第 4 章 · 03 练习与调试最佳实践

第 4 章 · 03 练习与调试最佳实践

语法学完只算"认得字"，动手写题才算"会作文"。本节把经典题库中的 12 道脚本练习按难度分成五组逐题精讲，随后转入工程化三件套：set -e 失败即停、bash -x 逐行追踪、bats 自动化测试，最后汇总一份"新手的坑"清单。

学习目标

• 独立完成 12 道练习，覆盖变量、算术、条件、循环、函数、case、文件与进程
• 理解 set -e 的语义边界，用 || true 等手法精确控制失败策略
• 用 bash -x 定位脚本执行路径
• 认识 bats 测试框架的用例骨架
• 避开等号空格、漏引号、忘权限、CRLF 换行等高频坑

一、练习全景：12 题五组

从"入门三连"到"主机探活"，难度与考察范围逐组攀升。下面按组精讲，每题给出思路与参考答案。

二、逐题精讲

入门三连：变量与参数

第一题 Hello World 只考一件事——变量定义与引用：

#!/bin/bash
HW="Hello World"
echo $HW
​

写对它的前提是记住"等号两侧无空格"。第二题 Basic Date 引入命令替换：

#!/bin/bash
DATE=$(date)
echo $DATE
​

把 date 命令的输出装进变量再打印，是 $() 的最小完整用例。第三题 Great Day 升级为"有参数打印参数、无参数打印默认值"：

#!/bin/bash
echo "${1:-yay}"
​

一行代码同时考察了位置参数 $1、缺省值展开 :- 与双引号安全引用三个知识点，是面试常考的最小健壮脚本。

算术与条件：判断参数

Factors 题要求判断"给定数字是否有 4 这个因数"，取模运算登场：

#!/bin/bash
if [ $(($1 % 4)) -eq 0 ]; then
    echo "4 的倍数"
else
    echo "不是 4 的倍数"
fi
​

$(( )) 算术替换取余，-eq 数值比较，三处语法环环相扣。Argument Check 题转向"参数是否存在"的校验：

#!/bin/bash
if [ $# -eq 0 ]; then
    echo "请传入参数"
    exit 1
fi
echo "收到 $# 个参数"
​

$# 统计参数个数，exit 1 用非零退出码向调用方报错——脚本的"契约"意识从这里开始。

循环与输入：批量与逐行

Files Size 题遍历一批文件并报告大小：

#!/bin/bash
for f in "$@"; do
    stat -c '%s' "$f"   # 或 ls -l "$f" | awk '{print $5}'
done
​

循环体可以换成任意处理逻辑，比如累加出"总大小"。Count Chars 题反向操作——从标准输入逐行读、逐行数字符数：

#!/bin/bash
while read line; do
    echo "${#line}"
done
​

${#var} 求长度配合 while+read 逐行处理，正是文本管道的标准姿势。

函数与分支：复用与分派

Sum 题把"参数求和"封装成函数：

#!/bin/bash
sum() {
    total=0
    for n in "$@"; do
        total=$((total + n))
    done
    echo $total
}
sum "$@"
​

函数负责纯计算、用 echo 输出结果，主流程调用并接住输出。Num of Args 题按参数个数分派输出，是 case 的考题：

#!/bin/bash
case $# in
    0) echo "没有参数" ;;
    1) echo "只有一个参数" ;;
    *) echo "有多个参数" ;;
esac
​

杂项进阶：文件与进程

Empty Files 题找出空文件，组合 find 与 test：

#!/bin/bash
find . -type f -empty
# 或循环版：
for f in "$@"; do
    [ -s "$f" ] || echo "$f 是空文件"
done
​

-s 判断非空，|| 短路实现"为空则报告"。Directories Comparison 题对比两个目录的差异：

#!/bin/bash
diff <(ls -1 dir1) <(ls -1 dir2)
​

这题正是上一节讲的进程替换的用武之地——diff 需要两个"文件"，而数据源是两条命令输出。最后一道进阶题 Host Status 探活主机：

#!/bin/bash
if ping -c 2 -W 1 "$1" > /dev/null 2>&1; then
    echo "$1 在线"
else
    echo "$1 不可达"
fi
​

> /dev/null 2>&1 吞掉噪音输出、只留退出码判断，是探活脚本的标准写法；进阶版可换成 curl 探 HTTP 服务并检查 HTTP 状态码。

三、set -e：失败即停

Shell 脚本的默认行为反直觉：某条命令失败，脚本不会停下，会继续往下跑。这意味着一个 rm 失败后，后续假设文件已删除的逻辑仍会执行，错误被层层放大。

set -e（errexit）改变这个行为：任何命令返回非零退出码，脚本立即退出。它是脚本的第一道防线，通常与 set -u（变量未定义即报错）搭配：

set -euo pipefail
​

三件套含义：-e 失败即停、-u 未定义变量即错、pipefail 让管道中任一环节失败都算失败（默认只看最后一段）。这是现代 Bash 脚本的"标准安全头"。

但 set -e 有边界，需要精确控制的地方要显式豁免：

• 明知某命令可能失败、且失败可接受时，追加 || true 兜底；
• 条件判断里的命令（if/while 的条件表达式）不受 -e 影响，这是刻意设计——判断"失败与否"本身就是目的；
• 管道中只有最后一段受 -e 管束，所以需要 pipefail 补位。

四、bash -x：逐行追踪

定位脚本问题，第一利器是 bash -x script.sh（或脚本内 set -x）：每条命令执行前打印展开后的完整形式（带 + 前缀），变量值一目了然：

$ bash -x hello.sh
+ HW='Hello World'
+ echo 'Hello World'
Hello World
​

从输出能直接看出：变量是否展开、引号是否生效、参数是否切分。老派但同样有效的是在关键路径打 echo 断点（"old good way"），确认"执行到了这里"和"此时的值是什么"。

调试纪律：先 -x 看执行路径，再在可疑点加 echo，修复后务必移除调试输出。

五、坑清单：新手必踩的六个雷

其中 CRLF 换行是 Windows 用户写 Linux 脚本的头号杀手：编辑器保存了 \r\n，Bash 把 \r 当成参数内容，报错信息莫名其妙，务必以 LF 保存。

六、bats：脚本也能自动化测试

脚本是代码，代码就该有测试。Bats（Bash Automated Testing System）是 Bash 生态的事实标准测试框架，用例骨架极简：

#!/usr/bin/env bats

@test "无参数时输出 yay" {
    result="$(echo "${1:-yay}")"
    [ "$result" = "yay" ]
}

@test "有参数时输出参数" {
    result="$(echo "hello")"
    [ "$result" = "hello" ]
}
​

每个 @test 块是一个用例，块内用 [ ] 断言，全部通过则测试绿。把练习题的输出抓进变量、与期望值比对，12 道练习就变成了 12 组回归用例——以后改脚本不怕改坏旧功能。

小结

本章从词法（变量与参数）到语法（条件、循环、函数）再到工程化（练习、set -e、bash -x、bats），完成了 Shell 脚本的闭环。12 道练习覆盖了脚本编程的绝大多数基础模式，set -euo pipefail 与 bats 则让脚本从"能跑"走向"敢交付"。Shell 是 DevOps 的底层母语，但它处理的是"单机上的命令流"——当应用要跨机器、跨环境交付时，容器化是下一站。

下一节预告

第 5 章《容器化与 Docker》将把"可执行环境"打包成镜像：镜像分层、Dockerfile 指令、容器与虚拟机的关系，以及镜像构建与分发的最佳实践。