理解 Bash脚本中的 if 语句

写 bash 脚本的日子也不短了，但是每次用到 if 语句时大脑还是会卡壳一下，要翻教程和看以前的代码，因为条件部分语法神出鬼没，捉摸不定，于是我还是花点时间狠狠研究了一下，写了这篇文章做总结。

诡异的语法

一般 bash 教程给出的语法示例基本就是：

if condition; then
    echo yes
else
    echo no
fi

看起来很简单，除了 condition 外（也就是条件部分），其余关键字都没什么难懂了，顶多注意一下写在同一行要加分号。
但条件部分代码说得不明不白，只是列出一堆实际例子，例如判断文件存在可以用 [ -f file ]，判断目录用 [ -d dir ] 等等。这些例子也不算复杂，但是真写起来，想构造复杂点条件都能让你调试到欲仙欲死。
所以这篇文章说理解 if 语句，就是指理解 if 语句的条件部分。
大概有如下问题：

• 为毛是用方括号，不是小括号？
• 为毛见到有的代码用两个方括号，有的还是两个小括号？
• 为毛有时比较字符串相等可以用 -eq，但又可以用等号？
• 为毛有时还能直接用命令，命令到底要不要加反单引号呢？
• 写了句复合条件，结果一堆看不懂的语法错误？
• 测试好麻烦啊，每次都要 if/then/else 整句写全，有没有简单点测试方法？

五花八门的语法一直让我无比纠结，一般编程语言的 if 语句说明都不过半页，但是 bash 的 if 语句，我看了好几本书和教程，都没搞清楚，不能一口气就能写出来，而是要翻教程和看以前的代码，反复调试。
最后是靠 Advanced Bash-Scripting Guide 这本书搞清楚的。

条件部分的意义

很多教程都这么说：condition 的代码执行后，如果结果为 true，就继续执行 then 部分，否则继续执行 else 部分。跟其它语言的一样的，没区别，例如 [ -f file ] 判断文件是否存在，文件存在就是 true 了，不存在就是 false 了。
说 true 和 false，也就是执行结果是个布尔值，这么说就是造成条件部分难写的原因，被这个说法误导了，所以要换一个角度看。
应该说 condition 的代码正常执行。
什么叫「正常执行」呢？这里要搞懂一个叫「退出状态码」（exit status）概念，有时候也叫「返回状态码」（return code）。也就是子进程退出时向调用它的父进程返回的一个整数值，一般编程语言都有个 exit() 函数来直接退出，这个函数的参数就是返回给父进程的状态码，不传默认就是 0。
对于 bash 来说，调用过的子进程的返回状态码保存在 $? 环境变量中，每执行过一个命令后都会被更新，可以用 echo 来查看。

$ ls; echo $?
0

按 unix 的规范，返回状态码为 0 就是表示正常执行，其它值都表示不正常。
非要当成布尔值看待的话，可以这样想：为 0 就是正常，正常就是 true，不为 0 就是不正常，不正常就是 false。这跟其它语言 0 当 false 不同，所以特容易搞反。
但是返回什么值是程序自己决定的，一般常见 unix 程序都会仔细定义状态码。
对于 ls 来说，列得到文件表示正常：

$ ls exists.txt; echo $?;
exists.txt
0
$ ls not_exists.txt; echo $?;
ls: cannot access not_exists.txt: No such file or directory
2

对于 grep 来说，有匹配表示正常：

$ echo 'abc' | grep 'a'; echo $?
abc
0
$ echo 'abc' | grep 'd'; echo $?
1

或者具体点说，condition 的代码执行后，这时候环境变量 $? 的值是否为 0。
先定义一下用语，ls、grep 这些这里称为「程序」，而「命令」是指在提示符（即交互 shell）里打的整条字符串，「程序」名称加上参数或管道就是一条「命令」了。
下面来逐步解释一下。

test 程序

如果要检查文件是否存在，只要找到一个程序，存在文件返回状态码 0，不存在就返回非 0 就行了，上面的 ls 就这样了。
然后构造一个 ls 命令来判断，不需要反单引号包围，套到 if 语句里：

$ if ls exists.txt; then echo yes; else echo no; fi
exists.txt
yes
$ if ls not_exists.txt; then echo yes; else echo no; fi
ls: cannot access not_exists.txt: No such file or directory
no

可以把 if 关键词的作用当成：判断后面跟着的命令的 $? 是否为 0。
这里 ls 也输出我们不需要的信息，因为我们只让它更新 $? 就够了，要屏蔽掉这些输出：

$ if ls exists.txt &> /dev/null; then echo yes; else echo no; fi
yes
$ if ls not_exists.txt &> /dev/null; then echo yes; else echo no; fi
no

加上了 &> /dev/null 略显丑陋，那有没有其它程序仅仅更新 $? 但没有任何输出呢？
这就是 test 程序了，用 -f 参数表示判断是否存在文件，先检查下：

$ test -f exists.txt; echo $?
0
$ test -f not_exists.txt; echo $?
1

确实无误，套上 if 语句：

$ if test -f exists.txt; then echo yes; else echo no; fi
yes
$ if test -f not_exists.txt; then echo yes; else echo no; fi
no

