LINUX ＆ UNIX Shell 程式設計篇

　　各種作業系統都有它自己的 shell，以 DOS 為例，它的 shell 就是 command.com 檔。如同 DOS 下有 NDOS，4DOS，DRDOS 等不同的命令解譯程式可以取代標準的 command.com ，UNIX 下除了 Bourne shell（/bin/sh） 外還有 C shell（/bin/csh）、Korn shell（/bin/ksh）、Bourne again shell（/bin/bash）、Tenex C shell（tcsh） … 等其它的 shell。UNIX/Linux 將 shell 獨立於核心程式之外，使得它就如同一般的應用程式，可以在不影響作業系統本身的情況下進行修改、更新版本或是添加新的功能。

　　當您簽入（login）時，一個交談式的shell 會跟著起動，並提示您輸入命令。在您鍵入一個命令後，接著就是 shell 的工作了，它會進行：

• 語法分析命令列
• 處理萬用字元（wildcards）、轉向（redirection）、管線（pipes）與工作控制（job control）
• 搜尋並執行命令

　　當您剛開始學UNIX/Linux系統時，您大部份的時間會花在於提示符號（prompt）下執行命令。

　　如果您經常會輸入一組相同形式的命令，您可能會想要自動執行那些工作。如此，您可以將一些命令放入一個檔案（稱為命令檔，script），然後執行該檔。一個shell 命令檔很像是 DOS 下的批次檔（如 Autoexec.bat）：它把一連串的 UNIX 命令存入一個檔案，然後執行該檔。較成熟的命令檔還支援若干現代程式語言的控制結構，譬如說能做條件判斷、迴圈、檔案測試、傳送參數等。要寫著寫命令檔，不僅要學習程式設計的結構和技巧，而且對 UNIX/Linux 公用程式及如何運作需有深入的了解。有些公用程式的功能非常強大（例如 grep、sed 和awk），它們常被用於命令檔來操控命令輸出和檔案。在您對那些工具和程式設計結構變得熟悉之後，您就可以開始寫命令檔。當由命令檔執行命令時，此刻，您就已經把 shell 當做程式語言使用了。

　　C shell 是在加州大學柏克來分校於70年代末期發展而成，而以2BSD UNIX的部分發行。這個 shell 主要是由 Bill Joy 寫成，提供了一些在標準 Bourne shell 所看不到的額外特色。C shell 是以C 程式語言作為基礎，且它被用來當程式語言時，能共享類似的語法。它也提供在交談式運用上的改進，例如命令列歷程、別名和工作控制。因為 C shell 是在大型機器上設計出來，且增加了一些額外功能，所以 C shell 有在小型機器上跑得較慢，即使在大型機器上跟 Bourne shell 比起來也顯得緩慢。

　　有了 Bourne shell 和 C shell 之後，UNIX 使用者就有了選擇，且爭論那一個 shell 較好。AT&T 的David Korn 在 80 年代中期發明了 Korn shell，在 1986 年發行且在 1988 年成為正式的部分 SVR4 UNIX。Korn shell 實際上是 Bourne shell 的超集合，且不只可在 UNIX 系統上執行，同時也可在 OS/2、VMS、和 DOS上執行。它提供了和 Bourne shell 向上相容的能力，且增加了許多在 C shell 上受歡迎的特色，更增加了速度和效率。 Korn shell 已歷經許多修正版，要找尋您使用的是那一個版本可在 ksh 提示符號下按 Ctrl-v 鍵。

　　Bourne shell 是標準的 UNIX shell，以前常被用來做為管理系統之用。大部份的系統管理命令檔，例如 rc start、stop 與shutdown 都是Bourne shell 的命令檔，且在單一使用者模式（single user mode）下以 root 簽入時它常被系統管理者使用。Bourne shell 是由 AT&T 發展的，以簡潔、快速著名。 Bourne shell 提示符號的預設值是 $。

