写 Shell 一直报错？可能是表达式没写对！看这一篇就够了

在 Shell 脚本开发中，表达式是实现逻辑判断、数据计算、文件操作的核心工具。

无论是简单的数值比较，还是复杂的文件状态校验，都依赖于 Shell 表达式的灵活运用。

本文将系统梳理 Shell 四大类核心表达式（算术、字符串、布尔、文件测试），结合语法规则与实战示例，协助开发者掌握其应用技巧。

01

Shell 表达式概述

在 Shell 脚本编程中，表达式是构建逻辑和处理数据的核心。

无论是进行数学计算、操作文本、执行条件判断，还是检查文件状态，都离不开各式各样的表达式。

掌握这些表达式的用法，是提升 Shell 脚本编写能力的关键。

Shell 表达式并非单一语法，而是根据处理对象（数值、字符串、文件）衍生的多类操作语法集合，核心作用包括：

1）实现数值计算与比较（如统计脚本执行次数、判断内存使用率）；

2）处理字符串操作（如校验输入格式、截取日志关键字）；

3）构建逻辑判断（如 “满足条件 A 且不满足条件 B 时执行命令”）；

4）校验文件状态（如判断配置文件是否存在、是否可读写）。

本文将全面解析 Shell 中最常用的四种表达式：算术表达式、字符串表达式、布尔表达式和文件测试表达式，并通过丰富的实战代码示例，助你轻松驾驭 Shell 编程。

02

算术表达式：数值计算与比较

在 Bash Shell 中，默认情况下所有变量都以字符串形式存储，直接进行数学运算一般不会得到预期的结果。

因此，需要借助特定的命令和语法来进行算术运算。

1

常用算术运算符

2

三种实现方式对比

Shell 提供了多种整数运算的方法，主要包括 expr、let、(( )) 和 $[]。

expr 命令

作为一个外部程序，expr 是一个功能强劲的表达式计算工具，可以处理整数计算和字符串操作。

它的优点是跨平台兼容性好。

使用时需要注意，运算符和操作数之间必须有空格，并且像乘法 * 这类特殊字符需要转义。

# 加法
result=$(expr 10 + 5)
echo "10 + 5 = $result"

# 乘法（注意需要转义 *）
result=$(expr 10 * 5)
echo "10 * 5 = $result"

let 命令

let 是一个内置命令，专门用于执行整数运算。

与 expr 不同，let 命令中的变量名可以直接使用，无需加 $ 符号。

x=10
y=5
let "result = x + y"
echo "10 + 5 = $result"

let x+=1  # 自增
echo "x is now $x"

(( )) 结构

这是 Shell 中专门用于整数运算的推荐方式，效率高且语法灵活。

它支持 C 语言风格的运算符，并且在括号内的变量可以省略 $ 符号。

x=10
y=5
result=$((x + y * 2)) # 支持运算符优先级
echo "10 + 5 * 2 = $result"

# 可以在 if 语句中直接使用
if (( x > y )); then
  echo "x is greater than y"
fi

$[] 结构

这种方式与 let 命令和 (( )) 类似，也用于整数运算，但在灵活性上稍逊于 (( ))。

x=10
y=5
result=$[x + y]
echo "10 + 5 = $result"

注意

以上方法主要用于整数运算。

若要进行浮点数运算，需要借助外部计算器工具 bc。

03

字符串表达式：处理文本与输入校验

字符串处理是 Shell 脚本中最常见的任务之一。

Shell 提供了丰富的内置功能来操作字符串，无需调用 awk 或 sed 等外部工具。

1

常用操作

获取字符串长度

使用 ${#string} 可以获取字符串的字符数。

my_str="Hello, Shell!"
length=${#my_str}
echo "The length of the string is: $length" # 输出 13

字符串截取

可以使用 ${string:position:length} 的形式从指定位置开始截取特定长度的子串。

my_str="Learn Shell from scratch"
sub_str1=${my_str:6:5}   # 从第6个字符开始，截取5个字符
echo $sub_str1          # 输出 "Shell"

sub_str2=${my_str:12}     # 从第12个字符开始，截取到末尾
echo $sub_str2          # 输出 "from scratch"