这里的「文件」指普通文件，如果我要判断其它类型的文件，例如目录、软链接或管道呢？test 也提供判断这些文件类型的参数，可以通过 man test 查看手册。

单方括号语法糖

如果你打开了 test 的 man 后，发现几个眼熟的东西：

SYNOPSIS
    test EXPRESSION
    test

    [ EXPRESSION ]
    [ ]
    [ OPTION

bash 给 test 程序特殊优待，可以用另一种语法来编写，也就是把 test 的参数包围在单个方括号里。
即 test args 也可以写成 [ args ]，注意方括号和里面的参数要留个空格，不然提示语法错误，我曾经就被这样折腾了半天。
也可以在直接在提示符里执行，效果跟用普通方法没差别：

$ [ -f exists.txt ]; echo $?
0
$ [ -f not_exists.txt ]; echo $?
1

套上 if 语句：

$ if [ -f exists.txt ]; then echo yes; else echo no; fi
yes
$ if [ -f not_exists.txt ]; then echo yes; else echo no; fi
no

这就是为什么 if 条件部分用的是单个方括号，bash 会把这个写法转换回一般写法，所以说是语法糖。
为什么要提供这个语法糖呢？估计 bash 觉得这样写更好看吧，也让你打少两个字符。但是这个语法糖，迷惑了我好多年，那么小括号有什么用？

单个小括号的作用

单个小括号在 bash 中不像其它语言那样表示分隔符和优先级调整，而是启动一个 subshell 来执行里面的代码，也就是再启动一个 bash 来运行，好处是 subshell 有独立的环境变量。
例如，你在 home 目录，cd 到 /tmp 目录，sleep 5 秒，最后 cd 回 home，但是你会在 sleep 的过程中按 Ctrl + c 中断。
如果你使用这个命令：

~$ cd /tmp/; sleep 5; cd ~
^C
/tmp$

你会留在 /tmp 目录中，因为最后的 cd ~ 根本没执行。所以如果你希望临时切换别的目录执行某些命令，但又希望中断后回到原来的目录，这个方法就不凑效了。
但是如果你加上小括号：

~$ ( cd /tmp/; sleep 5; )
^C
~$

这里没有最后的 cd ~，因为多此一举，subshell 有自己的工作目录，相当于你另外开一个终端而已，这样避免一些环境变量被某些代码弄乱。

取反操作

你会想当然认为就是加 ! 符号：

$ [ ! -f exists.txt ]; echo $?
1

确实对了，但是这只是 test 命令里的内部取反，而不是 bash 的，换回一般写法就是：

$ test ! -f exists.txt; echo $?
1

对于 bash 的取反，也就是不正常运行 $? 应该为 0，也是在命令开头加 !：

$ ! test -f exists.txt; echo $?
1
$ ! test -f not_exists.txt; echo $?
0

注意 ! 后要有一空格，不然在提示符中会被当成「调用历史命令」解析了，但以脚本执行时不会，反正都加上最好。
于是这样就是蛋疼的双重否定了：

$ ! test ! -f exists.txt; echo $?
0

数字和字符串比较

如果你想比较数字是否相等，想当然写成：

$ [ 3 == 1 ]; echo $?
1
$ [ 3 != 1 ]; echo $?
0

相等也可以用单个等号，用两个比较符合习惯。但是等号左右一定要有空格，否则结果不如你想，因为没空格就是变量赋值！
如果你想比较两个数字，于是这样写：

$ [ 3 > 1 ]; echo $?
0

看起来也如你想的一样，但是如果：

$ [ 3 > 6 ]; echo $?
0

这是搞毛啊？赶紧 ls 一下看看当前目录是不是多了两个名字为 1 和 6 的空文件。
那是因为 > 不是表示大于，而是标准输出重定向，因为标准输出为空，所以只建立了空文件，相当于 touch 命令了。
所以要对 > 符号转义，这样就 OK 了：

$ [ 3 \> 1 ]; echo $?
0
$ [ 3 \> 6 ]; echo $?
1

别高兴得太早，这里还有坑：

$ [ 3 \> 10 ]; echo $?
0

因为这不是按数字比较，而是按字符串，这里 3 和 10 在 bash 眼中就是字符串，传给 test 后，test 默认也是当成字符串。
如果显式加上单引号，就清楚了：

$ [ '3' \> '10' ]; echo $?
0

字符串比较就是按 ASCII 编码比较，因为先比较第一个字符，3 比 1 的 ASCII 编码大。
所以上面的几个比较其实全部都是字符串比较，只不过长度一样的话，看起来就是按数字比较。
如果想按数字大小怎么办？可以用 -gt 参数，这样 test 就会把两边当成一个数字看待：

