布尔运算

前言

上个礼拜介绍了Shell编程范例之数值运算，对 Shell 下基本数值运算方法做了简单的介绍，这周将一起探讨布尔运算，即如何操作“真假值”。

在 Bash 里有这样的常量(实际上是两个内置命令，在这里我们姑且这么认为，后面将介绍)，即 true 和 false，一个表示真，一个表示假。对它们可以进行与、或、非运算等常规的逻辑运算，在这一节，我们除了讨论这些基本逻辑运算外，还将讨论Shell编程中的条件测试和命令列表，并介绍它们和布尔运算的关系。

常规的布尔运算

这里主要介绍 Bash 里头常规的逻辑运算，与、或、非。

在 Shell 下如何进行逻辑运算

范例：true or false

单独测试 true 和 false，可以看出 true 是真值，false 为假

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

范例：与运算

$ 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：或运算

$ 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：非运算，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 按照我们对逻辑运算的理解进行着，但是为了能够更好的理解 Shell 对逻辑运算的实现，我们还得弄清楚，true 和 false 是怎么工作的？

Bash 里头的 true 和 false 是我们通常认为的 1 和 0 么？

回答是：否。

范例：返回值 v.s. 逻辑值

true 和 false 它们本身并非逻辑值，它们都是 Shell 的内置命令，只是它们的返回值是一个“逻辑值”：

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

可以看到 true 返回了 0，而 false 则返回了 1 。跟我们离散数学里学的真值 1 和 0 并不是对应的，而且相反的。

范例：查看 true 和 false 帮助和类型

$ 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

说明：$? 是一个特殊变量，存放有上一次进程的结束状态（退出状态码）。

从上面的操作不难联想到在 C 语言程序设计中为什么会强调在 main 函数前面加上 int，并在末尾加上 return 0 。因为在 Shell 里，将把 0 作为程序是否成功结束的标志，这就是 Shell 里头 true 和 false 的实质，它们用以反应某个程序是否正确结束，而并非传统的真假值（1 和 0），相反地，它们返回的是 0 和 1 。不过庆幸地是，我们在做逻辑运算时，无须关心这些。

条件测试

从上节中，我们已经清楚地了解了 Shell 下的“逻辑值”是什么：是进程退出时的返回值，如果成功返回，则为真，如果不成功返回，则为假。

而条件测试正好使用了 test 这么一个指令，它用来进行数值测试（各种数值属性测试）、字符串测试（各种字符串属性测试）、文件测试（各种文件属性测试），我们通过判断对应的测试是否成功，从而完成各种常规工作，再加上各种测试的逻辑组合后，将可以完成更复杂的工作。

条件测试基本使用

范例：数值测试

$ 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：字符串测试

$ 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：文件测试

$ 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

各种逻辑测试的组合

范例：如果 a，b，c 都等于下面对应的值，那么打印 YES，通过 -a 进行"与"测试

$ 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：测试某个“东西”是文件或者目录，通过 -o 进行“或”运算

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

范例：测试某个“东西”是否为文件，测试 ! 非运算

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

上面仅仅演示了 test 命令一些非常简单的测试，你可以通过 help test 获取 test 的更多用法。需要注意的是，test 命令内部的逻辑运算和 Shell 的逻辑运算符有一些区别，对应的为 -a 和 &&，-o 与 ||，这两者不能混淆使用。而非运算都是 !，下面对它们进行比较。

比较 -a 与 &&, -o 与 ||， ! test 与 test !

范例：要求某文件可执行且有内容，用 -a 和 && 分别实现

$ cat > test.sh
#!/bin/bash
echo "test"
[CTRL+D]  # 按下组合键CTRL与D结束cat输入，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：要求某个字符串要么为空，要么和某个字符串相等

$ 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：测试某个数字不满足指定的所有条件

$ 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

很容易找出它们的区别，-a 和 -o 作为测试命令的参数用在测试命令的内部，而 && 和 || 则用来运算测试的返回值，! 为两者通用。需要关注的是：

  • 有时可以不用 ! 运算符，比如 -eq 和 -ne 刚好相反，可用于测试两个数值是否相等； -z 与 -n 也是对应的，用来测试某个字符串是否为空
  • 在 Bash 里，test 命令可以用[] 运算符取代，但是需要注意，[之后与] 之前需要加上额外的空格
  • 在测试字符串时，所有变量建议用双引号包含起来，以防止变量内容为空时出现仅有测试参数，没有测试内容的情况

下面我们用实例来演示上面三个注意事项：

  • -ne 和 -eq 对应的，我们有时候可以免去 ! 运算

    $ 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，这样看上去会“美观”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

  • 记得给一些字符串变量加上 ""，记得 [ 之后与 ] 之前多加一个空格

    $ 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

到这里，条件测试就介绍完了，下面介绍命令列表，实际上在上面我们已经使用过了，即多个test命令的组合，通过 &&，|| 和 ! 组合起来的命令序列。这种命令序列可以有效替换 if/then 的条件分支结构。这不难想到我们在 C 语言程序设计中经常做的如下的选择题（很无聊的例子，但是有意义）：下面是否会打印 j，如果打印，将打印什么？

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

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

    return 0;
}

很容易知道将打印数字 5，因为 i==5 这个条件成立，而且随后是 &&，要判断整个条件是否成立，我们得进行后面的判断，可是这个判断并非常规的判断，而是先把 j 修改为 5，再转换为真值，所以条件为真，打印出 5 。因此，这句可以解释为：如果 i 等于 5，那么把 j 赋值为 5，如果 j 大于 1 （因为之前已经为真），那么打印出 j 的值。这样用 && 连结起来的判断语句替代了两个 if 条件分支语句。

正是基于逻辑运算特有的性质，我们可以通过 &&，|| 来取代 if/then 等条件分支结构，这样就产生了命令列表。

命令列表

命令列表的执行规律

命令列表的执行规律符合逻辑运算的运算规律，用 && 连接起来的命令，如果前者成功返回，将执行后面的命令，反之不然；用 || 连接起来的命令，如果前者成功返回，将不执行后续命令，反之不然。

范例：如果 ping 通 www.lzu.edu.cn，那么打印连通信息

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

非常有趣的问题出来了，即我们上面已经提到的：为什么要让 C 程序在 main() 函数的最后返回 0 ？如果不这样，把这种程序放入命令列表会有什么样的结果？你自己写个简单的 C 程序，然后放入命令列表看看。

命令列表的作用

有时用命令列表取代 if/then 等条件分支结构可以省掉一些代码，而且使得程序比较美观、易读，例如：

范例：在脚本里判断程序的参数个数，和参数类型

#!/bin/bash

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

说明：上例要求参数个数为 1 并且类型为数字。

再加上 exit 1，我们将省掉 if/then 结构

#!/bin/bash

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

echo "YES"

这样处理后，对程序参数的判断仅仅需要简单的一行代码，而且变得更美观。

小结

这一节介绍了 Shell 编程中的逻辑运算，条件测试和命令列表。

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