【WSL入門】第4回 bashの展開機能と正規表現の基礎：ITの教室（2/2 ページ）

　bashは、cmd.exeと同じくコマンドラインを解釈して実行するコマンドラインインタープリタなのだが、強力なスクリプトインタープリタでもある。cmd.exeもバッチ言語のインタープリタではあるが、bashに比べると少々非力だ。

　bashのメリットの1つは、コマンドライン中に引数として変数を入れたり、文字列パターンを展開したりする機能などが入っていることだ。bashがこうしたコマンドラインの展開機能を持っているため、個々のコマンドは、渡された引数をちゃんと処理するプログラムとして動作すればよく、シェルの展開と組み合わせることで高度な機能を実現できる。

　Windows OSのコマンドラインでは、ファイルを指定するとき簡単なワイルドカードしか利用できない。それに対してbashでは、正規表現に準じたファイルやディレクトリ名のパターン指定が行える。本連載の最後の解説として、bashのコマンドラインにおける展開機能について解説する。

　展開とは、一定の書式で記述されたパターンをルールに従って文字列に変換する機能だ（このため置換と呼ばれることもある）。コマンドラインにbashの変数名を置けば、その内容に置き換えられる。

　bashの展開機能には、以下のものがあり、この順番でコマンドラインを展開してから実行を行う。

　それぞれ少々面倒だが、ここを理解すれば、bashの多くのメリットを引き出せる。また、これらの展開は、対象となる文字列パターン（パラメーター展開なら変数名）がなければ、何も行われない。展開の名称は、bashの日本語manページに記述を合わせてあるので、検索して該当部分をさらに詳しく調べることもできる。展開全般に関しては、man bashで開いたら検索（スラッシュキー）で「^展開」（行頭にある展開）を検索させるといいだろう。

ブレース展開

　bashの展開機能のうちで最も強力なものがブレース展開だ。ブレースとは、波括弧のことである。この展開は、波括弧で括った部分を解釈して複数の単語（スペースで区切られた文字列）に変換する機能だ。“{1..10}”とすれば、スペースで区切られた1〜10までの数字に変換される（これをシーケンス式と呼ぶ）。このとき、ブレースの前後に付いた文字列もコピーして展開される。“cat Test/file{1..3}”とすれば、ブレース展開によって以下のコマンドラインが実行される。

bashのブレース展開の例
いまTestディレクトリに「file1」から「file5」というテキストファイルがある。bashのブレース展開では、“Test/file{1..3}”とすることで、3つのファイルを指定したのと同じ意味になる。これは、実行前に行われるブレース展開の結果だ。

　ファイル名の末尾が数字のファイルならば、まとめて指定が可能だ。さらに便利なのは“{00..09}”などとすると（数字の前に0を付けると）、00、01、02……というパターンに変換される部分だ。あるいは“{a..z}”といった指定も可能だ。ブレース展開は単語をカンマで区切って指定することもできる。“Test2/file-{ok,bad,unknown}”と指定すれば、3つのファイルパスを生成できる。

チルダ展開

　Linuxでは、一般的にユーザーのホームディレクトリは、「/home」以下にユーザー名を使って作られる。ユーザー名が「shioda」ならば、ホームディレクトリは「/home/shioda」となる。

　ホームディレクトリはユーザーが自由に利用できるディレクトリなので、ここにユーザーのファイルを置いたり、そのためのディレクトリを作ったりすることが多い。このとき、自身のホームディレクトリはbashのコマンドラインでは“~/”と表現でき、「/home/shioda/xyz」ならば“~/xyz”と表現できる。

bashの「~」の例
「~（チルダ）」は、ユーザーのホームディレクトリを略記する場合などに利用できる。

　これは、自身のホームディレクトリに対する略記として利用できるほか、他のユーザー（yoshida）なら“~yoshida/abc”などと表記できる。こうしたチルダに続く文字列をユーザーディレクトリに変換するのがチルダ展開である。チルダ展開にはその他の機能もあるが、これについてはbashのmanページを参照してほしい。

