編程基礎(chǔ) - 變量與常量

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前言

變量是編程最重要知識(shí)點(diǎn)之一，從根本上講，編程就是對(duì)數(shù)據(jù)的操作，讓數(shù)據(jù)按我們?cè)O(shè)定的邏輯進(jìn)行運(yùn)算。變量是用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的內(nèi)存地址的人性化表示方式。在shell中，數(shù)據(jù)類型比較簡(jiǎn)單，它屬于弱數(shù)據(jù)類型的編程語(yǔ)言，簡(jiǎn)而言之它自動(dòng)幫你處理了有關(guān)數(shù)據(jù)類型的工作。

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一、變量是什么？

顧名思義，變量就是可以變化的量。很多書(shū)上這么寫(xiě)的，筆者也學(xué)習(xí)一下，但這是一句沒(méi)什么意義的話，純粹是為了讓人更迷糊的說(shuō)法。

變量是內(nèi)存地址的別名，別名就是外號(hào)的文雅說(shuō)法。這是某本知名C/C++語(yǔ)言著作上的說(shuō)法（具體是哪本書(shū)我忘記了），當(dāng)然外號(hào)這句是筆者加的，從這個(gè)角度比較容易解釋什么是變量。

都知道計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中內(nèi)存是必不可少的，數(shù)據(jù)是暫時(shí)存儲(chǔ)在內(nèi)存當(dāng)中的。所以當(dāng)你用PS修圖的時(shí)候，如果沒(méi)有保存就突然停電，來(lái)電以后你就要找出原圖重新開(kāi)始修¹。這就是因?yàn)閮?nèi)存中的數(shù)據(jù)沒(méi)有被保存到我們的硬盤(pán)上。

既然數(shù)據(jù)是先存儲(chǔ)在內(nèi)存中的，不管內(nèi)存有多大，把內(nèi)存細(xì)分成字節(jié)來(lái)管理（1G內(nèi)存約有1千兆個(gè)字節(jié)，兆表示10的6次方）。這個(gè)數(shù)量是極其龐大的，大到我們光用二進(jìn)制寫(xiě)一個(gè)內(nèi)存地址就要寫(xiě)很久，程序在退休前肯定寫(xiě)不完，還得找個(gè)繼承人接著寫(xiě)！更關(guān)鍵的是你無(wú)法記住這么長(zhǎng)的一串?dāng)?shù)字表示的地址。所以我們要有一個(gè)好記的簡(jiǎn)短的名字來(lái)給我們所使用到的內(nèi)存地址命名。

當(dāng)然實(shí)際情況肯定是比這復(fù)雜多了，內(nèi)存實(shí)際是由系統(tǒng)管理的，系統(tǒng)分配給你哪塊就用哪塊。變量只是給這部分內(nèi)存起了一個(gè)名字。希望這么解釋變量能讓讀者有個(gè)概念，變量不是什么稀奇的玩意，就是一個(gè)內(nèi)存地址的名字。

那為什么那么多書(shū)都說(shuō)變量是可以變化的量呢？那些作者比筆者我傻嗎？肯定不是的，看下一節(jié)的演示你就明白，為什么說(shuō)它是可以變化的量了。

二、為什么要有變量

對(duì)啊，我不用變量不就行了？要這種抽象的概念來(lái)做什么呢？假設(shè)我們要求計(jì)算機(jī)計(jì)算1+2等于多少，不用變量你輸入echo $((1+2))，計(jì)算機(jī)也會(huì)告訴你是3，沒(méi)毛病。那我們要學(xué)習(xí)高斯同學(xué)的1加到100呢？你把1到100都寫(xiě)一遍嗎？顯然沒(méi)有這個(gè)必要，加數(shù)是有規(guī)律的，每次加1，那么我們可以在變量被使用后，每次讓它加上1，就是下一次計(jì)算的加數(shù)了。計(jì)算出的和也是一個(gè)道理，先讓和是1+2的結(jié)果，下一次計(jì)算，我們讓和加上3，以此類推，就輕松的得出結(jié)果了。當(dāng)然這個(gè)高斯同學(xué)小學(xué)時(shí)的例子太簡(jiǎn)單，我們來(lái)個(gè)復(fù)雜點(diǎn)的著名例子：

