Shell 脚本变量详解：脚本中的“记忆容器”

引言：变量——脚本的记忆单元

想象一下，你要帮妈妈记录她的烘焙配方。你会拿出一张纸，写上：

面粉 = 2杯
糖 = 1杯
烤箱温度 = 180度

这张纸记住了所有的配料和步骤，妈妈一看就明白。

在 Shell 脚本的世界里，变量就是这张“神奇的纸”。它是脚本的“记忆容器”，负责存储各种信息，比如名字、路径、数字，或者一条命令的执行结果。有了变量，脚本就能记住东西，变得更加聪明和灵活，能够处理复杂多变的任务。

本文将带你从零开始，全面了解 Shell 脚本中的变量，从如何“贴上标签”（定义变量）到如何“玩转标签”（高级应用），让你彻底掌握这个脚本编程的核心概念。

一、变量基础：贴标签与取东西

1.1 变量是什么？

在 Shell 中，变量本质上就是一个命名的存储空间。你可以把它想象成一个带标签的盒子：

标签名就是变量名。
盒子里放的东西就是变量的值。
Shell 中的变量非常随和，它把所有东西（数字、文本、路径）都当作字符串来存放，不需要你提前声明它要放什么类型的数据。

1.2 如何给盒子贴标签？（命名规则）

给变量起名（贴标签）要遵循一些简单的规则：

✅ 可以用的字符：字母（a-z, A-Z）、数字（0-9）、下划线（_）。
❌ 不能做的事：不能用数字开头。比如 1var 是错误的，而 var1 是正确的。
🔠 大小写敏感：MyVar 和 myvar 是两个完全不同的变量。
💡 好习惯建议：
- 使用描述性的名字，比如用 backup_path 而不是 bp。
- 多个单词用下划线连接，如 student_name，这样更清晰。
- 对于整个脚本都需要的重要变量（全局变量），通常用大写字母，如 CONFIG_FILE，这是一种约定俗成的规范。

1.3 如何往盒子里放东西？（定义与赋值）

把东西放进变量盒子（赋值）的语法非常简单：

name="Alice"       # 在名为‘name’的盒子里放入“Alice”这个值
count=10           # 在‘count’盒子里放入“10”（注意，即使是数字，也被当作字符串）
path="/home/logs"  # 在‘path’盒子里放入一个路径字符串

⚠️ 千万注意！：等号 = 的两边不能有任何空格！name = "Alice" 是错误的写法，Shell 会无法理解。

二、变量的作用域：私人物品与公共告示

变量不仅有自己的值，还有自己的“活动范围”，这就是作用域。

2.1 三种类型的变量

变量类型	作用范围	如何创建	例子	比喻
局部变量	当前脚本或Shell	`var=value`	`my_temp="hi"`	你日记本里的私密笔记
环境变量	当前及所有子进程	`export var=value`	`export PATH="/usr/bin"`	小区公告栏的通知，人人都能看到
只读变量	无法修改	`readonly var=value`	`readonly PI=3.14`	刻在石头上的字，无法更改

2.2 管理环境变量

环境变量就像系统的全局设置，非常重要。

查看所有环境变量：使用 printenv 或 env 命令。
让它永久生效：如果想让自己定义的环境变量每次登录都在，需要把 export VAR=value 这行代码写到你的 ~/.bashrc 或 ~/.bash_profile 文件里，然后执行 source ~/.bashrc 让它立刻生效。

常用的系统环境变量：

echo "我是用户: $USER"    # 输出当前用户名
echo "我家在: $HOME"      # 输出当前用户的家目录路径
echo "我目前在: $PWD"     # 输出当前所在的工作目录路径

三、特殊变量：脚本的内置工具箱

Shell 提供了一些内置的特殊变量，非常有用，它们像是脚本自带的工具箱。

3.1 传递参数：和脚本对话

当你运行脚本时在后面加参数，比如 ./script.sh arg1 arg2，这些参数怎么在脚本里拿到呢？

特殊变量	含义与用途	示例
`$0`	脚本自己的名字	`echo "正在运行: $0"`
`$1`-`$9`	第1个到第9个参数	`echo "第一个参数是: $1"`
`${10}`	第10个参数（以此类推）	`echo "第十个参数: ${10}"` 必须加花括号
`$#`	一共传了多少个参数	`echo "你一共给了 $# 个参数"`

3.2 `$@` 和 `$*`：处理所有参数

它们都代表所有参数，但在细节上有微妙且重要的区别：

# 假设脚本接收三个参数：arg1 arg2 arg3

# “$*” 把所有参数合并成一个字符串："arg1 arg2 arg3"
echo "Using \"\$*\": $*"

# “$@” 把每个参数都当作独立的字符串："arg1" "arg2" "arg3"
echo "Using \"\$@\": $@"

# 在循环中，这种区别非常关键！
echo "Looping with \"\$*\":"
for item in "$*"; do
  echo $item # 这只会循环一次，因为所有参数是一个整体
done

echo "Looping with \"\$@\":"
for item in "$@"; do
  echo $item # 这会循环三次，分别输出每个参数
done

