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Linux awk命令的高级玩法

前面一节已经介绍了 awk 的基本用法,其实在 awk 脚本程序中,还支持使用一些编程语言,比如变量、数组、分支结构(if-then-else)、循环结构(while)、函数等,下面一一给大家介绍。

awk 使用变量

在 awk 的脚本程序中,支持使用变量来存取值。awk 支持两种不同类型的变量:

  • 内建变量:awk 本身就创建好,用户可以直接拿来用的变量,这些变量用来存放处理数据文件中的某些字段和记录的信息。

  • 自定义变量:awk 支持用户自己创建变量。

内建变量

awk 程序使用内建变量来引用程序数据里的一些特殊功能。常见的一些内建变量,包括上一节介绍的数据字段变量($0、$1、$2...$n)以及表 1 、表 2 中所示的这些变量。

表 1 字段和记录分隔符变量
变量功能
FIELDWIDTHS由空格分隔的一列数字,定义了每个数据字段的确切宽度。
FNR当前输入文档的记录编号,常在有多个输入文档时使用。
NR输入流的当前记录编号。
FS输入字段分隔符
RS输入记录分隔符,默认为换行符 \n。
OFS输出字段分隔符,默认为空格。
ORS输出记录分隔符,默认为换行符 \n。


在表 1 中,变量 FS 和 OFS 定义了 awk 如何处理数据流中的数据字段。我们已经知道了如何使用变量 FS 来定义记录中的字段分隔符,变量 OFS 具备相同的功能,只不过是用在 print 命令的输出上,例如:

[root@localhost ~]# cat data1
data11,data12,data13,data14,data15
data21,data22,data23,data24,data25
data31,data32,data33,data34,data35
[root@localhost ~]# awk 'BEGIN{FS=","; OFS="-"} {print $1,$2,$3}' data1
data11-data12-data13
data21-data22-data23
data31-data32-data33
[root@localhost ~]# awk 'BEGIN{FS=","; OFS="--"} {print $1,$2,$3}' data1
data11--data12--data13
data21--data22--data23
data31--data32--data33

可以看到,print 命令会自动将 OFS 变量的值放置在输出中的每个字段间。通过设置 OFS 变量,可以在输出中使用任意字符串来分隔字段。

FIELDWIDTHS 变量允许用户不依靠字段分隔符来读取记录。在一些应用程序中,数据并没有使用字段分隔符,而是被放置在了记录中的特定列,这种情况下,必须设定 FIELDWIDTHS 变量来匹配数据在记录中的位置。

一旦设置了 FIELDWIDTH 变量,awk 就会忽略 FS 变量,并根据提供的字段宽度来计算字段,下面是个采用字段宽度而非字段分隔符的例子:

[root@localhost ~]# cat data1b
1005.3247596.37
115-2.349194.00
05810.1298100.1
[root@localhost ~]# awk 'BEGIN{FIELDWIDTHS="3 5 2 5"}{print $1,$2,$3,$4}' data1b
100 5.324 75 96.37
115 -2.34 91 94.00
058 10.12 98 100.1

注意,一旦设定了 FIELDWIDTHS 变量的值,就不能再改变了,因此,这种方法并不适用于变长的字段。

变量 RS 和 ORS 定义了 awk 程序如何处理数据流中的字段,默认情况下,awk 将 RS 和 ORS 设为换行符。默认的 RS 值表明,输入数据流中的每行新文本就是一条新纪录。 有时,你会在数据流中碰到占据多行的字段。典型的例子是包含地址和电话号码的数据,其中地址和电话号码各占一行,例如:

Riley Mullen
123 Main Street
Chicago, IL 60601
(312)555-1234

如果你用默认的 FS 和 RS 变量值来读取这组数据,awk 就会把每行作为一条单独的记录来读取,并将记录中的空格当作字段分隔符,这并不是用户想要的。

要解决这个问题,只需把 FS 变量设置成换行符,这就表明数据流中的每行都是一个单独的字段,每行上的所有数据都属于同一个字段;与此同时,把 RS 变量设置成空字符串,然后在数据记录间留一个空白行,awk 会把每个空白行当作一个记录分隔符。例如:

[root@localhost ~]# cat data2
Riley Mullen
123 Main Street
Chicago, IL  60601
(312)555-1234

Frank Williams
456 Oak Street
Indianapolis, IN  46201
(317)555-9876

Haley Snell
4231 Elm Street
Detroit, MI 48201
(313)555-4938
[root@localhost ~]# awk 'BEGIN{FS="\n"; RS=""} {print $1,$4}' data2
Riley Mullen (312)555-1234
Frank Williams (317)555-9876
Haley Snell (313)555-4938


