Прикладные свободные программы и системы в школе, стр. 24

1.10 Элементы программирования оболочки

В предыдущих главах мы рассматривали язык оболочки с точки зрения, в основном, непосредственного исполнения вводимых команд. Теперь взглянем на него под другим углом: как на универсальный язык программирования, а на оболочку – как на интерпретирующую реализацию этого языка.

От универсального языка программирования ожидаются: средства описания структур данных (переменные), средства вычисления выражений и присвоения их значений переменным, средства организации последовательного, условного и циклического исполнения, средства декомпозиции программы на подпрограммы.

Все эти средства присутствуют в стандартном языке оболочки [61]. Его особенностью явяется возможность использовать команды (стандартные и нестандартные) ОС в качестве своего рода «вызовов функций» (хотя и определение, и вызов функции также присутствуют в языке как отдельный механизм).

При попытках реализовать «простые программы из учебников» на языке оболочки результат часто оказывается не самым изящным. Однако этот язык очень хорошо приспособлен для решения административных и системных задач. В большинстве открытых ОС значительная часть самой системы написана на этом языке.

Пределы главы позволяют лишь бегло представить механизмы языка оболочки, проиллюстрировав их несколькими примерами.

Комментарии и указание оболочки

Часть любой строки, начинающаяся со знака «#» вплоть до символа новой строки является комментарием и не исполняется оболочкой. Как и в других языках программирования, комментарии предназначены для передачи какой-либо неочевидной из текста самой программы информации ее читателю.

Во многих системах (включая «ГНУ/Линукс») специальная нестандартная форма комментария может использоваться также для передачи ядру системы информации о том, какую именно оболочку использовать для интерпретации сценария. Такой комментарий имеет вид символов «#!», за которыми слитно следует имя исполняемого файла (обычно «/bin/sh», «/bin/bash» или «/usr/bin/bash»), и должен начинать файл сценария, то есть находиться в первой строке.

Информация из специального комментария востребуется только если файлу сценария придан атрибут исполняемого, а его выполнение инициировано указанием имени файла в качестве команды ОС. Если сценарий запускается на выполнение явным вызовом дополнительного экемпляра оболочки (например, «/usr/bin/bash <сценарий»), специальный комментарий игнорируется. Эта строка почти всегда присутствует при публикации сценариев, чтобы было понятно, используется ли язык стандартной оболочки («sh»), ее расширения («bash», «zsh», «ksh») или не вполне совместимые со стандартом диалекты (такие, как «tcsh») [62].

Переменные и присваивание значений

Конструкция, состоящая из имени переменной и ее значения, разделенных знаком равенства («=») без промежутков, за которой не следует никакой команды, является определением переменной оболочки. Переменная, определенная таким способом, не оказывает влияния на поведение последующих команд.

Чтобы значение переменной передавалась всем вызываемым командам, ее следует сделать передаваемой (экспортировать ее) командой «export» с именем переменной в качестве аргумента.

Для того, чтобы присвоить переменной новое значение, ее просто переопределяют; определение, таким образом, выступает и в качестве оператора присваивания.

Все переменные стандартной оболочки имеют строковый тип, то есть могут принимать значения, равные строкам (или цепочкам) символов переменной длины (включая пустую цепочку с нулевой длиной).

Тем не менее, в языке присутствуют арифметические и логические операции. Арифметические операции определены на множестве строк, представляющих собой запись чисел.

«Арифметические» и «логические» выражения

Выражения обычно вводятся в программу с использованием конструкции арифметического раскрытия выражений «$((выражение))». Заключенная в двойные круглые цепочка символов интерпретируется как арифметическое или логическое выражение, результат вычисления которого оболочкой подставляется на место вхождения этой конструкции в командной строке (Рис. 1-72).

Выражение интерпретируется как если бы оно было заключено в двойные кавычки «"» и «"», т.е. раскрываются имена переменных, предваренные знаком доллара «$», но специальное значение прочих символов (например, звездочки) отменяется.

Выражение состоит из переменных, констант и знаков операций. Стандартом определены операции, перечисленные в таблице на Рис. 1-73).

Знакомые с языком «Си» легко узнают в этом списке список стандартных операций этого языка за исключением унарных инкрементов и декрементов (префиксных и постфиксных), функции «sizeof()». В отличие от стандарта «Си», стандарт на язык оболочки требует определения этих операций лишь на длинных беззнаковых целых.

Поскольку руководства и справочники по «Си» общедоступны, разбирать операции подробно мы не будем. Они, в основном, соответствуют общепринятой математической и программистской нотации для выражений, за исключением представления символа равенства сочетанием «==», а не символом «=».

Чаще всего арифметическое раскрытие применяется в команде присваивания, но его можно использовать в любом месте (например, для задания числового операнда команды или числового параметра ключа) (Рис. 1-74).

Помимо конструкции арифметического раскрытия, существует стандартная команда «expr», также вычисляющая значение выражения (с несколько иным синтаксисом, в частности, использующим для проверки на равенство знака «=»), переданного ей в качестве аргумента, и выводящая его результат. Выражение при этом следует экранировать двойными кавычками «"» и «"».

Команду «expr» лучше не применять, если ее можно заменить командой «echo $((выражение))» (с учетом отличий в синтаксисе), но в чужих сценариях она может встретиться. Кроме того, она, в отличие от арифметического раскрытия, позволяет выполнять сравнение строк на равенство. Выполнить подстановку выводимого командой «expr» результата в командную строку можно посредством механизма обратных апострофов, обсуждающегося ниже.

При настоятельной необходимости применить в сценарии численные методы, включающие работу с вещественными числами в представлении с плавающим десятичным знаком, можно воспользоваться стандартной командой вычисления выражения с произвольной точностью «bc», которая обладает также внутренними возможностями сценирования. Ее описание выходит за рамки этого курса.

Генерация кодов возврата

Обычно директивные языки для определения условий в операторах условного и циклического исполнения применяют механизм выражений. Язык оболочки в этом плане достаточно эксцентричен, и использует с этой целью механизм кодов возврата (переменной «$?») команды ОС. Дополнительную путаницу вводит то, что в открытых системах успешный код возврата – ноль, который, таким образом, соответствует логическому значению «истинно», в то время, как в «логических» выражениях, обсуждавшихся выше, используется соглашение «Си» (ноль, наоборот, соответствует значению «ложно», а «истинно» – любому ненулевому значению).

(Отсутствие простого механизма согласования между раскрытием арифметических выражений и условиями условного и циклического исполнения, различие в синтаксисе а) раскрываемых выражений, б) команды «expr» и в) обсуждаемой ниже команды «test» являются серьезными недостатками языка оболочки, заметно усложняющими его освоение даже опытными программистами.)