Shell学习-07-数学运算

2.19 Shell数学计算

执行算术运算（数学计算），就离不开各种运算符号，和其他编程语言类似，Shell 也有很多算术运算符，常见的 Shell 算术运算符，如下表所示。

算术运算符	说明/含义
+、-	加法（或正号）、减法（或负号）
*、/、%	乘法、除法、取余（取模）
**	幂运算
++、–	自增和自减，可以放在变量的前面也可以放在变量的后面
!、&&、\|\|	逻辑非（取反）、逻辑与（and）、逻辑或（or）
<、<=、>、>=	比较符号（小于、小于等于、大于、大于等于）
==、!=、=	比较符号（相等、不相等；对于字符串，= 也可以表示相当于）
<<、>>	向左移位、向右移位
~、\|、 &、^	按位取反、按位或、按位与、按位异或
=、+=、-=、*=、/=、%=	赋值运算符，例如 a+=1 相当于 a=a+1，a-=1 相当于 a=a-1

但是，Shell 和其它编程语言不同，Shell 不能直接进行算数运算，必须使用数学计算命令。

[root@localhost testshell]# echo 3+7
3+7
[root@localhost testshell]# a=10
[root@localhost testshell]# b=$a+10
[root@localhost testshell]# echo $b
10+10
[root@localhost testshell]# c=$a+$b
[root@localhost testshell]# echo $c
10+10+10

从上面的运算结果可以看出，默认情况下，Shell 不会直接进行算术运算，而是把+两边的数据（数值或者变量）当做字符串，把+当做字符串连接符，最终的结果是把两个字符串拼接在一起形成一个新的字符串。
这是因为，在 Bash Shell 中，如果不特别指明，每一个变量的值都是字符串，无论你给变量赋值时有没有使用引号，值都会以字符串的形式存储。也就是，Bash shell 在默认情况下不会区分变量类型，即使你将整数和小数赋值给变量，它们也会被视为字符串，这一点和大部分的编程语言不同。
数学计算命令：让数学计算发挥作用，必须使用数学计算命令，Shell 中常用的数学计算命令如下表所示。

运算操作符/运算命令	说明
(( ))	用于整数运算，效率很高，推荐使用。
let	用于整数运算，和 (()) 类似。
[$]	用于整数运算，不如 (()) 灵活。
expr	可用于整数运算，也可以处理字符串。比较麻烦，需要注意各种细节，不推荐使用。
bc	Linux下的一个计算器程序，可以处理整数和小数。Shell 本身只支持整数运算，想计算小数就得使用 bc 这个外部的计算器。
declare -i	将变量定义为整数，然后再进行数学运算时就不会被当做字符串了。功能有限，仅支持最基本的数学运算（加减乘除和取余），不支持逻辑运算、自增自减等，所以在实际开发中很少使用。

(()) 可以用于整数计算，bc 可以小数计算。

2.20 Shell(())

双小括号 (( )) 是 Bash Shell 中专门用来进行整数运算的命令，它的效率很高，写法灵活，是企业运维中常用的运算命令。注意：(( )) 只能进行整数运算，不能对小数（浮点数）或者字符串进行运算。
Shell (( )) 的用法:双小括号 (( )) 的语法格式为：

#将数学运算表达式放在((和))之间。
((表达式))

表达式可以只有一个，也可以有多个，多个表达式之间以逗号,分隔。对于多个表达式的情况，以最后一个表达式的值作为整个 (( )) 命令的执行结果。可以使用$获取 (( )) 命令的结果，这和使用$获得变量值是类似的。

运算操作符/运算命令	说明
((a=10+6) ((b=a-5)) ((c=a+b))	这种写法可以在计算完成后给变量赋值。以 ((b=a-5)) 为例，即将 a-5的运算结果赋值给变量 c。注意，使用变量时不用加`$`前缀，(( )) 会自动解析变量名。
a=	可以在 (( )) 前面加上`$`符号获取 (( )) 命令的执行结果，也即获取整个表达式的值。以 c=
((a>7 && b==c))	(( )) 也可以进行逻辑运算，在 if 语句中常会使用逻辑运算。
echo $((a+10))	需要立即输出表达式的运算结果时，可以在 (( )) 前面加`$`符号。
((a=3+5, b=a+10))	对多个表达式同时进行计算。

在 (( )) 中使用变量无需加上$前缀，(( )) 会自动解析变量名，

利用 (( )) 进行简单的数值计算。

[root@localhost testshell]# echo $((2+3))
5
[root@localhost testshell]# echo $(( a=2+3 ))
5
[root@localhost testshell]# a=10
[root@localhost testshell]# ((a*=6))
#使用 echo 输出变量结果时要加 $。
[root@localhost testshell]# echo $a	
30

用 (( )) 进行稍微复杂一些的综合算术运算。

[root@localhost testshell]# echo $a
30
[root@localhost testshell]# ((b=a+2**3-5%3))
[root@localhost testshell]# echo $b
36
#运算后将结果赋值给变量，变量放在了括号的外面。
[root@localhost testshell]# b=$((a+2**3-5%3))
[root@localhost testshell]# echo $b
36
#也可以直接将表达式的结果输出，注意不要丢掉 $ 符号。
[root@localhost testshell]# echo $((a+2**3-5%3))
36
#利用公式计算1+2+3+...+100的和。
[root@localhost testshell]# b=$((100*(100+1)/2))
[root@localhost testshell]# echo $b
5050
#可以直接输出表达式的结果
[root@localhost testshell]# echo $((100*(100+1)/2))
5050