　　C shell 是柏克萊大學（Berkeley）所開發的，且加入了一些新特性，如命令列歷程（history）、別名（alias）、內建算術、檔名完成（filename completion）、和工作控制（job control）。對於常在交談模式下執行 shell 的使用者而言，他們較喜愛使用 C shell；但對於系統管理者而言，則較偏好以 Bourne shell 來做命令檔，因為 Bourne shell 命令檔比 C shell 命令檔來的簡單及快速。C shell 提示符號的預設值是 %。

　　Korn shell 是Bourne shell 的超集合（superset），由 AT&T 的 David Korn 所開發。它增加了一些特色，比 C shell 更為先進。Korn shell 的特色包括了可編輯的歷程、別名、函式、正規表達式萬用字元（regular expression wildcard）、內建算術、工作控制（job control）、共作處理（coprocessing）、和特殊的除錯功能。Bourne shell 幾乎和 Korn shell 完全向上相容（upward compatible），所以在 Bourne shell 下開發的程式仍能在 Korn shell 上執行。Korn shell 提示符號的預設值也是 $。在 Linux 系統使用的 Korn shell 叫做 pdksh，它是指 Public Domain Korn Shell。

　　除了執行效率稍差外，Korn shell 在許多方面都比 Bourne shell 為佳；但是，若將 Korn shell 與 C shell 相比就很困難，因為二者在許多方面都各有所長，就效率和容易使用上看，Korn shell 是優於 C shell，相信許多使用者對於 C Shell 的執行效率都有負面的印象。

　　在shell 的語法方面，Korn shell 是比較接近一般程式語言，而且它具有副程式的功能及提供較多的資料型態。至於 Bourne shell，它所擁有的資料型態是三種 shell 中最少的，僅提供字串變數和布林型態。在整體考量下 Korn shell 是三者中表現最佳者，其次為 C shell，最後才是 Bourne shell，但是在實際使用中仍有其它應列入考慮的因素，如速度是最重要的選擇時，很可能應該採用 Bourne shell，因它是最基本的 shell，執行的速度最快。

　　tcsh 是近幾年崛起的一個免費軟體（Linux 下的C shell 其實就是使用 tcsh）執行，它雖然不是UNIX 的標準配備，但是從許多地方您都可以下載到它。如果您是 C shell 的擁護者，筆者建議不妨試試 tcsh，因為您至少可以將它當作是 C shell 來使用。如果您願意花點時間學習，您還可以享受許多它新增的優越功能，例如：

1. tcsh 提供了一個命令列（command line）編輯程式。
2. 提供了命令列補全功能。
3. 提供了拼字更正功能。它能夠自動檢測並且更正在命令列拼錯的命令或是單字。
4. 危險命令偵測並提醒的功能，避免您一個不小心執行了rm* 這種殺傷力極大的命令。
5. 提供常用命令的捷徑（shortcut）。

　　bash 對 Bourne shell 是向下相容（backward compatible），並融入許多C shell 與Korn shell 的功能。這些功能其實 C shell（當然也包括了tcsh）都有，只是過去 Bourne shell 都未支援。以下筆者將介紹 bash 六點重要的改進（詳細的使用說明筆者會在以後的章節介紹）：

