5.2.2 变量展开与替换（默认值、截取、替换）

在 Shell 中，变量展开与替换是脚本编写的核心能力之一，常用于提供默认值、进行字符串截取与替换，从而提高脚本的健壮性与可读性。变量展开语法统一使用 ${变量名} 形式，可避免歧义并支持高级操作。

原理草图：变量展开的处理流程#

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一、默认值与赋值展开#

用于处理变量未定义或为空的情况，常见语法如下：

  • ${var:-default}：若 var 未定义或为空，展开为 default。
  • ${var:=default}：若 var 未定义或为空，将 var 赋值为 default，并展开为 default。
  • ${var:+alt}：若 var 已定义且非空，展开为 alt，否则为空。
  • ${var:?error}：若 var 未定义或为空，输出错误并退出当前脚本（适合强制参数检查）。

完整示例（可直接执行）：

#!/usr/bin/env bash
# file: /tmp/demo_default.sh
# 说明：演示默认值、赋值与强制校验

echo "1) 默认值："
echo "${USER:-unknown}"

echo "2) 赋值："
: "${PORT:=3306}"
echo "PORT=$PORT"

echo "3) 条件替换："
DEBUG=""
echo "DEBUG='${DEBUG:+enabled}'"

echo "4) 强制校验："
: "${APP_ENV:?APP_ENV 不能为空}"

执行与预期结果：

bash /tmp/demo_default.sh
# 预期：
# 1) 默认值：<当前用户或 unknown>
# 2) 赋值：PORT=3306
# 3) 条件替换：DEBUG=''
# 4) 强制校验：若未设置 APP_ENV，脚本报错并退出

关键命令解释：
- : 是空命令，用于触发参数展开而不做其他操作。
- APP_ENV 未定义时，${var:?error} 会输出错误并返回非零退出码。

二、字符串截取#

Shell 支持基于位置与模式的截取，常用于处理路径、文件名与业务标识。

1. 基于位置截取#

  • ${var:start}：从 start 位置开始截取（从 0 开始）。
  • ${var:start:length}：从 start 开始截取 length 长度。

示例：

s="kafka-cluster"
echo "${s:0:5}"   # kafka
echo "${s:6}"     # cluster

2. 基于模式截取（删除）#

  • ${var#pattern}：从左侧删除最短匹配。
  • ${var##pattern}：从左侧删除最长匹配。
  • ${var%pattern}：从右侧删除最短匹配。
  • ${var%%pattern}：从右侧删除最长匹配。

示例：

f="/data/logs/app.log"
echo "${f#*/}"    # data/logs/app.log
echo "${f##*/}"   # app.log
echo "${f%/*}"    # /data/logs
echo "${f%%/*}"   # 空或最前段（依赖路径结构）

常见场景脚本：

#!/usr/bin/env bash
# file: /tmp/demo_path.sh
# 说明：提取目录与文件名

path="/srv/app/releases/app-1.2.3.tar.gz"
filename="${path##*/}"
dirname="${path%/*}"
base="${filename%%.*}"

echo "dirname=$dirname"
echo "filename=$filename"
echo "base=$base"

三、字符串替换#

用于批量替换变量中的内容，适合处理配置模板与路径统一。

  • ${var/pat/repl}：替换首次匹配。
  • ${var//pat/repl}：替换所有匹配。
  • ${var/#pat/repl}：若开头匹配则替换。
  • ${var/%pat/repl}：若结尾匹配则替换。

示例：

url="http://127.0.0.1:8080"
echo "${url/http/https}"               # https://127.0.0.1:8080
echo "${url//127.0.0.1/localhost}"     # http://localhost:8080
echo "${url/#http/https}"              # https://127.0.0.1:8080

配置模板渲染示例：

#!/usr/bin/env bash
# file: /tmp/render_conf.sh
# 说明：替换模板中的环境变量

tpl="server_name=APP_NAME
listen=APP_PORT"
tpl="${tpl//APP_NAME/nginx-api}"
tpl="${tpl//APP_PORT/8080}"

echo "$tpl"

四、排错与验证#

常见问题与排查方法：

  1. 变量为空但未触发默认值
    - 排查：区分未定义与空字符串，${var:-default} 会对空触发默认值；${var-default} 不会。
    - 验证：
    bash var="" echo "${var:-default}" # default echo "${var-default}" # 空

  2. 模式匹配不生效
    - 排查：pattern 使用 Shell 通配符而非正则表达式。
    - 验证：
    bash v="abc123" echo "${v#*c}" # 123

  3. 脚本中替换失败
    - 排查：变量是否包含特殊字符，必要时使用单引号包裹或先进行转义。

五、练习#

  1. 使用 ${var:=default} 给未设置的 LOG_DIR 赋值为 /var/log/app，并打印。
  2. 给定 path="/opt/pkg/app-2.0.1.tgz"，用参数展开输出：
    - 目录名
    - 文件名
    - 主版本号 2
  3. 将字符串 prod-db-1 替换为 prod-db-2，只替换最后一个数字。
  4. 编写脚本：若 ENV 未定义则退出报错；若定义则拼接生成 APP_${ENV}。