表 2 环境信息变量
变量名功能
ARGC命令行参数个数。
ARGIND当前文件在 ARGC 中的位置。
ARGV包含命令行参数的数组。
CONVFMT数字的转换格式,默认值为 %.6g。
ENVIRON当前 shell 环境变量及其值组成的关联数组。
ERRNO当读取或关闭输入文件发生错误时的系统错误号。
FILENAME当前输入文档的名称。
FNR当前数据文件中的数据行数。
IGNORECASE设成非 0 值时,忽略 awk 命令中出现的字符串的字符大小写。
NF数据文件中的字段总数。
NR已处理的输入记录数。
OFMT数字的输出格式,默认值为 %.6g。
RLENGTH由 match 函数所匹配的子字符串的长度。
TSTART由 match 函数所匹配的子字符串的起始位置。


其中,FNR 和 NR 变量虽然类似,但又略有不同。FNR 变量含有当前数据文件中已处理过的记录数,NR 变量则含有已处理过的记录总数。举个例子:

[root@localhost ~]# cat data1
data11,data12,data13,data14,data15
data21,data22,data23,data24,data25
data31,data32,data33,data34,data35
[root@localhost ~]# awk '
> BEGIN {FS=","}
> {print $1,"FNR="FNR,"NR="NR}
> END{print "There were",NR,"records processed"}' data1 data1
data11 FNR=1 NR=1
data21 FNR=2 NR=2
data31 FNR=3 NR=3
data11 FNR=1 NR=4
data21 FNR=2 NR=5
data31 FNR=3 NR=6
There were 6 records processed

由此可以看出,当只使用一个数据文件作为输入时,FNR 和 NR 的值是相同的;如果使用多个数据文件作为输入,FNR 的值会在处理每个数据文件时被重置,而 NR 的值则会继续计数直到处理完所有的数据文件。

自定义变量

和其他典型的编程语言一样,awk 允许用户定义自己的变量在脚本程序中使用。awk 自定义变量名可以是任意数目的字母、数字和下划线,但不能以数字开头。更重要的是,awk 变量名区分大小写。

举个简单的例子:

[root@localhost ~]# awk '
> BEGIN{
> testing="This is a test"
> print testing
> testing=45
> print testing
> }'
This is a test
45

可以看到,print 语句的输出是 testing 变量的当前值。

也可以用 awk 命令行来给程序中的变量赋值,这允许我们在正常的代码之外赋值,即时改变变量的值,比如:

[root@localhost ~]# cat script1
BEGIN{FS=","} {print $n}
[root@localhost ~]# awk -f script1 n=2 data1
data12
data22
data32
[root@localhost ~]# awk -f script1 n=3 data1
data13
data23
data33

需要注意的是,使用命令行参数来定义变量值会有一个问题,即设置了变量后,这个值在代码的 BEGIN 部分不可用,如下所示:

[root@localhost ~]# cat script2
BEGIN{print "The starting value is",n; FS=","}
{print $n}
[root@localhost ~]# awk -f script2 n=3 data1
The starting value is
data13
data23
data33

解决这个问题,可以用 -v 命令行参数,它可以实现在 BEGIN 代码之前设定变量。在命令行上,-v 命令行参数必须放在脚本代码之前,如下所示:

[root@localhost ~]# awk -v n=3 -f script2 data1
The starting value is 3
data13
data23
data33

注意,awk 脚本程序中输出函数还可以使用 C 语言中的 printf 函数,具体用法可阅读《C语言 printf 函数》 和《C语言输出大汇总》两篇文章,系统学习此函数的用法。

awk 使用数组

为了在单个变量中存储多个值,许多编程语言都提供数组,awk 使用关联数组提供数组功能。

关联数组跟数字数组不同之处在于,它的索引值可以是任意文本字符串。用户不需要用连续的数字来标识数组中的数据元素;相反,关联数组用各种字符串来引用值。每个索引字符串都必须能够唯一地标识出赋给它的数据元素。

如果你熟悉其他编程语言的话,其实关联数组和散列表、字典的用法类似。

关联数组的定义和使用

在 awk 脚本程序中,定义一个数组变量可以使用标准复制语句,其基本格式为:

var[index]=element

其中,var 是数组名,index 是关联数组的索引值,element 是数据元素值。例如:

capital["Illinois"] = "Springfield"
capital["Indiana"] = "Indianapolis"
capital["Ohio"] = "Columbus"

在引用数组变量时,必须用索引值(index)来提取相应的数据元素值,例如:

