寒假_计算机教育缺失的一个学期

MIT-Missing-Semester

这门课程包含许多大学的课堂上不会涉及但却对每个 CSer 无比重要的工具或者知识点。例如 Shell 编程、命令行配置、Git、Vim、tmux、ssh 等等。其中的一些内容对于我们来说可能略有耳闻，或者只知道如何使用而不知道其原理，那么这堂课无疑是了解这些工具的good way。通过这门课程的学习，我了解到了linux的一些高端操作，以及为什么用linux的电脑才是真正的掌握自己的电脑。

Part 1 shell入门

一些简要的文件系统操作这里不再记录。

重定向输入输出 ,<,>

missing:~$ echo hello > hello.txt
missing:~$ cat hello.txt
hello
missing:~$ cat < hello.txt
hello
missing:~$ cat < hello.txt > hello2.txt
missing:~$ cat hello2.txt
hello

重定向输出，(行末追加)>> 管道符| 允许我们将一个程序的输出和另外一个程序的输入连接起来：

missing:~$ ls -l / | tail -n1
drwxr-xr-x 1 root  root  4096 Jun 20  2019 var
missing:~$ curl --head --silent google.com | grep --ignore-case content-length | cut --delimiter=' ' -f2
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上图第二条为对google.com的信息进行数据整理操作，在part4会有更多操作实例。

顺带一提，利用管道符和xclip软件可以非常方便的将命令行中你想要的输出进行拷贝，具体用法：

ls | xclip -sel c

• 一个很基础实用的软件tee，作用是一个三通管道，通过输入流进入后重定向输出到一个文件中，同时在命令行输出输入流。

下面是一个有趣的操作例子

在linux中，系统被挂在在/sys文件中，sysfs 文件则暴露了一些内核（kernel）参数。 因此，不需要借助任何专用的工具，就可以轻松地在运行期间配置系统内核。注意 Windows 和 macOS 没有这个文件， wsl也不行（）

我们可以对电脑屏幕亮度进行更改。 首先我们来到/sys/class/backlight中，以我的电脑为例，其中有

yoo_koishi@YOOkoishi /s/c/b/intel_backlight> ls
actual_brightness  brightness  max_brightness  scale       type
bl_power           device@     power/          subsystem@  uevent

等文件，这个时候我们就可以通过修改brightness文件来更改屏幕亮度了（需要root权限），一般来说，我们可能希望使用

~$ sudo echo 3 > brightness

来修改文件，不过此时命令行提示我们权限不够，这是为什么？ 关于 shell，有件事我们必须要知道。|、>、和 < 是通过 shell 执行的，而不是被各个程序单独执行。 echo 等程序并不知道 | 的存在，它们只知道从自己的输入输出流中进行读写。 所以，根据这点，使用刚才提到的tee软件

~$ echo 3 | sudo tee brightness

就可以实现对屏幕亮度的更改了。

此外还有我们还可以对键盘上的灯光进行操控。

在/sys/class/leds目录下可以对电脑的灯光进行控制。通过相同的操作，我们可以利用大写锁定键的灯光来实现邮件提醒的操作。

Part 2 shell工具与脚本

shell脚本

大多数 shell 都有自己的一套脚本语言，包括变量、控制流和自己的语法。shell 脚本与其他脚本语言不同之处在于，shell 脚本针对 shell 所从事的相关工作进行了优化。因此，创建命令流程（pipelines）、将结果保存到文件、从标准输入中读取输入，这些都是 shell 脚本中的原生操作，这让它比通用的脚本语言更易用。

在 bash 中为变量赋值的语法是 foo=bar，访问变量中存储的数值，其语法为 $foo。 需要注意的是，foo = bar （使用空格隔开）是不能正确工作的，因为解释器会调用程序 foo 并将 = 和 bar 作为参数。 总的来说，在 shell 脚本中使用空格会起到分割参数的作用，有时候可能会造成混淆。

Bash 中的字符串通过 ' 和 " 分隔符来定义，但是它们的含义并不相同。以 ' 定义的字符串为原义字符串，其中的变量不会被转义，而 " 定义的字符串会将变量值进行替换。

foo=bar
echo "$foo"
# 打印 bar
echo '$foo'
# 打印 $foo

bash支持if,case,while,for这些控制流关键字。 bash 也支持函数，它可以接受参数并基于参数进行操作。

特殊变量 bash中有一些特殊的变量，具有特定的含义，下面是一些常用的特殊变量。

• $0 - 脚本名
• $1到 $9 - 脚本的参数。 $1 是第一个参数，依此类推。
• $@ - 输入的参数的具体内容（将输入的参数作为一个多个对象，即是所有参数的一个列表）。
• $* - 输入的参数的具体内容（将输入的参数作为一个单词）。
• $# - 参数个数
• $? - 前一个命令的返回值
• $$ - 当前脚本的进程识别码
• !! - 完整的上一条命令，包括参数。常见应用：当你因为权限不足执行命令失败时，可以使用 sudo !! 再尝试一次。
• $_ - 上一条命令的最后一个参数。如果你正在使用的是交互式 shell，你可以通过按下 Esc 之后键入 . 来获取这个值。