有數(shù)列1，1，2，3，5，8，13 … 我們想知道第37個(gè)數(shù)是什么，之所以要37個(gè)是怕讀者太聰明，口算得出結(jié)果~ 顯然它的規(guī)律是：每個(gè)數(shù)都是前兩個(gè)數(shù)的和。我們可以編寫(xiě)程序來(lái)計(jì)算：

#!/bin/sh
a=1
b=1
i=3
while [ $i -lt 38 ]dotmp=$aa=$bb=$tmp+$bi=$i+1done
echo $b

我就不信有口算這么厲害的人，沒(méi)算出來(lái)吧~ 我們看看具體邏輯細(xì)節(jié)：

• while是一個(gè)循環(huán)，只要當(dāng)變量i小于38，它就一直在do和done之間循環(huán)。
• 每次循環(huán)程序會(huì)把變量a的值賦值給變量tmp（用于記錄變量a的值，下行a的值會(huì)改變）。
• 再把變量b的值給變量a，把變量tmp和b的值加起來(lái)給b。
• 用變量i加上1表示計(jì)算了一次，直到變量i等于37，while循環(huán)條件不滿足了，程序跳出循環(huán)。echo顯示結(jié)果

這個(gè)程序的4個(gè)變量在運(yùn)行時(shí)不停的改變自身存儲(chǔ)的值。正是因?yàn)樽兞康闹翟诔绦虻倪\(yùn)算過(guò)程中不停的變化，我們才叫它變量！變量的存在才讓程序變得簡(jiǎn)潔、靈活。

三、局部變量和全局變量

通常，我們將變量分為局部變量和全局變量。在函數(shù)內(nèi)部被定義的變量，我們叫它局部變量，它只在函數(shù)內(nèi)部作用。當(dāng)函數(shù)被調(diào)用結(jié)束時(shí)，這個(gè)變量也就銷毀了。相對(duì)的在函數(shù)外部定義的變量，我們稱之為全局變量，這種變量在整個(gè)程序運(yùn)行期間起作用。

這里引出了函數(shù)和調(diào)用的概念，函數(shù)我們可以認(rèn)為是一個(gè)功能模塊，它是為了實(shí)現(xiàn)某一個(gè)功能而定義的代碼集合。局部變量只在定義它的函數(shù)內(nèi)部有效，這個(gè)函數(shù)就是它的作用域。

如果局部變量和全局變量重名，全局變量會(huì)在同名局部變量的函數(shù)內(nèi)被屏蔽。因?yàn)槿趾途植渴莻€(gè)相對(duì)的概念，相對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，每個(gè)程序內(nèi)定義的變量都是局部變量。

這么分是有意義的：主要是為了節(jié)省內(nèi)存空間的占用，局部變量用完就銷毀的特性避免內(nèi)存被無(wú)意義的數(shù)據(jù)填滿。同時(shí)也能讓程序員不用關(guān)心程序的其它部分定義了什么變量，不然多個(gè)程序員協(xié)作，大家就天天為了變量命名權(quán)打架了。

通常程序員會(huì)把全局變量寫(xiě)在程序的開(kāi)始部分，這個(gè)開(kāi)始并不一定是程序代碼的最上部，而是指程序執(zhí)行的入口部分，很多時(shí)候這個(gè)入口都寫(xiě)在程序的最下面部分。當(dāng)然寫(xiě)在代碼最前面也是一種好習(xí)慣。這么做是為了閱讀程序方便，實(shí)際上只要變量在被使用前定義就行。

大多數(shù)編程語(yǔ)言規(guī)定，變量名只能用大小寫(xiě)字母和數(shù)字、下劃線_ 組成，且數(shù)字不能位于變量名開(kāi)頭。

我們用幾個(gè)例子來(lái)看一下：

age=23    # 很好的變量名，簡(jiǎn)單又有意義
age_1=24     # 較好的變量名，還可以命名多個(gè)類似的
_age_=23  # 通常程序員喜歡用下劃線在前的變量表示在內(nèi)部調(diào)用的
_tmp=23   # 也有程序員喜歡用這種變量名表示臨時(shí)的
years_old=23   # 有很多程序員喜歡這樣命名，也常用于函數(shù)命名
yearsOld=23    # 這叫駝峰命名，也是很常用的，也是通常用于函數(shù)名
AGE=23    # 符合規(guī)則，但通常不用全大寫(xiě)定義變量
abc=23    # 符合規(guī)則，但沒(méi)有意義，不建議使用
1a=23    # 錯(cuò)誤的命名方式

