第07章：如 Shell 般看世界
本章我们将领略一些当我们按下 Enter 按键的时候发生在命令行中的魔法。我们会检查一些有趣且复杂的 Shell 特征，所有这一切，我们仅用到一个新命令。
echo显示一行文本
扩展
每当我们键入一个命令并按下 Enter 键，bash 会在完成我们的命令之前执行几次文本替换。我们已经看到了一些案例，一个简单的字符序列，如 *，在 shell 中具有多种意义。让这种行为得以发生的进程，唤作扩展（expansion）。有了扩展，我们输入的东西就会在 shell 执行之前扩展成另外一些东西。要举例说明我们现在所说的意义，来看一下 echo 命令。echo 是一个内建命令，执行一个非常简单的任务：打印它的文本参数到标准输出。
非常简单明了。任何传递给 echo 的参数都会被显示出来。让我们试试别的：
发生了什么？为什么不是打印出 *？当我们回想通配符，* 字符意味着匹配文件名中的任意字符，但在我们最初的讨论中没有看到的 shell 怎么做。简单的答案是，在 shell 执行 echo 命令之前，将 * 扩展成了其它一些东西（在这个实例中，是当前工作目录中的文件名）。当 Enter 键被按下时，shell 在完成命令之前，自动扩展命令行上符合条件的字符，所以 echo 命令不会看到 *，而是仅仅看到它已经扩展后的结果。了解到这一点，我们可以看到 echo 的行为是符合预期的。
路径扩展
通配符的工作机制唤作路径扩展（pathname expansion）。如果我们尝试一些前几章采用过的技术，来看下它们真正的扩展。一个家目录看来是这样的：
我们可以完成这样的扩展：
和这个：
甚至是这个：
来看看我们家目录之外的：
隐藏文件的路径扩展
我们知道，以
.开始的文件名是被隐藏起来的。路径扩展也会尊重这个行为。像下面这个扩展是不会显示隐藏文件的：
echo *初看起来，下面这个以
.开头的命令扩展能包含隐藏文件了：
echo .*似乎完美了。但是我们仔细检查结果，会看到
.和..包含在结果中。因为这些名字指向当前工作目录及其上级目录，使用这个模式会导致错误的结果，我们可以看下面这个命令：
ls -d .* | less在这种情况下，我们采用一个更特殊的模式来执行更佳的路径扩展：
echo .[!.]*这个模式能扩展到每个以单个
.开头且跟随有其它任意字符的文件名。能正确显示大多数隐藏文件（尽管仍然不能包括多个句点开头的文件名）。ls命令的-A选项（almost all）将提供一个正确的隐藏文件的清单。
ls -A
波浪号扩展
回忆一下 cd 命令，波浪号（~）具有特殊含义。当用在单词开始的时候，它扩展为命名用户的家目录，如果没有指定用户，就指向当前用户的家目录。
如果用户 foo 有一个帐号，下面的命令就扩展为：
算术扩展
Shell 允许扩展执行四则运算。就能让我们把 shell 提示符当作计算器来使用。
算术扩展的用法是：
$((expression))
算术表达式（expression）是由数值和算术运算符组成的。
算术扩展仅支持整数（没有小数点的），不过能支持不少操作符。表 7-1 列举了一些允许操作的运算符。
表 7-1：算术运算符
操作符
描述
+
加法
-
减法
*
乘法
/
除法（因为扩展仅支持整数，所以结果也就是整数）。
%
模，简单地说，就是「余数」。
**
乘方
空格在算术运算符中并不重要，表达式也能嵌套。例如 3 乘以 5 的平方，我们可以这样写：
单个括号可以用来组合多个子表达式。用这个技术，我们可以用单个扩展替换两个扩展来重写上面这个例子，并得到相同的结果。
下面是一个简单的除法和余数操作。注意是整除：
算术表达式在第 34 章有更深入的介绍。
花括号扩展
或许，最神奇的扩展要属花括号扩展（brace expansion）了。通过它，我们能用含花括号的模式创建多个文本字符串。来看下这个例子：
用在花括号扩展的模式可以包含唤作前言（preamble）的开头一部分和被称为后记（postscript）的结束一部分。花括号表达式自身能包含逗号分隔的字符串列表、整数序列、单个字符。模式不能包含没有被引号包含的空白字符。下例用到了一个整数序列：
在 4.0 或更高版本的 bash 中，整数可以使用前置零（zero-padded）：
下面是一串倒序排列的字符：
花括号表达式能被嵌套。
那么，这有什么好用处？最常用的应用是创建文件或目录列表。例如，如果我们是摄影师，我们想要按年月来组织所收藏的大量图片，那我们首先要做的事情可能是创建一个「年-月」格式的目录序列。目录需要按时间顺序排列。我们可以手动敲出一个完整的目录清单，但这是一个费事的工作，也很容易出错。反之，我们这么操作：
顺畅之极！
参数扩展
这里我们仅简单介绍一下参数扩展，后续章节中会详述。比起直接在命令行中使用，这个扩展在 shell 脚本中更有用。它的许多功能都与系统存储小块数据并为每个块命名的能力有关。许多这么的小块数据，更恰当的称呼是变量（variables），可以供我们检查。例如，名为 USER 的变量包含我们的用户名。要调用参数扩展并探查 USER 变量的内容，我们这么做：
下面的命令可以查看可用的变量清单：