[root@localhost ~]# awk 'BEGIN{
> capital["Illinois"] = "Springfield"
> print capital["Illinois"]
> }'
Springfield

数组变量也是变量,也可以使用其进行基本的算术运算,例如:

[root@localhost ~]# awk 'BEGIN{
> var[1] = 34
> var[2] = 3
> total = var[1] + var[2]
> print total
> }'
37

关联数组的遍历

在 awk 中遍历关联数组,可以用 for 语句的一种特殊形式:

for (var in array)
{
    statements
}

这个 for 语句会在每次循环时将关联数组 array 的下一个索引值赋给变量 var,然后执行一遍 statements。

再次强调,整个遍历过程中,传给 var 的都是每个数组元素的索引值(也就是 index),不是数组元素的值。

举个例子:

[root@localhost ~]# awk 'BEGIN{
> var["a"] = 1
> var["g"] = 2
> var["m"] = 3
> var["u"] = 4
> for (test in var)
> {
>    print "Index:",test," - Value:",var[test]
> }
> }'
Index: u  - Value: 4
Index: m  - Value: 3
Index: a  - Value: 1
Index: g  - Value: 2

注意,索引值不会按任何特定顺序返回,但它们都能够指向对应的数据元素值。

删除数组变量

awk脚本程序还支持从关联数组中删除某个数组索引,使用 delete 命令就可以,此命令会从数组中删除指定的索引值及相关的数据元素的值。

delete 命令的基本格式如下:

delete array[index]

举个例子:

[root@localhost ~]# awk 'BEGIN{
> var["a"] = 1
> var["g"] = 2
> for (test in var)
> {
>    print "Index:",test," - Value:",var[test]
> }
> delete var["g"]
> print "---"
> for (test in var)
> {
>    print "Index:",test," - Value:",var[test]
> }
> }'
Index: a  - Value: 1
Index: g  - Value: 2
---
Index: a  - Value: 1

需要注意的是,一旦从关联数组中删除了索引值,就没法再用它来提取元素值。

awk使用分支结构

awk 支持标准的 if-then-else 格式的 if 语句,其基本格式为:

if (condition)
    statement1
else
    statements

也可以将它放在一行上,像这样:

if (condition) statement1;else statement2

举个简单的例子:

[root@localhost ~]# cat data4
10
5
13
50
34
[root@localhost ~]# awk '{if ($1 > 20) print $1 * 2; else print $1 / 2}' data4
5
2.5
6.5
100
68

awk使用循环结构

awk 脚本程序中,可以使用 while、do-while、for 这 3 种循环结构,它们各自的基本格式分别如表 3 所示。

表 3 循环结构基本格式及实例
基本格式实例
while (条件) {
   运行代码;
}

[root@localhost ~]# cat data5
130 120 135
160 113 140
145 170 215
[root@localhost ~]# awk '{
> total = 0
> i = 1
> while (i < 4)
> {
>    total += $i
>    i++
> }
> avg = total / 3
> print "Average:",avg
> }' data5
Average: 128.333
Average: 137.667
Average: 176.667

do
{
运行代码;
}while(条件)

[root@localhost ~]# awk '{
> total = 0
> i = 1
> do
> {
>    total += $i
>    i++
> } while (total < 150)
> print total }' data5
250
160
315

for(变量;条件;计数器)
{
    运行代码;
}

[root@localhost ~]# awk '{
> total = 0
> for (i = 1; i < 4; i++)
> {
>    total += $i
> }
> avg = total / 3
> print "Average:",avg
> }' data5
Average: 128.333
Average: 137.667
Average: 176.667


从表 3 中可以看出,awk 支持使用的循环结构的用法和 C 语言完全一样,除此之外,awk 还支持使用 break(跳出循环)、continue(终止当前循环)关键字,其用法和 C 语言中也完全相同,这里不再过多赘述,读者可以阅读《C语言循环结构和选择结构》一章系统学习。