字符串替换

可以替换字符串中首次出现或所有出现的模式。

• ${string/pattern/replacement}

替换第一个匹配的 pattern

• ${string//pattern/replacement}

替换所有匹配的 pattern

my_str="apple banana apple orange"
new_str1=${my_str/apple/grape}
echo $new_str1  # 输出 "grape banana apple orange"

new_str2=${my_str//apple/grape}
echo $new_str2 # 输出 "grape banana grape orange"

字符串删除（模式匹配）

通过模式匹配删除字符串的头部或尾部内容。

• # 和 ##

从左向右匹配，删除最短或最长的匹配部分。

• % 和 %%

从右向左匹配，删除最短或最长的匹配部分。

file_path="/home/user/document/report.pdf"

# 从左边删除最短匹配 */ 的部分
echo ${file_path#*/}  # 输出 "home/user/document/report.pdf"

# 从左边删除最长匹配 */ 的部分
echo ${file_path##*/} # 输出 "report.pdf" (获取文件名)

# 从右边删除最短匹配 .* 的部分
echo ${file_path%.*}  # 输出 "/home/user/document/report"

# 从右边删除最长匹配 .* 的部分
echo ${file_path%%.*} # 输出 "/home/user/document/report"

04

布尔表达式：构建逻辑判断

布尔表达式用于条件判断，其结果为真或假。虽然 Bash 本身没有严格的布尔类型，但它通过整数（0 代表真，非 0 代表假）或字符串（”true” / “false”）来模拟。布尔和逻辑运算一般在 [] 和 [[]] 结构中使用。

1

运算符

Shell 中的逻辑判断分为两种：test 或 [ ] 使用的布尔运算符，以及 [[ ]] 或 (( )) 使用的逻辑运算符。

布尔运算符（用于 [ ]）

• ! expression

逻辑非，当表达式为假时，结果为真。

• expr1 -a expr2

逻辑与，当两个表达式都为真时，结果为真。

• expr1 -o expr2

逻辑或，当任意一个表达式为真时，结果为真。

逻辑运算符（用于 [[ ]] 或(( ))）

2

字符串比较

**1）**字符串比较操作符

这些操作符专门用于判断字符串之间的关系或状态。

• string1 = string2 (或 ==)

含义：判断两个字符串是否完全相等。

说明：在 [ ] 结构中，一般使用单个 =，这是 POSIX 标准，兼容性最好。在 [[ ]] 结构中，= 和 == 的作用完全一样，但 == 更接近其他编程语言的习惯，可读性更强。

实战示例：

read -p "请输入用户名: " username

# 使用 [ ] 进行判断 (推荐使用单个 =)
if [ "$username" = "root" ]; then
  echo "警告：不提议以 root 用户操作！"
fi

# 使用 [[ ]] 进行判断 (== 更常见)
if [[ "$username" == "admin" ]]; then
  echo "欢迎管理员！"
fi

重大

在进行字符串比较时，强烈提议将变量用双引号 ” 包裹起来，例如 “$username”。

这可以防止当变量为空或包含空格时，Shell 解释器发生语法错误。

• string1 != string2

含义：判断两个字符串是否不相等。

说明：此操作符在 [ ] 和 [[ ]] 中通用。

实战示例：

DB_STATUS="running"

if [[ "$DB_STATUS" != "shutdown" ]]; then
  echo "数据库正在运行中..."
fi

• -n string

含义：判断字符串的长度是否非零 (Not-Zero)。如果字符串不为空，则表达式为真。

实战示例：检查一个变量是否已经被赋值。

API_KEY="" # 假设 API_KEY 可能未被设置

# ... 经过一些操作后 ...
API_KEY="xyz-12345"

if [ -n "$API_KEY" ]; then
  echo "API 密钥已设置，可以继续执行。"
else
  echo "错误：API 密钥为空，请先配置！"
  exit 1
fi