利用 (( )) 进行逻辑运算。

#结果是成立的，因此，输出了 1，1 表示真
[root@localhost testshell]# echo $((4<5))
1
#结果是不成立的，因此，输出了 0，0 表示假。
[root@localhost testshell]# echo $((6<5))
0
#判断是否相等。
[root@localhost testshell]# echo $((6==6))
1
[root@localhost testshell]# if ((4<5&&6==6))
> then
> echo ok
> else
> echo false
> fi
ok
[root@localhost testshell]# if ((6<5&&6==6)); then echo ok; else echo false; fi
false

最后是一个简单的 if 语句的格式，它的意思是，如果4<5 成立，并且6==6 成立，那么输出 ok。显然，这两个条件都是成立的，所以输出了 ok。

利用 (( )) 进行自增（++）和自减（–）运算。

#如果++在a的后面，那么在输出整个表达式时，会输出a的值,因为a为30，所以表达式的值为30。
[root@localhost testshell]# echo $((a++))
30
#执行上面的表达式后，因为有a++，因此a会自增1，因此输出a的值为31。
[root@localhost testshell]# echo $a
31
#如果--在a的后面，那么在输出整个表达式时，会输出a的值，因为a为31，所以表达式的值的为31。
[root@localhost testshell]# echo $((a--))
31
#执行上面的表达式后，a自减1,因此a为30。
[root@localhost testshell]# echo $a
30
#如果++在a的前面，输出整个表达式时，先进行自增或自减计算，因为a为30且要自增1，所以输出31。
[root@localhost testshell]# echo $((++a))
31
#执行上面的表达式后，a自增1,因此a为10。
[root@localhost testshell]# echo $a
31
#如果--在a的前面，那么在输出整个表达式时，先进行自增或自减计算，因为a为31，且要自减，所以表达式的值为30。
[root@localhost testshell]# echo $((--a))
30
#执行上面的表达式后，a自增1,因此a为30。
[root@localhost testshell]# echo $a
30

执行 echo $((a++)) 和 echo $((a–)) 命令输出整个表达式时，输出的值即为 a 的值，表达式执行完毕后，会再对 a 进行 ++、– 的运算；

而执行 echo $((++a)) 和 echo $((–a)) 命令输出整个表达式时，会先对 a 进行 ++、– 的运算，然后再输出表达式的值，即为 a 运算后的值。

利用 (( )) 同时对多个表达式进行计算。

#先计算第一个表达式，再计算第二个表达式
[root@localhost testshell]# ((a=10+5,b=a+5))
[root@localhost testshell]# echo $a $b
15 20
#以最后一个表达式的结果作为整个(())命令的执行结果
[root@localhost testshell]# b=$((10+5,5+5))
[root@localhost testshell]# echo $b
10

2.21 Shell let命令

let 命令和双小括号 (( )) 的用法是类似的，它们都是用来对整数进行运算,和双小括号 (( )) 一样，let 命令也只能进行整数运算，不能对小数（浮点数）或者字符串进行运算。Shell let 命令的语法格式为：

let 表达式
#或者
let "表达式"
#或者
let '表达式'
都等价于((表达式))。

当表达式中含有 Shell 特殊字符（例如 |）时，需要用双引号" "或者单引号' '将表达式包围起来。

和 (( )) 类似，let 命令也支持一次性计算多个表达式，并且以最后一个表达式的值作为整个 let 命令的执行结果。但是，对于多个表达式之间的分隔符，let 和 (( )) 是有区别的：
- let 命令以空格来分隔多个表达式；
- (( )) 以逗号,来分隔多个表达式。
另外还要注意，对于类似let x+y这样的写法，Shell 虽然计算了 x+y 的值，但却将结果丢弃；若不想这样，可以使用let sum=x+y将 x+y 的结果保存在变量 sum 中。这种情况下 (( )) 显然更加灵活，可以使用$((x+y))来获取 x+y 的结果。请看下面的例子：

[root@localhost testshell]# echo $a
15
[root@localhost testshell]# echo $b
10
[root@localhost testshell]# echo $((a+b))
25
 #错误，echo会把 let a+b作为一个字符串输出
[root@localhost testshell]# echo let a+b	
let a+b
[root@localhost testshell]# let c=a+b
[root@localhost testshell]# echo $c
25

Shell let 命令实例演示:给变量y加 10：

[root@localhost testshell]# echo $y
6
[root@localhost testshell]# let y+=10
[root@localhost testshell]# echo $y
16
let y+=10 等同于 ((y+=10))，但后者效率更高。

let 后面可以跟多个表达式。

[root@localhost testshell]# echo $a $b $c
15 10 25
#多个表达式以空格为分隔
[root@localhost testshell]# let d=a+b e=b+c
[root@localhost testshell]# echo $d $e
25 35

参考文献:
Shell数学计算（算术运算，加减乘除运算）