四、常量

既然有變量，相應(yīng)的就有常量。變量是可以變化的量，常量就是通常不變的量。比如Linux系統(tǒng)本身就定義了一些常量：

echo $HOME     # 家目錄，和~的作用一樣
/root
echo $PWD
/tmp/home/root
echo $PATH
/koolshare/bin:/koolshare/scripts:/opt/bin:/opt/sbin:/bin:/usr/bin:/sbin:/usr/sbin:/home/admin:/mmc/sbin:/mmc/bin:/mmc/usr/sbin:/mmc/usr/bin:/opt/sbin:/opt/bin:/opt/usr/sbin:/opt/usr/bin
echo $SHELL
/bin/sh
echo $IFS# 這里有一個(gè)空格
echo $USER
admin
echo $UID
0    # 路由器上這個(gè)命令可能沒(méi)有顯示
echo $HOSTNAME
RT-AC68U-F2A7

以下是一些常用的系統(tǒng)已定義常量：

• HOME 家目錄，和~的作用一樣
• PWD 當(dāng)前路徑
• PATH 環(huán)境常量，可執(zhí)行程序的搜索路徑
• SHELL shell所在路徑
• IFS 分隔符，默認(rèn)為空格，可以用于把字符串按IFS分割成數(shù)組
• USER 當(dāng)前用戶名
• UID 當(dāng)前用戶的ID，相應(yīng)的就有GID，沒(méi)加入組就沒(méi)有
• HOSTNME 主機(jī)名

我們?cè)诔绦蛑幸部梢宰远x常量，它和變量沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別。命名規(guī)則也是一樣，只是通常用全大寫(xiě)來(lái)命名。這只是一個(gè)概念，表示這是個(gè)常量，我們不是不能修改它的值，只是不想修改它。包括系統(tǒng)定義的常量，我們也是可以修改的，最常見(jiàn)之一就是IFS：

admin@RT-AC68U-F2A7:/tmp# touch test.txt
admin@RT-AC68U-F2A7:/tmp# echo "this is a test!" > test.txt
admin@RT-AC68U-F2A7:/tmp# cat test.txt
this is a test!
admin@RT-AC68U-F2A7:/tmp# for i in $(cat test.txt)
> do 
> echo $i
> done
this
is
a
test!

上述代碼中touch是一個(gè)新建空白文件命令，如果要建立的文件已經(jīng)存在，命令會(huì)改變這個(gè)文件的最后訪問(wèn)時(shí)間記錄，并不會(huì)改變文件內(nèi)容。>重定向符，用于將標(biāo)準(zhǔn)輸出（stdout）重定向到文件中。如果目標(biāo)文件不存在則創(chuàng)建新文件；若已經(jīng)存在同名文件，會(huì)被覆蓋。最上面的touch是可以不寫(xiě)的，只是作者的習(xí)慣。

我們把這個(gè)字符串改一改再來(lái)測(cè)試：

admin@RT-AC68U-F2A7:/tmp# echo "this,is,a,test!" > test.txt
admin@RT-AC68U-F2A7:/tmp# cat test.txt
this,is,a,test!
admin@RT-AC68U-F2A7:/tmp# for i in $(cat test.txt)
> do 
> echo $i
> done
this,is,a,test!

上面這個(gè)例子，很好的說(shuō)明了IFS的作用，默認(rèn)以空格來(lái)分割字符串，當(dāng)我們的字符串改成以逗號(hào)分隔時(shí)，因?yàn)樽址袥](méi)有空格，所以不進(jìn)行分割了。下面我們就修改這個(gè)IFS常量：

admin@RT-AC68U-F2A7:/tmp# cat test.txt 
this,is,a,test!
admin@RT-AC68U-F2A7:/tmp# IFS_OLD=$IFS
admin@RT-AC68U-F2A7:/tmp# IFS=","
admin@RT-AC68U-F2A7:/tmp# for i in $(cat test.txt)
> do
> echo $i
> done
this
is
a
test!
admin@RT-AC68U-F2A7:/tmp# IFS=$IFS_OLD