$ [ 3 -gt 1 ]; echo $?
0
$ [ 3 -gt 6 ]; echo $?
1
$ [ 3 -gt 10 ]; echo $?
1

同样，-eq 也是按数字比较：

$ [ 1 == 01 ]; echo $?;
1
$ [ 1 -eq 01 ]; echo $?;
0

复合条件

假如你要再判断某个目录是否存在，又想当然写成：

$ [ -f exists.txt && -d exists_folder ]; echo $?
bash: [: missing `]'
2

结果提示漏了右括号，那是因为 && 被 bash 预先解析了，而不是当成 test 的参数传递。

• && 表示如果左边的命令正常执行了，那么继续执行右边的命令，相当于没有 else 部分的 if 语句简化版。
• 而 || 表示如果左边的命令不是正常执行了，那么继续执行右边的命令，相当于没有 then 部分的 if 语句（或者 if not）。

从效果看也可以分别当成逻辑与和逻辑或的。
所以上面那条命令以 && 分开看，左边的 [ -f exists.txt 明显是个不完整命令，漏了个 ]，当然右边的也漏了 [。
修正如下：

$ [ -f exists.txt ] && [ -d exists_folder ]; echo $?
0

换回一般写法也应该是：

$ test -f exists.txt && test -d exists_folder; echo $?
0

使用 || 则是：

$ [ -f not_exists.txt ] || [ -d exists_folder ]; echo $?
0

如果你想先把 && 和 || 转义，但 test 不支持这个参数，表示逻辑与和逻辑或的参数分别是 -a 和 -o，所以这样就 OK 了：

$ [ -f exists.txt -a -d exists_folder ]; echo $?
0
$ test -f exists.txt -a -d exists_folder; echo $?
0

这样好处就是只调用了一次 test 程序而不是两次。

双方括号关键词

上面我们用 [ -f exists.txt && -d exists_folder ] 来表示复合条件，结果发现这是一个坑，于是 bash 后来从 ksh 抄来一个特性来填这个坑，结果挖了更大的一个坑。
把单括号换成双括号就 OK 了：

$ [[ -f exists.txt && -d exists_folder ]]; echo $?
0

震惊之情溢于言表，&& 不是隔开两个命令么，怎么用两个方括号又合法了？
前面说说单方括号是语法糖，因为只是 test 命令的另一种写法，bash 最后会调用程序 test，一般就是 /usr/bin/test。
用 type 程序看下类型：

$ type [
[ is a shell builtin
$ type test
test is a shell builtin

又说这是叫 builtin，坑爹，不过常用命令如 cd、echo 都是这样的。
但是说双方括号是「关键词」，关键词就是 bash 自己内建的语法分析：

$ type [[
[[ is a shell keyword

就因为这是关键词，所以被双方括号包围的代码都有另外一种意义，&&、||、> 和 < 这些符号的意义都被改变了，就和其它编程语言的用法一样了。
例如上面的比较大小，对 > 不再需要转义了：

$ [[ 3 > 1 ]]; echo $?
0

但依然是表示按字符串比较，不是按数字：

$ [[ 3 > 10 ]]; echo $?
0

可以看作增强版的 test，因为逻辑与和逻辑或已经可以直接用 && 和 ||，所以 -a，-o 就不能用了，其余的参数和 test 基本一样，-f 和 -d 也可以用。
还可以用 =~ 来检查是否匹配正则，简单的就不用劳烦 grep 了：

$ [[ abc =~ a ]]; echo $?
0

因为对 && 那几个符号自动转义了，比较直观，不容易搞错，相对安全，所以推荐优先使用 [[ 而不是 [。

双小括号的作用

双小括号的作用就是把里面的代码作为算术表达式来执行，像双方括号一样，里面的代码有另外的意义。
例如给变量赋值：

$ a=1+1; echo $a
1+1
$ (( b = 1 + 1 )); echo $b
2

a 的 1+1 只是一个字符串，而 b 就是一个算术表达式结果。
正是因为是算术表达式，所以比较也是按数字本身而不是字符串：

$ (( 3 > 1 )); echo $?
0
$ (( 3 > 6 )); echo $?
1
$ (( 3 > 10 )); echo $?
1

所以也可以套上 if 语句来用：

$ if (( 3 > 1 )); then echo yes; else echo no; fi
yes

真令人抓狂。

一些技巧

可以组合多个命令：

$ if echo abc; echo def; then echo yes; else echo no; fi
abc
def
yes

也可以用管道：

$ if echo abc | grep -q a; then echo yes; else echo no; fi
yes

太长或太复杂的话可以用函数封装：

$ function echo_abc() { echo abc | grep -q a; }
$ if echo_abc; then echo yes; else echo no; fi
yes

如果需要保留命令的标准输出到变量以便再使用，可以直接比较 $? 的值，单纯赋值不改变 $? 的：

$ text=`echo abc | grep a`;
$ if [[ $? == 0 ]]; then echo 'text:' $text; else echo no; fi
text: abc
$ text=`echo abc | grep d`;
$ if [[ $? == 0 ]]; then echo 'text:' $text; else echo no; fi
no

总结

亲自动手测试了这么多个例子，总算搞把各种堆在一起的概念一一分解开来理解，至少写起来都知道该看参考手册的那一部分了。
感觉依然是：到处都是坑啊.