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雷达卡
5. 变量的数值计算实践
5.1 常见的 Shell 算术运算符
在进行算术运算时，需要使用各种运算符号。Shell 支持丰富的算术运算符，与其他编程语言类似，能够满足多种数学和逻辑操作需求。
- +、-：作为一元运算符时表示正号或负号；作为二元运算符时表示加法与减法。
- *、/、%：分别代表乘法、除法以及取余（也称取模）操作。
- **：用于执行幂运算，例如 2 的 3 次方可表示为 2**3。
- ++、--：自增与自减运算符，可用于变量前（前置）或后（后置）。
- !、&&、||：逻辑非（取反）、逻辑与（and）、逻辑或（or），常用于条件判断中。
- <、<=、>、>=：比较运算符，表示小于、小于等于、大于、大于等于。
- ==、!=、=：用于判断相等或不相等，其中 = 在字符串比较中也可表示“相当于”。
- <<、>>：位移运算符，分别表示向左移位和向右移位。
- ~、|、&、^：按位取反、按位或、按位与、按位异或。
- =、+=、-=、*=、/=、%=：赋值及复合赋值运算符。例如：
a+=1
相当于
a=a+1
而
a-=1
相当于
a=a-1
常用的 Shell 算术运算命令
除了基本运算符外，Shell 还提供了多个可用于数值计算的命令：
- (())：主要用于整数运算，执行效率高，是运维中常用的方式。
- let：实现整数运算，功能上类似于
(())。(()) - expr：支持整数运算，同时具备其他文本处理能力。
- bc：Linux 下的功能强大计算器程序，适用于整数和小数运算。
- $[]：旧式整数运算语法，现已逐渐被
$((...))替代。 - awk：既能处理整数也能处理浮点数运算，适合复杂场景。
- declare：用于定义变量属性，通过 -i 参数可声明整型变量并直接参与运算。
5.2 使用 (()) 双小括号进行数值运算
双小括号 (()) 是 Shell 中非常高效的数值运算工具，不仅可以进行数学计算，还能完成数值比较和逻辑判断，广泛应用于脚本开发和系统管理任务中。
5.2.1 (()) 的基础语法结构
以下是 (()) 的常见用法：
((i = i + 1))：将表达式i+1的结果重新赋值给变量 i，属于典型的“先运算后赋值”模式。- 注意：不能直接使用
echo (i+1)输出表达式的值，而应使用带美元符号的形式：echo ((i=i+l))
正确的写法是：echo $((i=i+l)) - 可以在
(())前添加$符号，如：$((i+1))，表示对该表达式求值并返回结果。 ((8 > 7 && 5 == 5))：支持复杂的条件判断，包含关系比较与逻辑运算（与、或）。- 若需直接输出表达式结果，可使用：
echo $((2+1))，即在(())外包裹$()实现结果输出。
5.2.2 (()) 数值运算的实际应用示例
示例1：简单数值计算
[root@server ~ 15:53:03]# echo $((1+1)) 2 [root@server ~ 16:05:57]# echo $((6*3)) 18 [root@server ~ 16:06:11]# ((i=5)) [root@server ~ 16:06:29]# ((i=i*2)) [root@server ~ 16:06:41]# echo $i 10
示例2：复杂表达式运算
[root@server ~ 16:06:48]# ((a=1+2**3-4%3)) [root@server ~ 16:07:22]# echo $a 8 [root@server ~ 16:51:45]# b=$((a=1+2**3-4%3)) [root@server ~ 18:25:06]# echo $b 8 [root@server ~ 18:25:13]# echo $((a=1+2**3-4%3)) 8 [root@server ~ 18:25:20]# a=$((100*(100+1)/2)) [root@server ~ 18:25:34]# echo $a 5050 [root@server ~ 18:25:40]# echo $((100*(100+1)/2)) 5050
示例3：特殊运算符的使用
[root@server ~ 18:25:47]# a=8;echo $((a+=1)) 9 [root@server ~ 18:26:01]# echo $((a**2)) 81
示例4：比较与逻辑判断
[root@server ~ 16:07:27]# ((3<8)) [root@server ~ 16:07:49]# echo $? 0 [root@server ~ 16:07:53]# echo $((3<8)) 1 [root@server ~ 18:26:07]# ((3>8)) [root@server ~ 18:26:28]# echo $? 1 [root@server ~ 18:26:34]# echo $((3>8)) 0
说明：在 (()) 中进行比较时，若条件成立则退出状态 $? 为 0（真），否则为 1（假）；而使用 echo $((...)) 输出时，结果以 1 表示真，0 表示假。
[root@server ~ 18:26:41]# echo $((3==3)) 1 [root@server ~ 18:26:47]# if ((8>7 && 5==5));then echo yes;fi yes
示例5：使用 ++ 和 -- 运算符对变量进行操作的表达式
在 Shell 中，前置与后置自增、自减运算符会影响表达式的输出结果。
[root@server ~ 16:08:33]# a=10 [root@server ~ 16:08:52]# echo $((a++)) 10 [root@server ~ 16:09:03]# echo $a 11 [root@server ~ 16:09:08]# echo $((--a)) 10 [root@server ~ 16:09:25]# echo $a 10