• -z string

含义：判断字符串的长度是否为零 (Zero)。如果字符串为空，则表达式为真。

说明：这与 -n 的作用完全相反，超级适合用于验证用户输入或变量是否为空。

实战示例：要求用户必须输入内容。

read -p "请输入您的邮箱地址: " email

if [ -z "$email" ]; then
  echo "错误：邮箱地址不能为空！"
else
  echo "您输入的邮箱是: $email"
fi

2

字典序比较操作符 (> 和 <)

和 < 在 Shell 中有双重含义，这取决于它们所在的上下文。

• 在 [[ ]] 结构中：用于字符串的字典序比较

含义：按照当前系统区域设置（locale）的字典顺序比较字符串。

例如，”b” 在字典序上大于 “a”。

说明：在 [[]] 中，可以直接使用 > 和 <。

# 字符串字典序比较
if [[ "banana" > "apple" ]]; then
  echo "在字典序中, 'banana' 排在 'apple' 之后。"
fi

if [[ "cat" < "dog" ]]; then
  echo "在字典序中, 'cat' 排在 'dog' 之前。"
fi

• 在 [ ] 结构中：需要转义

说明：在 [] 结构中，> 和 < 默认被解释为重定向符号。

如果要进行字符串的字典序比较，必须使用反斜杠 进行转义，写成 > 和 <。

if [ "banana" > "apple" ]; then
  echo "在 [ ] 结构中，'banana' > 'apple' 为真。"
fi

注意

由于这种用法容易混淆且易错，强烈推荐使用 [[ ]] 来进行字符串的字典序比较。

2

数值比较操作符 (> 和 <)

当 > 和 < 出目前 (( )) 算术表达式中时，它们执行的是我们最熟悉的数值大小比较。

• 在 (( )) 结构中：用于数值比较
• 含义：比较两个整数的大小。
• 说明：这是进行数值比较最直观、最推荐的方式，语法也更接近 C 语言等主流编程语言。

score=95

if (( score > 90 )); then
  echo "优秀！"
fi

stock=45
if (( stock < 50 )); then
  echo "库存不足，请及时补货！"
fi

3

数值比较

在 Shell 的 [ ] 和 [[ ]] 环境中，进行数值比较是一个有特定规则的任务。

如前文所述，像 > 和 == 这样的符号有其特殊含义（文件重定向和字符串比较），直接用于数值比较会导致逻辑错误或意外行为。

为了解决这个问题，Shell 提供了一套专门的、基于文本的操作符来安全、明确地执行整数比较。

• -eq：等于 (equal)
• -ne：不等于 (not equal)
• -gt：大于 (greater than)
• -ge：大于或等于 (greater or equal)
• -lt：小于 (less than)
• -le：小于或等于 (less or equal)

(一)详细解析与实战

• -eq：等于

**含义：**判断两个数值是否相等 (equal)。

**说明：**这是进行数值相等性判断的标准方法。它能正确处理像 01 和 1 这样在数值上相等但在字符串上不等的边缘情况。

**实战示例：**检查一个命令的退出码是否为 0，以判断其是否成功执行。

# 执行一个命令，并捕获其退出码
ping -c 1 "example.com" > /dev/null 2>&1
exit_code=$?

if [ "$exit_code" -eq 0 ]; then
  echo "主机 'example.com' 在线。"
else
  echo "无法访问主机 'example.com'。"
fi

• -gt：大于

含义：判断左边的数值是否大于 (greater than) 右边的数值。

说明：用于执行严格大于的比较。

实战示例：监控系统中的进程数量，当超过某个阈值时发出警告。

# 获取当前系统总进程数
process_count=$(ps -e | wc -l)

# 设定阈值为 500
if [ "$process_count" -gt 500 ]; then
  echo "警告：系统进程数 ($process_count) 过高，已超过 500！"
fi

• -ne：不等于

**含义：**判断两个数值是否不相等 (not equal)。

**说明：**与 -eq 的逻辑完全相反。

**实战示例：**验证用户输入的端口号是否不是默认的 80 端口。

read -p "请输入要使用的端口号 [默认 80]: " port
port=${port:-80} # 如果用户未输入，则默认为 80

if [ "$port" -ne 80 ]; then
  echo "您选择了一个非标准 HTTP 端口: $port"
else
  echo "将使用标准 HTTP 端口 80。"
fi

