shell中的数学运算

Posted 2021-05-14 一口Linux

expr命令
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最开始，Bourne shell提供了一个特别的命令用来处理数学表达式。expr命令允许在命令行上处理数学表达式，但是特别笨拙：

$ expr 1 + 5
6

expr命令能识别一些不同的数字和字符串操作符，如下表：

=======================================================================
操作符 描 述
-----------------------------------------------------------------------
ARG1 | ARG2 如果没有参数是null或0，返回ARG1；否则返回ARG2
ARG1 & ARG2 如果没有参数是null或0，返回ARG1；否则返回0
ARG1 < ARG2 如果ARG1小于ARG2，返回1；否则返回0
ARG1 <= ARG2 如果ARG1小于或等于ARG2，返回1；否则返回0
ARG1 = ARG2 如果ARG1等于ARG2，返回1；否则返回0
ARG1 != ARG2 如果ARG1不等于ARG2，返回1；否则返回0
ARG1 >= ARG2 如果ARG1大于或等于ARG2，返回1；否则返回0
ARG1 > ARG2 如果ARG1大于ARG2，返回1；否则返回0
ARG1 + ARG2 返回ARG1和ARG2的算术运算和
ARG1 - ARG2 返回ARG1和ARG2的算术运算差
ARG1 * ARG2 返回ARG1和ARG2的算术乘积
ARG1 / ARG2 返回ARG1和ARG2的算术商
ARG1 % ARG2 返回ARG1和ARG2的算术余数
STR : EXP 如果EXP匹配到STR的某个模式，返回该模式匹配
match STR EXP 如果EXP匹配到STR的某个模式，返回该模式匹配
substr STR POS LEN 返回起始位置为POS（从1开始计数）、长度为LEN个字符的字符串
index STR CHARS 返回在STR中找到CHARS字符串的位置；否则，返回0
length STR 返回字符串STR的数值长度
+ TOKEN 将TOKEN解释成字符串，即使是个关键字
(EXPRESSION) 返回EXPRESSION的值
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尽管标准操作符在expr命令中工作得很好，但在脚本或命令行上使用它们时仍有问题出现。许多expr命令操作符在shell中有其他意思（比如星号）。在expr命令中使用它们会得到一些诡异的结果：

$ expr 5 * 2
expr: syntax error
$

要解决这个问题，在传给expr命令前，你需要使用shell的转义字符（反斜线）来识别容易被shell错误解释的任意字符：

$ expr 5 \\* 2
10
$

不过，bash shell有一个针对处理数学运算符的改进，请看下面。

使用方括号
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bash shell为了保持跟Bourne shell兼容而包含了expr命令，但它同样也提供了一个执行数学表达式更简单的方法。在bash shell中，在将一个数学运算结果赋给某个变量时，你可以用美元符和方括号($[ operation ])将数学表达式圈起来：

$ var1=$[1 + 5]
$ echo $var1
6
$ var2=$[$var1 * 2]
$ echo $var2
12
$

用方括号来执行shell数学运算比用expr命令方便很多，这种技术在shell脚本中也能工作。同样，在使用方括号来计算公式时，不用担心shell会误解乘号或其他符号。shell知道它不是通配符，因为它在方括号内。
但是，bash shell数学运算只支持整数运算。如果要计算浮点，请往下看。

浮点解决方案
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有几种解决方案能够解决bash中数学运算的整数限制。最常见的解决方法是有内建的bash计算器，称作bc。

###bc的基本用法

bash计算器其实是允许你在命令行输入浮点表达式、解释表达式、计算并返回结果的一种编程语言。bash计算器能够识别：

- 数字（整数和浮点数）
- 变量（简单变量和数组）
- 注释（以＃开始的行或者C语言中的/* */对）
- 表达式
- 编程语句（例如if-then）
- 函数

你可以在shell提示符下通过bc命令访问bash计算器：

$ bc
bc 1.06.95
Copyright 1991-1994, 1997, 1998, 2000, 2004, 2006 Free Software Foundation, Inc.
This is free software with ABSOLUTELY NO WARRANTY.
For details type `warranty'.
12*5.4
64.8
quit

输入计算公式，bc会自动返回答案，退出输入quit。

浮点运算是由一个内建的称为scale的变量控制的。你必须将这个值设置为结果是你想要的小数后的位数。

bc 1.06.95
Copyright 1991-1994, 1997, 1998, 2000, 2004, 2006 Free Software Foundation, Inc.
This is free software with ABSOLUTELY NO WARRANTY.
For details type `warranty'.
3.44 /5
0
scale=4
3.44 /5
.6880
quit

###在脚本中使用bc

你可以使用反引号或者$()来运行bc命令并将输出赋给一个变量。基本格式是这样的：

variable = `echo "options; expression" | bc`

第一部分options允许你来设置变量。如果你需要设置不止一个变量，可以用分号来分开它们。expression变量定义了通过bc执行的数学表达式。例子：

#!/bin/bash
var1=`echo "scale=4; 3.44 / 5" | bc`
echo The answer is $var1

结果是： The answer is .6880

这种方法适用于较短的运算，但有时你会更多地和你自己的数字打交道。如果你有很多运算，在同一个命令行中列出多个表达式就会有点麻烦。
针对这个问题有个解决办法。bc命令能识别输入重定向，允许你将一个文件重定向到bc命令来处理。然后，这同样会叫要困惑，因为你必须将表达式存储到文件中。
最好的办法是使用内联输入重定向，允许你直接在控制台重定向数据。在shell脚本中，你可以将输出赋给一个变量：

variable=`bc << EOF
options
statements
expressions
EOF
`

EOF文件字符串标识了内联重定向数据的开始和结尾。记住仍然需要反引号来将bc命令的输出赋给变量。例如：

#!/bin/bash

var1=10.46
var2=43.67
var3=33.2
var4=71

var5=`bc << EOF
scale = 4
a1 = ($var1 * $var2)
b1 = ($var3 * $var4)
a1 + b1
EOF
`

echo The final answer for this mass is $var5