总结如下：
- 执行
echo $((a++))和echo $((a--))时，先输出表达式的值，该值为变量当前的原始值；echo $((a++)) - 随后再对变量进行自增或自减操作。
echo $((a--)) - 也就是说，在输出整个表达式的时候，显示的是
a的初始值（即
的值），而运算完成后，会对aa执行
或++
操作。--
- 当执行
echo $((++a))和echo $((--a))时，系统会首先对变量a进行
或++
操作；--echo $((++a)) - 然后才计算并输出表达式的值，因此最终输出的是经过运算之后的新值。
echo $((--a))
示例6：利用 (()) 运算并将结果赋值给变量
可以通过双括号结构完成算术运算，并将结果重新赋值给原变量或其他变量。
[root@server ~ 18:26:57]# num=99 [root@server ~ 18:27:24]# echo $((num+1)) 100 [root@server ~ 18:29:06]# num=$((num+1)) [root@server ~ 18:29:16]# echo $num 100
5.3 let 命令
let 命令用于执行算术表达式，其语法格式如下：
let 表达式其功能等价于使用 $((...)) 结构进行运算。
((表达式))实际应用示例：
[root@server ~ 16:09:27]# i=2 [root@server ~ 16:09:49]# i=i+8 [root@server ~ 16:09:56]# echo $i i+8
直接写 i=i+8 并不会执行数学运算，而是将其视为字符串赋值。
[root@server ~ 16:10:15]# i=2 [root@server ~ 16:10:19]# let i=i+8 [root@server ~ 16:10:21]# echo $i 10
使用 let 后，表达式被正确解析为算术运算，变量 i 成功更新为 10。
5.4 expr 命令
expr 不仅支持整数算术运算，还可用于字符串处理，如长度判断、模式匹配等场景。
expr(evaluate(求值）expressions(表达式））5.4.1 expr 基本用法示例
[root@server ~ 16:10:25]# expr 2 + 2 4 [root@server ~ 16:10:58]# expr 2 \* 2 4
使用 expr 时需注意以下规则：
- 运算符和数字两侧必须至少有一个空格，否则会导致语法错误。
- 乘法符号
*必须通过反斜杠转义（写作\*），以避免 shell 将其解释为通配符。expr
expr 命令退出码说明：
| 退出码 | 含义 |
|---|---|
| 0 | 表达式计算成功（例如：expr 2 + 3） |
| 1 | 表达式结果为空或为 "0"（例如：expr 0） |
| 2 | 参数非法，如包含非整数参与运算 |
| 3 | 表达式存在语法错误（如缺少操作数） |
5.4.2 expr 企业级实战案例详解
示例1：判断变量内容是否为整数
由于 Shell 缺乏内置类型检测函数，判断一个值是否为整数通常需要借助外部命令。这里介绍一种基于 expr 特性的方法。
实现原理：
利用 expr 在进行数值运算时要求所有操作数必须为整数的特性。将待测变量与一个已知整数相加，若返回退出码为 0，则说明变量是合法整数；若返回退出码为 2，则表示参数不合法，即不是整数。
[root@server ~ 16:11:12]# i=5 [root@server ~ 16:11:48]# expr $i + 5 10 [root@server ~ 16:11:55]# echo $? 0
[root@server ~ 16:12:03]# i=a [root@server ~ 16:12:34]# expr $i + 5 expr: non-integer argument [root@server ~ 16:12:37]# echo $? 2
上述输出中，“non-integer argument” 表示传入了非整数参数，本质是“非整数参与了算术运算”，这是 expr 对非法参数的标准反馈，对应退出码为 2。
此外，expr match 可用于正则表达式匹配，返回匹配到的字符个数：
- 匹配成功 → 返回匹配部分的字符长度；
- 匹配失败 → 返回 0。
可通过执行 expr --help 或查阅手册获取更多帮助信息。
man expr# 变量值为非整数，返回值为0 [root@server ~ 16:14:41]# i=a [root@server ~ 16:16:28]# expr match "$i" "^[1-9][0-9]*$" 0 # 变量值为整数，返回值大于0 [root@server ~ 16:16:28]# i=123 [root@server ~ 16:16:30]# expr match "$i" "^[1-9][0-9]*$" 3
示例1：使用 expr 判断变量是否为正整数
[root@server ~ 16:17:00]# i=5
[root@server ~ 16:18:28]# expr match "$i" "^[1-9][0-9]*$"
1
示例2：验证文件扩展名是否符合指定格式
[root@server ~ 16:18:29]# file=stu-202212.jpg
# 检查是否以 .jpg 结尾，返回匹配长度（14），不关注输出值
[root@server ~ 16:18:46]# expr "$file" : ".*\.jpg$"
14
[root@server ~ 16:19:01]# echo $?