• -le：小于或等于

含义：判断左边的数值是否小于或等于 (less or equal) 右边的数值。

说明：适用于检查某个值是否达到了某个下限或未超过某个上限。

实战示例：检查剩余磁盘空间百分比，如果低于或等于 10%，则触发清理脚本。

# 假设我们通过命令获取了根目录的剩余空间百分比
remaining_space=8

if [ "$remaining_space" -le 10 ]; then
  echo "磁盘空间严重不足 (${remaining_space}%)，正在启动清理程序..."
  # ./run_cleanup_script.sh
fi

（二）再次强调：最佳实践 (( ))

虽然 -eq, -gt 等操作符功能强劲且兼容性好，但在支持 Bash、Zsh 等现代 Shell 的环境中，进行纯数值比较时，使用双括号算术表达式 (( )) 是更优的选择。

• 语法更直观

可以直接使用 ==, !=, >, <, >=, <=。

• 性能可能更优

作为 Shell 的内建算术引擎，一般比 test 命令 ([ ]) 更快。

• 不易出错

变量前的 $ 是可选的，且不会发生词法切分或文件名扩展。

对比示例：

# 传统方式
if [ "$process_count" -gt 500 ]; then ...; fi

# 现代、推荐的方式
if (( process_count > 500 )); then ...; fi

05

文件测试表达式：校验文件状态

在 Shell 脚本中，绝大多数任务都离不开与文件系统的交互。

在读取配置文件、写入日志或执行另一个脚本之前，检查文件或目录的状态（是否存在、类型、权限等）是保证脚本健壮性的基本要求。

Shell 提供了一套丰富的、以单个字母为核心的测试操作符，专门用于此目的。

这些操作符在 [ ] 和 [[ ]] 结构中均可使用。

1

常用文件测试运算符

2

测试运算符示例

存在性与类型判断

这是最基础的一类判断，用于确定一个路径指向的是什么。

• -e file

含义：判断文件或目录是否存在 (exists)。只要路径有效，无论它是文件、目录、符号链接还是设备文件，结果都为真。

说明：这是最通用的存在性检查。

实战示例：在执行操作前，检查一个关键的系统文件是否存在。

if [ -e "/etc/hosts" ]; then
  echo "文件 /etc/hosts 存在。"
else
  echo "警告：关键文件 /etc/hosts 不存在！"
fi

• -f file

含义：判断目标是否为一个普通文件 (regular file)。

说明：比 -e 更具体，它会排除目录、设备文件等其他类型。在需要读取或写入文件内容时，使用它比 -e 更准确。

实战示例：确认配置文件是一个文件（而不是目录）后，再进行读取。

config_file="/etc/myapp.conf"
if [ -f "$config_file" ]; then
  echo "正在读取配置文件..."
  # source "$config_file"
else
  echo "错误：配置文件 $config_file 不是一个有效的文件。"
fi

• -d file

含义：判断目标是否为一个目录 (directory)。

说明：与 -f 对应，专门用于检查目录。

实战示例：在写入日志前，确保日志目录存在，如果不存在则创建它。这是一个超级经典的用法。

log_dir="/var/log/myapp"
if [ ! -d "$log_dir" ]; then
  echo "日志目录 $log_dir 不存在，正在创建..."
  mkdir -p "$log_dir"
fi
echo "日志目录已就绪。"