1. 工作控制（job contorl）。bash 支援了關於工作的訊號與指令，本章稍後會提及。
2. 別名功能（aliases）。alias 命令是用來為一個命令建立另一個名稱，它的運作就像一個巨集，展開成為它所代表的命令。別名並不會替代掉命令的名稱，它只是賦予那個命令另一個名字。
3. 命令歷程（command history）。BASH shell 加入了C shell 所提供的命令歷程功能，它以 history 工具程式記錄了最近您執行過的命令。命令是由 1 開始編號，預設值為500。history 工具程式是一種短期記憶，記錄您最近所執行的命令。要看看這些命令，您可以在命令列鍵入 history，如此將會顯示最近執行過之命令的清單，並在前方加上編號。
4. 這些命令在技術上每個都稱為一個事件。事件描述的是一個已經採取的行動（已經被執行的命令）。事件是依照執行的順序而編號，越近的事件其編號碼越大，這些事件都是以它的編號或命令的開頭字元來辨認的。history 工具程式讓您參照一個先前發生過的事件，將它放在命令列上並允許您執行它。最簡單的方法是用上下鍵一次放一個歷程事件在您的命令列上；您並不需要先用 history 顯示清單。按一次向上鍵會將最後一個歷程事件放在您的命令列上，再按一次會放入下一個歷程事件。按向下鍵則會將前一個事件放在命令列上。
5. 命令列編輯程式。BASH shell 命令列編輯能力是內建的，讓您輕鬆地在執行之前修改您輸入的命令。若是您在輸入命令時拼錯了字，您不需重新輸入整個命令，只需在執行命令之前使用編輯功能糾正錯誤即可。這尤其適合於使用冗長的路徑名稱當作參數的命令時。命令列編輯作業是 Emacs 編輯命令的一部份。您可以用 Ctrl-F 或向右鍵往前移一個字元，Ctrl-b 或向左鍵往回移一個字元。Ctrl-d 或DEL 鍵會刪除游標目前所在處的字元。要增加文字的話，您只需要將游標移到您要插入文字的地方並鍵入新字元即可。無論何時，您都可以按 ENTER 鍵執行命令。
6. 允許使用者自訂按鍵。
7. 提供更豐富的變數型態、命令與控制結構至 shell 中。

　　bash 與tcsh 一樣可以從許多網站上免費下載，它們的性質也十分類似，都是整合其前一代的產品然後增添新的功能，這些新增的功能主要都著重在強化 shell 的程式設計能力以及讓使用者能夠自行定義自己偏好的作業環境。除了上述的五種 shell 之外，zsh 也是一個廣為UNIX 程式設計人員與進階使用者所採用的 shell，zsh 基本上也是 Bourne shell 功能的擴充。

　　不論是哪一種Shell，它最主要的功用都是解譯使用者在命令列提示符號下輸入的指令。Shell 語法分析命令列，把它分解成以空白區分開的符號（token），在此空白包括了跳位鍵（tab）、空白和換行（New Line）。如果這些字包含了metacharacter，shell 將會評估（evaluate）它們的正確用法。另外，shell 還管理檔案輸入輸出及幕後處理（background processing）。在處理命令列之後，shell 會尋找命令並開始執行它們。

　　Shell 的另一個重要功用是提供個人化的使用者環境，這通常在 shell 的初始化檔案中完成（.profile、.login、.cshrc、.tcshrc 等等）。這些檔案包括了設定終端機鍵盤和定義視窗的特徵；設定變數，定義搜尋路徑、許可權限、提示符號和終端機類形；以及設定特殊應用程式所需要的變數，例如視窗、文字處理程式、及程式語言的程式庫。Korn shell 和 C shell 加強了個別化的能力:增加歷程、別名、和內建變數集以避免使用者誤殺檔案、不慎簽出、並在當工作完成時通知使用者。

　Shell 也能當解譯性的程式語言（interpreted programing language）。Shell 程式，通常叫做命令檔，它由列在檔案內的命令所構成。此程式在編輯器中編輯（雖然也可以直接在命令列下寫作程式, online scripting），由 UNIX 命令和基本的程式結構，例如變數的指定、測試條件、和迴圈所構成。您不需要編譯 shell 命令檔。Shell 本身會解譯命令檔中的每一行，就如同由鍵盤輸入一樣。shell 負責解譯命令，而使用者則必須了解這些命令能做什麼。這本書的索引列出了一些有用的命令和它們的使用方法。

　　為了確保任何提示符號下輸入的命令都能夠適當地執行。shell 擔任的工作包括有：

1. 讀取輸入和語法分析命令列
2. 對特殊字元求值
3. 設立管線、轉向、和幕後處理
4. 處理訊號
5. 設立程式來執行