示例代码：

#!/bin/bash

echo "脚本的名字是：$0"
echo "输入的第一个参数：$1"
echo "输入的第二个参数：$2"
echo "输入的参数个数：$#"
echo "所有参数（使用\$@）：$@"
echo "所有参数（使用\$*）：$*"
echo "上一个命令的返回值：$?"
echo "当前 Shell 环境的进程ID号：$$"

n=1
echo "使用\$@的参数列表为："
for temstr in "$@"
do
echo "第$n个参数是：$temstr"
let n+=1
done

n=1
echo "使用\$*的参数列表为："
for temstr in "$*"
do
echo "第$n个参数是：$temstr"
let n+=1
done

假设脚本名为 test.sh，执行命令 ./test.sh 1 2 3，输出结果如下： 脚本的名字是：./test.sh

输入的第一个参数：1
输入的第二个参数：2
输入的参数个数：4
所有参数（使用$@）：1 2 3 4
所有参数（使用$*）：1 2 3 4
上一个命令的返回值：0
当前 Shell 环境的进程ID号：12345
使用$@的参数列表为：
第1个参数是：1
第2个参数是：2
第3个参数是：3
第4个参数是：4
使用$*的参数列表为：
第1个参数是：1 2 3 4

返回值妙用 命令通常使用 STDOUT 来返回输出值，使用 STDERR来返回错误及错误码，便于脚本以更加友好的方式报告错误。 返回码或退出状态是脚本/命令之间交流执行状态的方式。返回值 0 表示正常执行，其他所有非 0 的返回值都表示有错误发生。

退出码可以搭配 &&（与操作符）和||（或操作符）使用，用来进行条件判断，决定是否执行其他程序。它们都属于短路 运算符（short-circuiting） 同一行的多个命令可以用; 分隔。程序true的返回码永远是 0，false的返回码永远是 1。

所以，我们可以写出类似

false || echo "Oops, fail"

来进行一些error handling。

命令替换（command substitution） 可以通过$( CMD )这样的方式来执行CMD命令，例如，如果执行 for file in $(ls) ，shell 首先将调用 ls ，然后遍历得到的这些返回值。还有一个冷门的类似特性是 进程替换（process substitution）， <( CMD )会执行 CMD 并将结果输出到一个临时文件中，并将 <( CMD ) 替换成临时文件名。这在我们希望返回值通过文件而不是 STDIN 传递时很有用。例如， diff <(ls foo) <(ls bar) 会显示文件夹 foo 和 bar 中文件的区别。

统配（globbing）

• 通配符 - 当你想要利用通配符进行匹配时，你可以分别使用 ? 和 * 来匹配一个或任意个字符。例如，对于文件 foo, foo1, foo2, foo10 和 bar, rm foo? 这条命令会删除 foo1 和 foo2 ，而 rm foo* 则会删除除了 bar 之外的所有文件。

• 花括号 {} - 当你有一系列的指令，其中包含一段公共子串时，可以用花括号来自动展开这些命令。这在批量移动或转换文件时非常方便。如

convert image.{png,jpg}
# 会展开为
convert image.png image.jpg

编写 bash 脚本有时候会很别扭和反直觉。例如 shellcheck↗ 这样的工具可以帮助你定位 sh/bash 脚本中的错误。

在 shebang (#!)行中使用 env 命令是一种好的实践，它会利用环境变量中的程序来解析该脚本，这样就提高了您的脚本的可移植性。env 会利用我们第一节讲座中介绍过的 PATH 环境变量来进行定位。 例如，使用了 env的 shebang看上去是这样的 #!/usr/bin/env python。

一些工具

• 觉得man太显示内容长了？不妨试试TLDR pages↗
• fd，find的替代品，更友好一些。
• fzf 模糊查找shell的历史记录。
• rg,ack,ag，grep的替代品，更符合人的直觉。
• tree,broot,等软件可以很好的展示文件结构。
• 更好的文件管理器：nnn,ranger。
• xrags 它可以使用标准输入中的内容作为参数。 例如 ls | xargs rm会删除当前目录中的所有文件。

一些终端推荐

个人目前使用较多的终端为tmux和fish，另外也推荐zsh等其他终端。(9.26修改)

Part 3 Vim

vim作为一个老牌的代码编辑器，功能十分强大，在程序设计基础实验这门课里，我们或多或少接触了vim。当按下:wq的时候，vim神秘的面孔，逐渐显现。

基本操作模式

• 正常模式：用于导航和执行命令。
• 插入模式：插入文本。
• 可视模式：选择文本块。
• 命令模式：执行特定命令。

切换模式：

• 按 i 进入插入模式。
• 按 v 进入可视模式。
• 按 : 进入命令模式。
• 按 <Esc> 返回正常模式。

提示：由于频繁使用 <Esc>，可以考虑将其映射到更方便的键位。

基本操作

插入文本

• 在正常模式下，按 i 进入插入模式。
• 输入文本。
• 按 <Esc> 返回正常模式。

缓冲区、标签页和窗口

• 缓冲区：Vim 中打开的文件。
• 标签页：可以包含多个窗口。
• 窗口：显示缓冲区的视图，一个缓冲区可以在多个窗口中打开。

命令行模式

• :q：退出。
• :w：保存。
• :wq：保存并退出。
• :e {文件名}：打开文件。
• :ls：列出缓冲区。
• :help {命令}：查看

Part 4 数据整理

Part 5 命令行环境

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