パラメーター展開

　bashでは、変数を利用することができる。変数への代入は、コマンドラインで普通に代入文を記述すればよい。「teststring」という変数に「cat dog」という文字列を代入するなら“teststring="cat dog"”とすればよい。これで「teststring」に文字列が記憶されるが、これを呼び出したいときには、コマンドライン中に“${変数名}”と記述する。

bashのパラメーター展開の例
bashのコマンドラインでは、シェル変数を簡単に定義して利用できる。繰り返し使う文字列や引数などを変数に記憶させておくと、実行前のパラメーター展開で変数の内容に置き換えてくれる。

　ただし多くの場合、コマンドライン中の前後の文字列との組合せで間違う可能性がなければ、波括弧を省略して“$変数名”と記述できる。おそらく、この方が多く見かける表記だろう。なお、代入部分の後にセミコロンを置いてこの後に直接コマンドを書いてもよい。

　また、パラメーター展開では、サブコマンドがあり、変数の内容に対して簡単な処理が行える。“${変数名:4:3}”と記述すると変数の内容の4文字目から3文字を取り出した文字列に変換が行われる（BASIC言語のMID$文字列関数と同じ）。似たような機能は、cmd.exeにもあるが、bashの方が高機能である。

算術式展開

　「$((」と「))」で挟んだ式を計算して値に置き換えるのが算術式展開だ。この中でシェル変数への代入や変数の参照も行える。また、変数自体を変更する「++」「--」といった演算子も利用可能だ。演算子に関しては、manページの「算術式評価」に記載がある。注意するのはbashが扱う数値は整数である点だ。

bashの算術式展開の例
算術式展開を使うと、計算結果を使うことができる。この中では、シェル変数への代入などが行える。

コマンド置換

　逆クオート「`」または「$(」と「)」で囲まれた部分は、コマンドとして実行され、その結果に置き換えられる。逆クオートは古い形式だが、UNIX初期からあるshの表記方法であるため、まだ、古い形式を使うことも多い。

bashのコマンド展開の例
コマンド展開は、囲まれたコマンドを実行してその結果（出力）に置き換えてくれる。grepの実行結果は複数行だが、コマンドラインに展開されるためにスペース区切りの文字列に展開されている点に注意したい。

　ただし、逆クオート内部の「\（逆スラッシュ）」の扱いに特殊な部分があり、注意する必要がある。内部にさらに逆クオート形式でコマンド置換を入れ子にするなら、逆クオートでエスケープさせる必要がある。慣れていないなら、新しい形式である“$(コマンド)”を使う方がいいかもしれない。

プロセス置換

　プロセス置換とは、コマンドの実行結果をファイルとしてコマンドの引数に指定できるようにするもの（逆にファイルへの出力をコマンドの入力にできる）。標準入出力によるパイプは、1つしかないため、1つのコマンドの出力だけしか渡すことができない。しかし、ファイルを引数として複数受け付けるコマンドもある。

　ファイルの相違を調べるdiffコマンドは、2つのファイルを引数に取る。2つのコマンドの出力をdiffで比較させるような場合にプロセス置換を使う。

　このようにすることで、2つのコマンドの実行結果をファイルとしてdiffコマンドに渡すことができる。プロセス置換を使わないならそれぞれ、一時ファイルを作ってdiffコマンドの引数としなければならない。

bashのプロセス展開の例
プロセス展開とは、コマンドの実行結果をファイルのように扱うこと（逆にファイルへの出力にコマンドを適用できる）。標準入出力は1種類のみなので、複数のファイルを受け付けるdiff（ファイル比較コマンド）などに対して2つのファイルを送り込むことができない。しかし、プロセス展開を使うと、コマンドの実行結果をファイルのようにdiffコマンドの引数に与えることができる。この例はブレース展開で1から10、5から15のテキストをあたかもファイルのようにdiffコマンドで比較している。

単語の分割

　以上の展開、置換が終了したあと、bashは、生成されたコマンドラインを再度解釈して単語を分離する。単語として分離された文字列は、それぞれが1つのパラメーターとなるため、ブレース展開の結果などは、元が1つであっても複数の引数として認識されるようになる。

