第7章 输入/输出、文件与命令执行

7.1 标准IO基础

进程打开一个文件、管道、终端之后，内核会给它分配一个小整数编号，这个数字就叫文件描述符。进程通过这个数字，来读写对应的打开的资源（终端、普通文件、管道）。每一个运行的 shell 进程，手里都保存一套自己的文件描述符表。3 个固定标准文件描述符（0、1、2），每个程序一启动就自带。

过滤器程序：从标准输入读，处理后输出到标准输出，适合管道串联。

7.2 read 读取输入行

语法

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read [-r] var1 var2 var3...

• -r：原始模式，不把行末尾\当成续行符，写脚本尽量带上‑r
• 依据$IFS（字段分隔符），把输入行切分成单词。
• 规则：
  1. 第1个单词赋值给var1，第2个给var2；
  2. 单词数量 > 变量数量，剩下全部内容一股脑给最后一个变量；
  3. 读到文件结束EOF，read返回非0退出码；常用于while read循环终止。

示例：交互式输入

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printf "Enter name rank: "
read -r name rank

经典：while read 逐行读文件

读取/etc/passwd，冒号作为分隔符。

while后面重定向< /etc/passwd写在done后面，不是写在read后面！

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while IFS=: read -r user pass uid gid fullname homedir shell
do
  echo "用户：$user"
done < /etc/passwd

IFS=: 写在read命令前面（while 关键字之后），是临时环境变量，只作用于本次 read，不改变脚本全局 IFS。

错误写法（每次循环重新打开文件，永远读第一行，死循环）

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while IFS=: read -r ... < /etc/passwd
do
  ...
done

⚠坑：管道后面的while read会运行在子shell，循环内部修改的变量，循环结束父shell拿不到值。

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cat file.txt | while read -r line
do
    a=100
done
echo "$a"   # a还是空！子shell内部变量带不出来

7.3 重定向大全

基础重定向复习

set -C noclobber 防止意外覆盖

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set -C          # 开启noclobber，>遇到已存在文件直接报错，禁止覆盖
>| file         # 强制覆盖，绕过noclobber限制

here‑doc <<EOF 嵌入文档，脚本内写多行输入

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mail -s "提醒" tom <<EOF
你好tom
系统磁盘占用过高，请清理文件。
谢谢
EOF

1. 定界符EOF不加引号：shell执行变量替换、命令替换。
2. 定界符加引号 <<'EOF'：原样文本，不做任何替换。

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i=10
cat <<'EOF'
变量i的值是 $i      # $i不会展开，原样输出$i
EOF

3. <<‑EOF：会删除内容行开头的tab制表符，方便脚本缩进美化，只删tab，空格不动。

文件描述符高级重定向

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make > results 2>ERRS       # 1输出到results，2错误输出到ERRS
make > results 2>/dev/null  # 丢弃错误信息

make > results 2>&1        # stdout和stderr全部输出到同一个文件
# ⚠顺序很重要！！！
make 2>&1 > results        # 错误：先把2指向终端，再改1到文件，错误依旧打印屏幕

make 2>&1 | less           # stdout+stderr一起丢给管道

2>&1 不要加空格；含义：把fd2指向fd1当前指向的地方。

exec 修改shell本身的文件描述符

exec不加命令，只写重定向，就修改当前shell的文件描述符。

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exec 3< data.txt        # 打开fd3读取文件
read -r line <&3        # 从fd3读取
exec 3<&-               # 关闭fd3

保存、恢复标准错误示例：

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exec 5>&2               # 把原始stderr保存到fd5
exec 2> /tmp/log.txt    # stderr重定向到日志
# 中间执行一堆命令……
exec 2>&5               # 恢复stderr
exec 5>&-               # 关闭临时fd5

exec后面带上程序：直接替换当前shell进程，执行完不会返回脚本。

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exec ls -l
echo "这行永远不会执行"

7.4 printf完整详解（优先于echo，可移植）

语法：

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printf 格式串 [参数1 参数2 ...]

• 不会自动换行，换行必须手动写\n
• 参数多于格式占位符：循环复用格式字符串（shell printf特有，C语言printf不一样）

常用格式指示符

修饰符：宽度、对齐、精度

1. %10s：占10字符宽度，右对齐
2. %-10s：占10字符宽度，左对齐，减号代表左对齐
3. %.5d：数字，不足5位前面补0
4. %.10s：字符串最多打印前10个字符

示例

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printf "|%10s|\n" hello     # |     hello|
printf "|%-10s|\n" hello    # |hello     |
printf "%.5d\n" 15          # 00015
printf "%.10s\n" "longtextstring" # longtextst

注意：浮点%f %g属于bash/ksh扩展，POSIX shell标准不强制支持，脚本浮点计算改用awk。

7.5 波浪号展开 & 通配符globbing

波浪号 ~

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~               # 当前用户家目录 $HOME
~tom            # 用户tom的家目录