awk使用函数

内建函数

和内建变量类似,awk 也提供了不少内建函数,可进行一些常见的数学、字符串以及时间函数运算,如表 4 所示。

表 4 awk 内建函数
函数分类函数原型函数功能
数学函数atan2(x, y)x/y 的反正切,x 和 y 以弧度为单位。
cos(x)x 的余弦,x 以弧度为单位。
exp(x)x 的指数函数。
int(x)x 的整数部分,取靠近零一侧的值。
log(x)x 的自然对数。
srand(x)为计算随机数指定一个种子值。
rand()比 0 大比 1 小的随机浮点值。
sin(x)x 的正弦,x 以弧度为单位。
sqrt(x)x 的平方根。
位运算函数and(v1, v2)执行值 v1 和 v2 的按位与运算。
compl(val)执行 val 的补运算。
lshift(val, count)将值 val 左移 count 位。
or(v1, v2)执行值 v1 和 v2 的按位或运算。
rshift(val, count)将值 val 右移 count 位。
xor(v1, v2)执行值 v1 和 v2 的按位异或运算。
字符串函数asort(s [,d])将数组 s 按数据元素值排序。索引值会被替换成表示新的排序顺序的连续数字。另外,如果指定了 d,则排序后的数组会存储在数组 d 中。
asorti(s [,d])将数组 s 按索引值排序。生成的数组会将索引值作为数据元素值,用连续数字索引来表明排序顺序。另外如果指定了 d,排序后的数组会存储在数组 d 中。
gensub(r, s, h [, t]) 查找变量 $0 或目标字符串 t(如果提供了的话)来匹配正则表达式 r。如果 h 是一个以 g 或 G 开头的字符串,就用 s 替换掉匹配的文本。如果 h 是一个数字,它表示要替换掉第 h 处 r 匹配的地方。
gsub(r, s [,t])查找变量 $0 或目标字符串 t(如果提供了的话)来匹配正则表达式 r。如果找到了,就全部替换成字符串 s。
index(s, t)返回字符串 t 在字符串 s 中的索引值,如果没找到的话返回 0。
length([s])返回字符串 s 的长度;如果没有指定的话,返回 $0 的长度。
match(s, r [,a])返回字符串 s 中正则表达式 r 出现位置的索引。如果指定了数组 a,它会存储 s 中匹配正则表达式的那部分。
split(s, a [,r])将 s 用 FS 字符或正则表达式 r(如果指定了的话)分开放到数组 a 中,并返回字段的总数。
sprintf(format, variables)用提供的 format 和 variables 返回一个类似于 printf 输出的字符串。
sub(r, s [,t]) 在变量 $0 或目标字符串 t 中查找正则表达式 r 的匹配。如果找到了,就用字符串 s 替换掉第一处匹配。
substr(s, i [,n])返回 s 中从索引值 i 开始的 n 个字符组成的子字符串。如果未提供 n,则返回 s 剩下的部分。
tolower(s)将 s 中的所有字符转换成小写。
toupper(s)将 s 中的所有字符转换成大写。
时间函数mktime(datespec)将一个按 YYYY MM DD HH MM SS [DST] 格式指定的日期转换成时间戳值。
strftime(format [,timestamp])将当前时间的时间戳或 timestamp(如果提供了的话)转化格式化日期(采用 shell 函数 date() 的格式)。
systime()返回当前时间的时间戳。

时间戳指的是格林威治时间,即从 1970年1月1日8时1起到现在的总秒数。

自定义函数

除了awk 中的内建函数,还可以在 awk 脚本程序中自定义函数,创建自定义函数的基本格式为:

function 函数名(参数1,参数2,...)
{
    运行代码;
}

注意,自定义函数的函数名必须能够唯一标识此函数,换句话说,在同一个 awk 脚本程序中,多个函数的函数名不能相同。同时,函数的参数可以有多个(0 个、1 个或多个)。

例如:

function printthird()
{
    print $3
}

此函数会打印记录中的第三个数据字段。

函数还能用 return 语句返回值,例如:

function myrand(limit) {
    return int(limit * rand())
}

需要注意的是,在定义函数时,它必须出现在所有代码块之前(包括 BEGIN 和 END代码块)。

创建函数库

awk 提供了一种途径来将多个函数放到一个库文件中,这样用户就能在所有的 awk 脚本程序中使用了。为了方便大家理解,下面给大家举个实例。

首先,我们需要创建一个存储所有 awk 函数的文件:

[root@localhost ~]# cat funclib
function myprint() {
   printf "%-16s - %s\n", $1, $4
}
function myrand(limit)
{
   return int(limit * rand())
}
function printthird()
{
   print $3
}

要想让 awk 成功读取 funclib 函数库文件,就需要使用 -f 选项,但此选项无法和 awk 脚本程序同时放到命令行中一起使用。因此,要使用库函数文件,只能再创建一个脚本程序文件,例如:

[root@localhost ~]# cat script4
BEGIN{ FS="\n"; RS=""}
{
     myprint()
}
[root@localhost ~]# awk -f funclib -f script4 data2
Riley Mullen     - (312)555-1234
Frank Williams   - (317)555-9876
Haley Snell      - (313)555-4938

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