3.3 进程状态变量

变量	含义与用途	示例
`$$`	当前脚本运行的进程ID（PID）	`echo "这个脚本的PID是: $$"`
`$!`	最后一个在后台运行的进程PID	`echo "后台任务的PID是: $!"`
`$?`	上一条命令的执行结果状态码	`ls /tmp; echo "上条命令结果: $?"` 0表示成功，非0表示出错

四、高级技巧：玩转你的变量

4.1 处理字符串

变量里存放的大部分是字符串，Shell 提供了一些方法来操作它们。

my_str="Hello World"

# 截取子字符串：${变量:起始位置:长度}
echo ${my_str:0:5}    # 输出 "Hello" (从第0个字符开始，截取5个)

# 替换字符串：${变量/旧字符串/新字符串}
echo ${my_str/l/L}    # 输出 "HeLlo World" (把第一个小写l换成大写L)
echo ${my_str//l/L}   # 输出 "HeLLo WorLd" (把所有小写l都换成大写L)

# 转换大小写 (Bash 4.0+)
echo ${my_str^^}      # 全部转大写 "HELLO WORLD"
echo ${my_str,,}      # 全部转小写 "hello world"

4.2 设置默认值

处理可能不存在的变量时，这个功能非常实用。

# 如果变量 VAR 没设置或者为空，就使用后面的默认值，但不会改变 VAR 本身
result=${VAR:-"这是一个默认值"}

# 如果变量 VAR 没设置或者为空，不仅使用默认值，还会把这个默认值赋给 VAR
result=${VAR:="这个值会被赋给VAR"}

# 如果 VAR 未设置，就输出错误信息并退出脚本，用于强制参数校验
result=${VAR:?"错误！变量VAR没有定义，脚本无法执行！"}

4.3 进行数学计算

虽然变量存的是字符串，但我们仍然可以做数学计算。

a=10
b=3

# 方式一：$(( )) —— 最推荐，简洁高效
sum=$((a + b))
echo $sum # 输出 13

# 方式二：expr —— 老式方法，注意运算符两边要有空格
sum=`expr $a + $b` # 反引号包围命令
# 或者
sum=$(expr $a + $b) # 更现代的写法

# 方式三：let —— 用于计算并赋值
let "sum = a + b"

# 注意：Shell 默认只做整数运算。需要计算小数？请找‘bc’帮忙！
echo "scale=2; 3 / 2" | bc # 输出 1.50

五、实战演练：看看变量如何大显身手

5.1 案例一：自动生成带时间的日志文件名

#!/bin/bash

# 定义日志存放的目录
LOG_DIR="/var/log/my_app"

# 使用命令获取当前时间，并存入 TIMESTAMP 变量
TIMESTAMP=$(date +"%Y%m%d_%H%M%S") # 格式: 20231027_143022

# 组合变量，生成最终的日志文件名
LOG_FILE="${LOG_DIR}/app_${TIMESTAMP}.log"

# 使用变量
echo "程序开始运行，日志将记录到: $LOG_FILE"
# 实际应用中，可能会这样用：my_program >> $LOG_FILE

5.2 案例二：安全地读取用户输入

#!/bin/bash

# -p 提示用户，将输入读到 username 变量中
read -p "请输入您的用户名: " username

# -s  silent模式，输入不回显（用于密码）
# -t 10 超时时间10秒
read -s -t 10 -p "请输入您的密码（10秒内）: " password
echo # 换行

echo "欢迎您, $username！"
# 注意：$password 变量里现在存着用户输入的密码

5.3 案例三：检查脚本参数是否提供

#!/bin/bash

# 检查第一个参数是否为空（-z 判断字符串长度是否为0）
if [ -z "$1" ]; then
    echo "错误：启动本脚本时，请提供一个配置文件路径作为参数！"
    echo "用法: $0 <config-path>"
    exit 1 # 非0退出表示脚本执行错误
fi

# 如果执行到这里，说明 $1 不为空
CONFIG_FILE="$1"
echo "开始使用配置文件: $CONFIG_FILE"
# ... 后续处理逻辑

六、最佳实践与避坑指南

引号的重要性：
- 赋值时不要加引号：var=value
- 使用变量时推荐加双引号：echo "$var" — 这样可以避免变量值中有空格时被拆开，导致意外错误。
- 值里有空格就必须加引号：file_path="/path/with spaces/file.txt"
防止变量未定义的灾难：
在脚本开头加上 set -u。这样一旦你使用了未赋值的变量，脚本会立即报错并停止，而不是默默地继续执行下去。
#!/bin/bash
set -u # 开启“未定义变量报错”模式
echo "$undefined_var" # 这行会导致脚本报错退出
echo "这行不会被执行到"
理解数字的限制：
Shell 变量本质是字符串，所以数学计算有其局限性。记住：
- 它主要进行整数运算。
- 需要复杂的小数计算时，请调用 bc 或 awk 这些更强大的工具。