布爾運算 · Shell 編程范例

# 布爾運算 [TOC=2,3] ## 前言上個禮拜介紹了[Shell編程范例之數值運算](#)，對 Shell 下基本數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、非運算等常規的邏輯運算，在這一節，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系。 ## 常規的布爾運算這里主要介紹 `Bash` 里頭常規的邏輯運算，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，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 。跟我們離散數學里學的真值 1 和 0 并不是對應的，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束狀態（退出狀態碼）。從上面的操作不難聯想到在 C 語言程序設計中為什么會強調在 `main` 函數前面加上 `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束的標志，這就是 Shell 里頭 `true` 和 `false` 的實質，它們用以反應某個程序是否正確結束，而并非傳統的真假值（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，無須關心這些。 ## 條件測試從上節中，我們已經清楚地了解了 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，它用來進行數值測試（各種數值屬性測試）、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），我們通過判斷對應的測試是否成功，從而完成各種常規工作，再加上各種測試的邏輯組合后，將可以完成更復雜的工作。 ### 條件測試基本使用 #### 范例：數值測試 ~~~ $ 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` 命令內部的邏輯運算和 Shell 的邏輯運算符有一些區別，對應的為 `-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：要求某文件可執行且有內容，用 -a 和 && 分別實現 ~~~ $ cat > test.sh #!/bin/bash echo "test" [CTRL+D] # 按下組合鍵CTRL與D結束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別，`-a` 和 `-o` 作為測試命令的參數用在測試命令的內部，而 `&&` 和 `||` 則用來運算測試的返回值，`!` 為兩者通用。需要關注的是： - 有時可以不用 `!` 運算符，比如 `-eq` 和 `-ne` 剛好相反，可用于測試兩個數值是否相等； `-z` 與 `-n` 也是對應的，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，以防止變量內容為空時出現僅有測試參數，沒有測試內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` 的條件分支結構。這不難想到我們在 C 語言程序設計中經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的判斷，而是先把 `j` 修改為 5，再轉換為真值，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 （因為之前已經為真），那么打印出 `j` 的值。這樣用 `&&` 連結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，我們可以通過 `&&`，`||` 來取代 `if/then` 等條件分支結構，這樣就產生了命令列表。 ## 命令列表 ### 命令列表的執行規律命令列表的執行規律符合邏輯運算的運算規律，用 `&&` 連接起來的命令，如果前者成功返回，將執行后面的命令，反之不然；用 `||` 連接起來的命令，如果前者成功返回，將不執行后續命令，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，即我們上面已經提到的：為什么要讓 C 程序在 `main()` 函數的最后返回 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` 等條件分支結構可以省掉一些代碼，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個數，和參數類型 ~~~ #!/bin/bash echo $# echo $1 if [ $# -eq 1 ] && (echo $1 | grep ^[0-9]*$ >/dev/null);then echo "YES" fi ~~~ 說明：上例要求參數個數為 1 并且類型為數字。再加上 `exit 1`，我們將省掉 `if/then` 結構 ~~~ #!/bin/bash echo $# echo $1 ! ([ $# -eq 1 ] && (echo $1 | grep ^[0-9]*$ >/dev/null)) && exit 1 echo "YES" ~~~ 這樣處理后，對程序參數的判斷僅僅需要簡單的一行代碼，而且變得更美觀。 ## 小結這一節介紹了 Shell 編程中的邏輯運算，條件測試和命令列表。