• -L file

含义：判断目标是否为一个符号链接 (symbolic link)。

-h 是它的同义词。

说明：用于识别链接文件本身，而不是它所指向的目标。

实战示例：检查某个命令是否是一个符号链接，以判断其真实路径。

python_path="/usr/bin/python"
if [ -L "$python_path" ]; then
  real_path=$(readlink -f "$python_path")
  echo "$python_path 是一个符号链接，它指向: $real_path"
else
  echo "$python_path 不是一个符号链接。"
fi

文件权限判断

在进行文件操作前，检查当前用户是否拥有足够的权限至关重大。

• -r file

含义：判断文件是否可读 (readable)。

实战示例：在尝试读取文件内容前，先检查可读权限。

if [ -r "$config_file" ]; then
  echo "文件可读，继续操作。"
else
  echo "错误：没有权限读取文件 $config_file！"
  exit 1
fi

• -w file

含义：判断文件是否可写 (writable)。

实战示例：在尝试向日志文件追加内容前，检查写入权限。

log_file="/var/log/myapp/app.log"
if [ -w "$log_file" ]; then
  echo "写入日志..." >> "$log_file"
else
  echo "错误：没有权限写入日志文件 $log_file！"
fi

• -x file

含义：判断文件是否可执行 (executable)。

实战示例：在调用一个脚本前，检查它是否被赋予了执行权限。

helper_script="./scripts/run_task.sh"
if [ -x "$helper_script" ]; then
  "$helper_script"
else
  echo "错误：脚本 $helper_script 不可执行，请先 chmod +x"
fi

3

文件大小与比较

除了类型和权限，文件的大小和修改时间也是重大的判断依据。

• -s file

含义：判断文件大小是否非零 (size is not zero)，即文件是否非空。

说明：这是一种比 [ $(wc -c < “$file”) -gt 0 ] 更高效的判空方式。

实战示例：检查错误日志文件是否包含内容，如果有，则发送通知。

error_log="errors.log"
if [ -s "$error_log" ]; then
  echo "错误日志不为空，正在发送警报邮件..."
  # mail -s "发现错误" admin@example.com < "$error_log"
fi

• file1 -nt file2

含义：判断 file1 是否比 file2 更新 (newer than)，基于文件的修改时间。

说明：在编译和构建场景中超级有用，用于判断源文件是否在目标文件生成后被修改过。

实战示例：一个简单的增量编译逻辑。

source_file="main.c"
executable="main"
if [ "$source_file" -nt "$executable" ]; then
  echo "源文件已被修改，需要重新编译..."
  # gcc "$source_file" -o "$executable"
else
  echo "无需重新编译。"
fi

• file1 -ot file2

含义：判断 file1 是否比 file2 更旧 (older than)。与 -nt 逻辑相反。

总结与最佳实践

1）始终引用变量

在进行文件测试时，务必用双引号将包含文件路径的变量括起来（如 [ -f “$filepath” ]）。

这可以防止当文件名包含空格或特殊字符时，脚本出现解析错误。

**2）**优先使用 [[ ]]：与 [ ] 相比

[[ ]] 在处理变量时能避免词法切分和路径名扩展问题，使其在处理不确定的文件名时更加安全和健壮。

3）组合测试

使用逻辑运算符 && (与) 和 || (或) 可以将多个测试条件组合起来，构建更复杂的判断逻辑。

# 检查配置文件是否存在并且可读
if [[ -f "$config_file" && -r "$config_file" ]]; then
  echo "配置文件有效，正在加载..."
  source "$config_file"
else
  echo "错误：配置文件不存在或不可读。"
fi

06

综合实战：Shell 表达式组合应用

下面通过一个 “系统资源监控脚本”，整合四类表达式的用法：

#!/bin/bash
# 功能：监控CPU使用率、内存使用率，检查关键配置文件
set -e  # 脚本出错即退出

# 1. 定义关键参数（算术表达式基础）
cpu_threshold=80  # CPU使用率阈值
mem_threshold=85  # 内存使用率阈值
conf_file="/etc/nginx/nginx.conf"  # 关键配置文件