或许你已经注意到，在其它类型的扩展中，如果我们打错了一个模式，扩展将不会发生，echo 命令会简单的显示错误输入的模式。在参数扩展中，如果我们拼写错了一个变量名，扩展将继续执行，但返回的结果会是一个空字符串。
命令替换
命令替换能让我们用一个命令的输出作为一个扩展。
我个人最喜欢的其中一个是这样的：
这里我们把 which cp 的结果作为参数传递给 ls 命令，所以我们可以不用知道 cp 程序的完整路径就可以将其列出。不限于简单的命令，整个管道中都能用到（这里仅仅显示部分输出）：
本例中，管道的结果成为 file 命令的参数列表。这里，命令替换是一个替代句法，在老旧的 shell 程序中也能得到支持。不过要用反引号替代美元符号和括号。
引用
既然我们已经知道了 shell 执行扩展的多种方法，是时候学习一下如何控制它了。例：
或这个：
第一个例子中，shell 的文字分隔功能移除了 echo 命令的参数列表中多余的空白字符。第二个例子中，参数扩展用一个空白字符串替换了 $1 变量的值，因为这个变量没有被定义。Shell 提供了一个叫引用（quoting）的机制来取缔不想要的扩展。
双引号
第一类的引用，我们将看到「双引号」（double quotes）。如果我们将文本放在双引号之间，则所有用在 shell 中有特殊意义的字符将失去其特殊意义，而被看作普通字符。例外情况是 $ `。意味着文字分隔、路径扩展、波浪号扩展、花括号扩展都将被取缔，但是参数扩展、算术扩展和命令替代将继续被执行。使用双引号，我们能处理嵌入空格的文件名。假设我们是名为 two words.txt 文件的不幸受害者。如果我们想在命令行中用到这个文件，文字分隔将导致这个文件被看作两个参数，而非一个参数。
使用双引号，我们阻止了文字分隔，得到了想要的结果；更进一步，我们可以修复这一问题。
就那样！我们现在不用输入那些讨厌的双引号了。
记住，参数扩展，算术扩展和命令替换，在双引号中仍将起作用。
我们应该花点时间来看一下命令替换中的双引号的效果。首先，更深入的看一下文字分隔是如何工作的。在之前的案例中，我们看到文字分隔如何移除我们文本中的多余的空白字符。
默认情况下，文字分隔查找空格、制表符和换行符，将他们看作单词间的分隔符（delimiters）。这意味着没有被引号包含的空格、制表符、换行符都不会被认为是文本的一部分，仅仅被用作分隔符。由于他们将单词分隔为不同的参数，我们的样例中，命令之后跟随着四个不同的参数。如果我们加了双引号：
文字分隔被取缔，而内嵌的空格没有被作为分隔符而是被当作参数的一部分来看待。一旦加了双引号，我们的命令行中就仅有一个参数跟随着命令了。
实际上，换行符被文字分隔机制看作分隔符，会引起有趣——尽管很微妙——的命令替换效果。看下例：
第一个例子中，没有被引号包括的命令替换导致一个命令包含了 38 个参数。而在第二例的结果中，一个命令后就只有一个嵌入了空格和换行符的参数。
单引号
如果我们要取缔全部扩展，应该用单引号（single quotes）。下面是没有引号、双引号和单引号的比较：
我们能看到，随着引号级别的继承，扩展被一层层的取缔。
转义字符
有时候我们想引用的仅仅是一个字符。我们可以在这个字符前加一个反斜杠，在这个语境中，叫做转义字符（escape character）。通常，会在双引号内选择性的预防扩展。
使用转义字符来消除文件名中字符的特殊含义，也很常见。例如文件名中包含在 shell 中具有特殊意义的字符是有可能的。如 $ ! & 和空格等等。对于一个包含了特殊字符的文件名，我们可以：
用 \\ 来转义反斜杠符号。注意，在单引号中的反斜杠会失去其特殊意义而被当作普通字符。
反斜杠转义序列
除了作为转义字符的角色之外，反斜杠还用作表示某些称为控制代码的特殊字符的符号的一部分。ASCII 编码序列中的前 32 个字符用作电传设备的传输命令。有些编码是我们熟悉的（制表符、退格、换行、回车），有些则不是（空值 null、传输结束 end-of-transmission、确认 acknowledge）。
转义序列
意义
\a
铃响（引起计算机嘟嘟叫的一种警报）
\b
退格
\n
换行，在类 Unix 系统是换行符。
\r
回车
\t
制表
上表中列出了一些常用的反斜杠转义序列。在这种表示法之后的理念，源自 C 编程语言，已经被许多包含 shell 的语言所适应。
在
echo命令中加-e选项，能解释转义序列。也可以把他们放在$' '之间。现在，使用sleep命令，一个等待指定数字的秒数后退出的简单程序，我们可以创造一个简陋的倒计时器：也可以这样：
总结
随着我们使用 shell，会发现扩展和引用会越来越频繁的被用到，所以需要对它们的工作方法有个很好的认知。实际上，可以说它们是了解 shell 的最重要的主题。如果没有对扩展的正确理解，shell 将永远是一个神秘和混乱的源头，它的大部分潜在力量都被浪费掉了。
扩展阅读
bash的手册页有一个关于扩展和引用的主要章节，以一种更正式的态度来讨论本章主题。
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