# 尝试匹配 .pub 扩展名，未匹配成功，返回0
[root@server ~ 16:19:08]# expr "$file" : ".*\.pub$"
[root@server ~ 16:19:39]# echo $?
1
示例3：计算字符串的字符数量
[root@server ~ 16:19:41]# str="abc123abc123"
[root@server ~ 16:20:04]# expr length "$str"
12
示例4：筛选出语句中长度不超过6个字符的单词
[root@server ~ 16:21:01]# vim str.sh
[root@server ~ 16:21:20]# cat str.sh
#!/bin/bash
strings="This is Linux World Welcome to our classroom"
for word in $strings
do
if [ $(expr length "$word") -le 6 ];then
echo $word
fi
done
脚本执行后的输出结果如下：
[root@server ~ 16:21:23]# bash str.sh
This
is
Linux
World
to
our
5.5 bc 命令
bc 是类 UNIX 系统下的高精度计算器工具，既可交互使用，也可在命令行中作为数学运算处理器。
bc使用示例：
[root@server ~ 16:21:43]# 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'.
4/7
scale=3
4/7
.571
quit
通过管道传递表达式进行非交互式计算：
[root@server ~ 16:23:42]# echo '4/8' |bc
.5
[root@server ~ 16:23:53]# echo 'scale=1;4/8' |bc
.5
[root@server ~ 16:22:31]# echo 'scale=3;4/8' |bc
.500
5.6 使用 awk 命令进行数值计算
awk 支持整数和小数运算，特别适合在命令行中处理浮点数，计算精度高，操作简便。
[root@server ~ 16:24:01]# echo 7.7 3.8 | awk '{ print $1-$2 }'
3.9
[root@server ~ 16:24:25]# echo 358 113 | awk '{ print ($1-3)/$2 }'
3.14159
5.7 使用 $[] 符号进行算术运算
示例1：基本四则运算与自增自减操作
[root@server ~ 18:29:22]# echo $[1+1]
2
[root@server ~ 18:29:22]# echo $[4-2]
2
[root@server ~ 18:29:22]# echo $[2*2]
4
[root@server ~ 18:29:22]# echo $[4/2]
2
[root@server ~ 18:29:22]# echo $[5/2]
2
[root@server ~ 18:29:22]# echo $[5%2]
1
[root@server ~ 18:29:22]# count=3;echo $[(count+1)*3]
12
[root@server ~ 18:29:22]# count=3;echo $[ ++count + 3 ]
7
[root@server ~ 18:29:22]# count=3;echo $[ count++ + 3 ]
6
[root@server ~ 18:29:22]# count=3;echo $[ --count + 3 ]
5
[root@server ~ 18:29:22]# count=3;echo $[ count-- + 3 ]
6
示例2：利用单条命令完成复杂表达式的求值任务，推荐使用 bc 工具实现精确计算。最终输出结果如图所示：
1+2+3+...+101+2+3+4+5+6+7+8+9+10=55[root@server ~ 18:29:22]# echo $(seq -s + 10) | bc 55
[root@server ~ 18:29:22]# echo $(( $(echo {1..10} | tr ' ' '+' ) ))
55
[root@server ~ 18:29:22]# echo $[ $(echo {1..10} | tr ' ' '+' ) ]
55
京公网安备 11010802022788号