⚠可移植脚本不建议用~，部分老旧sh不支持，优先写$HOME。

shell通配符（只匹配文件名）

注意：[a‑z]受locale环境影响；可移植脚本尽量用POSIX字符集，不要依赖字母范围。 文件名开头.代表隐藏文件；*不会匹配隐藏文件；要匹配隐藏必须显式写.*。

7.6 命令替换：把命令输出当作参数

两种写法，优先使用$(...)，不要用反引号```

1. 老式反引号 \cmd``：嵌套转义非常痛苦
2. 新式 $(cmd)：支持嵌套，可读性好，POSIX标准。

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files=$(ls *.txt)
# 嵌套示例
result=$(echo $(date))

注意：命令替换结果会做单词分割、通配符展开；如果内容有换行空格，建议用双引号包裹 "$(...)"。

expr（老旧算术工具，新脚本尽量不要用）

旧时代shell没有$(( ))的时候做整数运算。

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i=1
i=`expr $i + 1`

现代脚本直接用shell内置算术替换 $((i+1))。

7.7 引用/引号机制（重中之重，解决各种变量坑）

1）反斜杠 \

转义单个元字符，把特殊符号变成普通字面。

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echo \*     # 输出 *，不会通配符展开

2）单引号 ' 内容 '

强引用：引号内部所有字符原样字面，不做任何展开替换；内部不能再放单引号。

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echo '$var $(ls) *'   # 原样输出 $var $(ls) *

3）双引号 "内容"

弱引用：禁止通配符、单词分割；但是允许$变量替换、$(...)命令替换、\转义。

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name="jack"
echo "my name is $name"

通用最佳实践：变量尽量用双引号包裹 "$var"，防止空格换行带来的分词bug。

7.8 shell命令行完整处理流程（理解bug根源）

shell读取一行命令，严格按顺序执行这一套处理：

1. 将命令分割成token：用元字符空格、; | < > &切分成一个个单词；识别重定向。
2. 别名展开（交互式）。
3. 波浪号~展开。
4. 变量替换$var。
5. 命令替换$(...)。
6. 算术替换$(( ))。
7. IFS分词：对4‑6步骤得到的结果，用$IFS再次切割单词（这一步是很多空格bug来源）。
8. 通配符globbing * ? []文件名展开。
9. 执行重定向。
10. 查找命令（内建→函数→PATH外部程序），运行。

eval：把参数再完整重新跑一遍整套处理流程，二次解析。慎用，容易安全漏洞。

7.9 子shell ( ) vs 代码块 { }

示例子shell

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tar -cf - . | (cd /tmp/newdir; tar -xpf -)
# 括号里面cd只影响子shell，外层脚本目录不变

示例代码块

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cd /tmp || {
    echo "切换目录失败" >&2
    exit 1
}

7.10 内建命令 & set选项

shell内建命令运行在shell进程内部，不会fork新进程。

command命令：绕过shell函数，调用真正原始内建命令。

示例：

我们自定义一个名字叫cd的 shell 函数，想在 cd 切换目录之后，顺便修改提示符：

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cd () {
    cd "$@"       # ❗这里会无限递归！调用的还是我们自己写的cd函数
    x=$(pwd)
    PS1="${x##*/}$ "
}

用command解决，绕过函数，调用真正原始的 cd 内建：

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cd () {
    command cd "$@"   # command：跳过cd函数，调用shell原生cd内建
    x=$(pwd)
    PS1="${x##*/}$ "
}

1. POSIX 特殊内建命令

2. POSIX普通内建命令

补充：echo、printf、test、[ ] POSIX建议实现为内建，但不属于上面两类。

3. bash专属扩展内建（非POSIX，可移植脚本不要用）

set常用选项（短选项，-开启，+关闭）

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set -eux      # 脚本调试常用组合，开启e u x
set +eux      # 关闭

.（source）内建命令：在当前shell进程读取执行脚本文件，不会新建进程，变量、函数全部继承到当前shell。

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./lib.sh

小结

1. while read读文件，重定向写在done <file；不要写在read后面。管道后的while read，变量修改无法带回父shell。
2. 2>&1顺序不能颠倒；要合并stdout/stderr，必须>file 2>&1。
3. printf参数多于占位符，循环复用格式串；浮点不要依赖%f。
4. 引号区分：单引号完全字面；双引号允许变量替换；变量建议 "$var"双引号包裹。
5. $(...)优先，淘汰反引号\cmd``。
6. ( )子shell，内部改动不影响父脚本；{ }代码块直接修改当前shell状态。
7. shell处理有固定顺序：变量/命令替换之后才会做IFS分词、通配符展开，很多怪异bug都来自这个流程。
8. set -eu写脚本强烈推荐，捕获未定义变量、命令失败问题。

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