　ただし、単語の分割は、展開が1つでも行われたときに実行され、展開が何も実行されない（結果が変わらない）場合には単語への分割は発生しない。展開の結果、ダブルクオート「"」やシングルクオート「'」で囲まれていないスペースができると、そこが単語の切れ目として認識され、以後の処理で個別の単語として認識されるようになる。

パス名展開

　パス名展開は、bashコマンドラインの展開の大きなポイントだ。なぜなら多くの場合、コマンドラインではファイルを引数として指定するためファイルやディレクトリへのパスの記述が大半を占めるからだ。イメージ的には、パス名展開は、cmd.exeのワイルドカードの強化版と思ってもいい。

　まず、パス名展開は、これまで説明してきた展開が終了し、単語に分割された後に処理される。このとき、コマンドラインに「*」「?」「[」という正規表現の特殊文字が含まれているなら、正規表現に準拠したファイルの検索が行われ、実在のファイルやディレクトリへのパスと一致したパスのみが選択される。パス名展開の「*」「?」は、正規表現でいえば“[^/]*”、“[^/]?”のように、スラッシュとは一致しない繰り返しに相当する。

　またこのパターンは、実在しないファイルへのパスには一致しない。サブディレクトリ「Test」に「file1」…… 「file5」が存在したとき、パス“*/*”は、サブディレクトリ内に存在するファイルにのみマッチする。

bashのパス名展開の例
パス名展開は、「*」「?」「[」「]」の正規表現特殊文字を使ってパス名を指定する方法だ。ただし、実際に存在するファイル名やディレクトリ名に一致する。また、これらの特殊文字は、パス区切り文字である「/」とは一致しない。「Test」「Test2（中身は空）」の2つのサブディレクトリがあるとき、“*/*”は空でないTestディレクトリ中のファイルに一致する。また、“*/”は、2つのサブディレクトリに一致する。

　このとき、空のディレクトリ「Test2」があったとしても、“*/*”とは一致しない。なぜなら最初の「*」は「Test2」に一致するが、ファイルが何もなければ、2つ目の「*」に一致するものがないからである。つまり、“*/*”は、サブディレクトリに存在しているファイルに対してのみ一致する。

　また、カレントディレクトリに幾つファイルがあっても、“*/*”はそれらのファイルには一致しない（サブディレクトリの中にあるファイルやディレクトリのみにマッチする）。パス名展開は、このように実在しているファイルやディレクトリのみに展開される。このため、安心してコマンドラインのファイル指定パスとして利用することができる。

　パス名展開は、限定された正規表現であり、一致するのは必ず存在するファイルやディレクトリとなる。なお、パスの最後をスラッシュとすることでディレクトリ自体を指定できる。パス名展開では、メタキャラクタの「*」と「?」、そして文字クラスである「[」「]」が利用できる。

　こうして全ての展開が終了した後にコマンドが実行される。なお、展開の結果が心配なら、今回の例で使ったようにechoコマンドなどの無害なコマンドの引数として指定してみることで、結果を調べることができる。

　ざっと駆け足でWSLの基本部分を解説した。個々のコマンドについては、manで調べればよく、「Linuxで××したい」といった逆引き的な検索は、インターネット検索で十分なんとかなる。取りあえず便利なbashに慣れ、ちょっとしたファイル操作などは、WSL側から行えるようになると、さまざまなコマンドを使いながらbashやLinuxに慣れていくことができる。

　まずは、コマンドラインでいろいろと試してみるところが重要である。このあたり、すぐに参考書などを読んでもなかなか頭に入らない。書籍などは、bashのコマンドラインに慣れ、いろいろやってみたいと思い始めた頃に読んだ方が頭に入りやすい。

　Windows 10が動いていればWSLは無料ですぐに利用できる。ある意味、Linuxのディストリビューションをダウンロードしてインストールするよりも簡単だ。取りあえず手を動かしてみるところから始めてみよう。