# 2. 获取CPU使用率（字符串截取+算术转换）
cpu_usage=$(top -bn1 | grep "Cpu(s)" | awk '{print $2}' | cut -d. -f1)
# 转换为整数（避免浮点数问题）
cpu_usage=$((cpu_usage))

# 3. 获取内存使用率（字符串处理+算术计算）
mem_total=$(free -m | grep "Mem" | awk '{print $2}')
mem_used=$(free -m | grep "Mem" | awk '{print $3}')
mem_usage=$((mem_used * 100 / mem_total))  # 计算百分比

# 4. 监控逻辑（布尔表达式+文件测试）
echo "=== 系统资源监控报告 ==="
echo "当前CPU使用率：${cpu_usage}%"
echo "当前内存使用率：${mem_usage}%"

# CPU超限判断
if ((cpu_usage > cpu_threshold)); then
    echo "警告：CPU使用率超过${cpu_threshold}%！"
    # 记录告警日志（文件测试+写权限判断）
    if [[ -d /var/log/monitor/ ]] && [[ -w /var/log/monitor/ ]]; then
        echo "$(date +'%Y-%m-%d %H:%M:%S') CPU告警：使用率${cpu_usage}%" >> /var/log/monitor/system_alarm.log
    fi
fi

# 内存超限判断
if ((mem_usage > mem_threshold)); then
    echo "警告：内存使用率超过${mem_threshold}%！"
fi

# 关键配置文件检查（文件测试表达式）
echo -e "
=== 关键文件检查 ==="
if [[ -f $conf_file ]] && [[ -r $conf_file ]]; then
    echo "配置文件 $conf_file 存在且可读取"
    # 截取配置文件关键参数（字符串截取）
    worker_processes=$(grep "worker_processes" $conf_file | awk '{print $2}' | sed 's/;//')
    echo "Nginx worker_processes 配置：$worker_processes"
else
    echo "错误：配置文件 $conf_file 不存在或不可读！"
    exit 1
fi

以本地环境为例，输出如下

=== 系统资源监控报告 ===
当前CPU使用率：0%
当前内存使用率：73%

=== 关键文件检查 ===
错误：配置文件 /etc/nginx/nginx.conf 不存在或不可读！

07

关键注意事项

1

语法规范

• 算术表达式中，$((…))无需空格，expr必须加空格；
• 字符串 / 文件测试需用[ ]或[[ ]]包裹，[[ ]]支持模式匹配（如[[ $str == a* ]]），兼容性优于[ ]。

2

变量引用

• 字符串比较时，变量提议加双引号（如[[ “$str” == “test” ]]），避免空变量导致语法错误；
• 算术表达式中，变量可直接引用（如((a + b))），无需$。

3

运算符优先级

• 算术运算：先乘除后加减，括号优先（如$((a + b * c))）；
• 逻辑运算：! > && > ||，复杂逻辑提议加括号明确优先级。

4

兼容性

$((…))、[[ ]]为 Bash 特有语法，若脚本需兼容sh（如#!/bin/sh），需改用expr和[ ]。

写在最后

Shell 表达式是构建强劲而灵活脚本的基石。

从执行简单数学运算的算术表达式，到灵活处理文本的字符串操作，再到控制脚本流程的布尔判断和检查系统状态的文件测试，每一种都有其独特的应用场景和语法规则。

通过熟练掌握 (( ))、[[ ]] 等现代 Shell 提供的便捷语法，并结合具体场景选择合适的表达式，你将能够编写出更健壮、更高效的 Shell 脚本。

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作者介绍

大家好，我是刘峰，安丫科技创始人 & 数据库技术高级讲师，专注于 PostgreSQL、国产数据库运维与迁移、数据库性能优化 等方向。

作为 PG中国分会官方授权讲师、PostgreSQL ACE 讲师认证专家，我长期活跃在一线项目实战中，拥有 10年以上大型数据库管理与优化经验，曾深度参与电信、金融、政务等多个行业的数据库性能调优与迁移项目。

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