這個(gè)例子說(shuō)明了，常量是可以修改的，即使它是系統(tǒng)定義的常量。通常我們修改了IFS后要第一時(shí)間給改回去。所以程序第一步就是將原IFS值先保存在IFS_OLD中，最后又改回去了。

五、只讀變量

如果我們實(shí)在不想一個(gè)變量或常量被無(wú)意中修改，在c/c++中有靜態(tài)變量的概念，shell中也有只讀變量可以做到。你可以定義一個(gè)通常不能改變的變量：

admin@RT-AC68U-F2A7:/tmp/home/root# readonly age=23    
admin@RT-AC68U-F2A7:/tmp/home/root# echo $age
23
admin@RT-AC68U-F2A7:/tmp/home/root# age=24
-sh: age: is read only
admin@RT-AC68U-F2A7:/tmp/home/root# unset age
admin@RT-AC68U-F2A7:/tmp/home/root# echo $age
23
admin@RT-AC68U-F2A7:/tmp/home/root# unset -v age
admin@RT-AC68U-F2A7:/tmp/home/root# unset age
admin@RT-AC68U-F2A7:/tmp/home/root# echo $age
23

unset用于刪除一個(gè)變量。這樣定義的變量是只讀的，一般情況不能修改，在shell中還設(shè)計(jì)成很難修改，刪除都不能。當(dāng)然它只在內(nèi)存中，你重啟系統(tǒng)就沒(méi)了。有人說(shuō)服務(wù)器讓你隨便重啟嗎？對(duì)的，所以少用這個(gè)定義變量的方法。還有人說(shuō)用unset -v 變量名 可以解除只讀屬性，至少在路由的這個(gè)2.6版內(nèi)核中是不可行的，這真是夠頑強(qiáng)的。筆者也沒(méi)在多個(gè)發(fā)行版Linux中測(cè)試過(guò)這個(gè)，估計(jì)在ubuntu20.4中是不可行的，筆者查過(guò)這個(gè)命令的幫助文件：

sal@sal-laptop:~$ uname -a
Linux sal-laptop 5.4.0-169-generic #187-Ubuntu SMP Thu Nov 23 14:52:28 UTC 2023 x86_64 x86_64 x86_64 GNU/Linux
sal@sal-laptop:~$ unset --help
unset: unset [-f] [-v] [-n] [名稱 ...]取消設(shè)定 shell 變量和函數(shù)的值和屬性。對(duì)每一個(gè) NAME 名稱，刪除對(duì)應(yīng)的變量或函數(shù)。選項(xiàng)：-f	將每個(gè) NAME 視為函數(shù)-v	將每個(gè) NAME 視為變量-n	將每個(gè) NAME 視為名稱引用，只取消其本身而非其指向的變量不帶選項(xiàng)時(shí)，unset 首先嘗試取消設(shè)定一個(gè)變量，如果失敗，再嘗試取消設(shè)定一個(gè)函數(shù)。某些變量不可以被取消設(shè)定；參見(jiàn) `readonly'。退出狀態(tài)：返回成功，除非使用了無(wú)效的選項(xiàng)或者 NAME 名稱為只讀。

從這個(gè)幫助文件可以看出，函數(shù)也是用unset來(lái)刪除的，所以函數(shù)和變量是有共通之處的。從本質(zhì)上講，變量和函數(shù)都是用戶在內(nèi)存中存儲(chǔ)的一串0和1。

小結(jié)

本章介紹了變量和常量的概念，需要了解變量和常量的命名規(guī)則以及通常用法，這個(gè)規(guī)則在絕大多數(shù)的編程語(yǔ)言中是通用的。

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1. 某些軟件設(shè)計(jì)了隨時(shí)保存臨時(shí)文件的功能，在我們使用軟件的過(guò)程中定時(shí)或檢測(cè)到活動(dòng)就保存到硬盤(pán)上的一個(gè)文件中。當(dāng)停電后重啟電腦，可能可以找到一個(gè)臨時(shí)文件來(lái)恢復(fù)大部分?jǐn)?shù)據(jù)。 ??