
unset A[3]#删除数组
unset ${A[*]}
unset A

三、Shell脚本调试

在Shell脚本开发中，经常碰到一些规范方面的问题，例如忘了使用引号或在if语句末尾处忘记加fi结束。要注意把复杂的脚本简单化，要思路清晰，并且分段实现。当执行脚本时出现错误后，不要只看那些提示的错误行，而是要观察整个相关的代码段。

为避免编写的脚本出错，除了在编写脚本时注意书写规范，排除语法错误，更重要的是利用调试脚本工具来调试脚本。echo命令是最有用的调试脚本工具之一，一般在可能出现问题的脚本中加入echo命令，采用的是分段排查的方式

除了echo命令之外，bash Shell也有相应参数可以调试脚本

sh [-nvx] 脚本名

-n	不会执行该脚本，仅查询脚本语法是否有问题，如果没有语法问题就不显示任何内容，如果有问题会提示报错
-v	在执行脚本时，先将脚本的内容输出到屏幕上然后执行脚本，如果有错误，也会给出错误提示
-x	将执行的脚本内容输出到屏幕上，这个是对调试很有用的参数

#!/bin/bash
set -x #开启调试
#定义 sum 函数
sum() {
read -p "请输入第一个数字：" A
#检查是否为有效数字
if ! [[ $A =~ ^[0-9]+$  ]]
thenecho "这不是一个有效数字，请重新输入"return 1
firead -p "请输入第二个数字：" B
if ! [[ $B =~ ^[0-9]+$  ]]
thenecho "这不是一个有效数字，请重新输入"return 1
fi
set +x #关闭调试
#计算两数之和
result=$((A + B))
echo "两数之和是：$result"
}
#调用函数
sum

总结：

函数：函数是Shell脚本中组织代码、提高复用性的重要手段。通过将一系列指令封装成函数，可以避免代码重复，使脚本更加简洁易读。函数的定义与调用简单直观，支持参数传递和递归调用，为模块化开发提供了便利。

数组：作为Shell脚本中的一种重要数据结构，数组支持存储多个值，并提供了丰富的操作方法，如获取数组长度、读取和赋值、遍历、切片、替换和删除元素等。这些功能在处理一组相关数据时非常有用。

调试与测试：在Shell脚本编写过程中，调试与测试是确保脚本正确运行的关键环节。通过使用echo命令和bash的调试参数（-n、-v、-x），可以方便地定位和解决问题，提高脚本的稳健性