Shell 布爾運算

上個禮拜介紹了Shell編程范例之?dāng)?shù)值運算，對 Shell 下基本數(shù)值運算方法做了簡單的介紹，這周將一起探討布爾運算，即如何操作“真假值”。

在 Bash 里有這樣的常量(實際上是兩個內(nèi)置命令，在這里我們姑且這么認為，后面將介紹)，即 true 和 false，一個表示真，一個表示假。對它們可以進行與、或、非運算等常規(guī)的邏輯運算，在這一節(jié)，我們除了討論這些基本邏輯運算外，還將討論Shell編程中的條件測試和命令列表，并介紹它們和布爾運算的關(guān)系。

常規(guī)的布爾運算

這里主要介紹 Bash 里頭常規(guī)的邏輯運算，與、或、非。

在 Shell 下如何進行邏輯運算

范例：true or false

單獨測試 true 和 false，可以看出 true 是真值，false 為假

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

范例：與運算

$ 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：或運算

$ 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：非運算，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 true 和 false 按照我們對邏輯運算的理解進行著，但是為了能夠更好的理解 Shell 對邏輯運算的實現(xiàn)，我們還得弄清楚，true 和 false 是怎么工作的？

Bash 里頭的 true 和 false 是我們通常認為的 1 和 0 么？

回答是：否。

范例：返回值 v.s. 邏輯值

true 和 false 它們本身并非邏輯值，它們都是 Shell 的內(nèi)置命令，只是它們的返回值是一個“邏輯值”：

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

可以看到 true 返回了 0，而 false 則返回了 1 。跟我們離散數(shù)學(xué)里學(xué)的真值 1 和 0 并不是對應(yīng)的，而且相反的。

范例：查看 true 和 false 幫助和類型

$ 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

說明：$? 是一個特殊變量，存放有上一次進程的結(jié)束狀態(tài)（退出狀態(tài)碼）。

從上面的操作不難聯(lián)想到在 C 語言程序設(shè)計中為什么會強調(diào)在 main 函數(shù)前面加上 int，并在末尾加上 return 0 。因為在 Shell 里，將把 0 作為程序是否成功結(jié)束的標(biāo)志，這就是 Shell 里頭 true 和 false 的實質(zhì)，它們用以反應(yīng)某個程序是否正確結(jié)束，而并非傳統(tǒng)的真假值（1 和 0），相反地，它們返回的是 0 和 1 。不過慶幸地是，我們在做邏輯運算時，無須關(guān)心這些。

條件測試

從上節(jié)中，我們已經(jīng)清楚地了解了 Shell 下的“邏輯值”是什么：是進程退出時的返回值，如果成功返回，則為真，如果不成功返回，則為假。

而條件測試正好使用了 test 這么一個指令，它用來進行數(shù)值測試（各種數(shù)值屬性測試）、字符串測試（各種字符串屬性測試）、文件測試（各種文件屬性測試），我們通過判斷對應(yīng)的測試是否成功，從而完成各種常規(guī)工作，再加上各種測試的邏輯組合后，將可以完成更復(fù)雜的工作。

條件測試基本使用

范例：數(shù)值測試

$ 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：字符串測試

$ 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：文件測試

$ 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

各種邏輯測試的組合

范例：如果 a，b，c 都等于下面對應(yīng)的值，那么打印 YES，通過 -a 進行"與"測試

$ 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：測試某個“東西”是文件或者目錄，通過 -o 進行“或”運算

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

范例：測試某個“東西”是否為文件，測試 ! 非運算

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

上面僅僅演示了 test 命令一些非常簡單的測試，你可以通過 help test 獲取 test 的更多用法。需要注意的是，test 命令內(nèi)部的邏輯運算和 Shell 的邏輯運算符有一些區(qū)別，對應(yīng)的為 -a 和 &&，-o 與 ||，這兩者不能混淆使用。而非運算都是 !，下面對它們進行比較。

比較 -a 與 &&, -o 與 ||， ! test 與 test !

范例：要求某文件可執(zhí)行且有內(nèi)容，用 -a 和 && 分別實現(xiàn)

$ cat > test.sh
#!/bin/bash
echo "test"
[CTRL+D]  # 按下組合鍵CTRL與D結(jié)束cat輸入，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：要求某個字符串要么為空，要么和某個字符串相等

$ 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：測試某個數(shù)字不滿足指定的所有條件

$ 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

很容易找出它們的區(qū)別，-a 和 -o 作為測試命令的參數(shù)用在測試命令的內(nèi)部，而 && 和 || 則用來運算測試的返回值，! 為兩者通用。需要關(guān)注的是：

• 有時可以不用 ! 運算符，比如 -eq 和 -ne 剛好相反，可用于測試兩個數(shù)值是否相等； -z 與 -n 也是對應(yīng)的，用來測試某個字符串是否為空
• 在 Bash 里，test 命令可以用[] 運算符取代，但是需要注意，[之后與] 之前需要加上額外的空格
• 在測試字符串時，所有變量建議用雙引號包含起來，以防止變量內(nèi)容為空時出現(xiàn)僅有測試參數(shù)，沒有測試內(nèi)容的情況

下面我們用實例來演示上面三個注意事項：

• -ne 和 -eq 對應(yīng)的，我們有時候可以免去 ! 運算

$ 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

• 用 [ ] 可以取代 test，這樣看上去會“美觀”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

• 記得給一些字符串變量加上 ""，記得 [ 之后與 ] 之前多加一個空格

$ 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

到這里，條件測試就介紹完了，下面介紹命令列表，實際上在上面我們已經(jīng)使用過了，即多個test命令的組合，通過 &&，|| 和 ! 組合起來的命令序列。這種命令序列可以有效替換 if/then 的條件分支結(jié)構(gòu)。這不難想到我們在 C 語言程序設(shè)計中經(jīng)常做的如下的選擇題（很無聊的例子，但是有意義）：下面是否會打印 j，如果打印，將打印什么？

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

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

    return 0;
}

很容易知道將打印數(shù)字 5，因為 i==5 這個條件成立，而且隨后是 &&，要判斷整個條件是否成立，我們得進行后面的判斷，可是這個判斷并非常規(guī)的判斷，而是先把 j 修改為 5，再轉(zhuǎn)換為真值，所以條件為真，打印出 5 。因此，這句可以解釋為：如果 i 等于 5，那么把 j 賦值為 5，如果 j 大于 1 （因為之前已經(jīng)為真），那么打印出 j 的值。這樣用 && 連結(jié)起來的判斷語句替代了兩個 if 條件分支語句。

正是基于邏輯運算特有的性質(zhì)，我們可以通過 &&，|| 來取代 if/then 等條件分支結(jié)構(gòu)，這樣就產(chǎn)生了命令列表。

命令列表

命令列表的執(zhí)行規(guī)律

命令列表的執(zhí)行規(guī)律符合邏輯運算的運算規(guī)律，用 && 連接起來的命令，如果前者成功返回，將執(zhí)行后面的命令，反之不然；用 || 連接起來的命令，如果前者成功返回，將不執(zhí)行后續(xù)命令，反之不然。

范例：如果 ping 通 www.lzu.edu.cn，那么打印連通信息

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

非常有趣的問題出來了，即我們上面已經(jīng)提到的：為什么要讓 C 程序在 main() 函數(shù)的最后返回 0 ？如果不這樣，把這種程序放入命令列表會有什么樣的結(jié)果？你自己寫個簡單的 C 程序，然后放入命令列表看看。

命令列表的作用

有時用命令列表取代 if/then 等條件分支結(jié)構(gòu)可以省掉一些代碼，而且使得程序比較美觀、易讀，例如：

范例：在腳本里判斷程序的參數(shù)個數(shù)，和參數(shù)類型

#!/bin/bash

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

說明：上例要求參數(shù)個數(shù)為 1 并且類型為數(shù)字。

再加上 exit 1，我們將省掉 if/then 結(jié)構(gòu)

#!/bin/bash

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

echo "YES"

這樣處理后，對程序參數(shù)的判斷僅僅需要簡單的一行代碼，而且變得更美觀。

小結(jié)

這一節(jié)介紹了 Shell 編程中的邏輯運算，條件測試和命令列表。