Shell数学计算（算术运算，加减乘除运算）

声明： 本篇博客的学习途径主要为以下网站和课堂讲解，发博客目的仅为学习使用,在该博客的基础上做了一定程序的简略和修改。
参考博客 :
原文链接：http://c.biancheng.net/shell/

Shell数学计算

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。

• 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。

【典型反面案例】

[c.biancheng.net]$ echo 2+8
2+8
[c.biancheng.net]$ a=23
[c.biancheng.net]$ b=$a+55
[c.biancheng.net]$ echo $b
23+55
[c.biancheng.net]$ b=90
[c.biancheng.net]$ c=$a+$b
[c.biancheng.net]$ echo $c
23+90

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数学计算命令

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。

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对整数进行数学运算: (()) / let / $[] /expr

Shell (())

(( )) 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。

((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。

常见写法

((a=10+66))
a=$((10+66)
((a>7 && b==c))
echo $((a+10))
((a=3+5, b=a+10))

【注意】：在 (( )) 中使用变量无需加上$前缀，(( )) 会自动解析变量名

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【举例】

[c.biancheng.net]$ echo $((1+1))
2
[c.biancheng.net]$ echo $((6-3))
3
[c.biancheng.net]$ i=5
[c.biancheng.net]$ ((i=i*2))  #可以简写为 ((i*=2))。
[c.biancheng.net]$ echo $i   #使用 echo 输出变量结果时要加 $。
10

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【举例2】

[c.biancheng.net]$ ((a=1+2**3-4%3)) #  **是求乘方运算符 这里是2^3
[c.biancheng.net]$ echo $a
8
[c.biancheng.net]$ b=$((1+2**3-4%3)) #运算后将结果赋值给变量，变量放在了括号的外面。
[c.biancheng.net]$ echo $b
8
[c.biancheng.net]$ echo $((1+2**3-4%3)) #也可以直接将表达式的结果输出，注意不要丢掉 $ 符号。
8
[c.biancheng.net]$ a=$((100*(100+1)/2)) #利用公式计算1+2+3+...+100的和。
[c.biancheng.net]$ echo $a
5050
[c.biancheng.net]$ echo $((100*(100+1)/2)) #也可以直接输出表达式的结果。
5050

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【举例3】利用 (( )) 进行逻辑运算。

[c.biancheng.net]$ echo $((3<8))  #3<8 的结果是成立的，因此，输出了 1，1 表示真
1
[c.biancheng.net]$ echo $((8<3))  #8<3 的结果是不成立的，因此，输出了 0，0 表示假。
0
[c.biancheng.net]$ echo $((8==8)) #判断是否相等。
1
[c.biancheng.net]$ if ((8>7&&5==5))
> then
> echo yes
> fi
yes

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【实例4】利用 (( )) 进行自增（++）和自减（–）运算。

[c.biancheng.net]$ a=10
[c.biancheng.net]$ echo $((a++))  #如果++在a的后面，那么在输出整个表达式时，会输出a的值,因为a为10，所以表达式的值为10。
10
[c.biancheng.net]$ echo $a #执行上面的表达式后，因为有a++，因此a会自增1，因此输出a的值为11。
11
[c.biancheng.net]$ a=11
[c.biancheng.net]$ echo $((a--)) #如果--在a的后面，那么在输出整个表达式时，会输出a的值，因为a为11，所以表达式的值的为11。
11
[c.biancheng.net]$ echo $a #执行上面的表达式后，因为有a--，因此a会自动减1，因此a为10。
10
[c.biancheng.net]$ a=10
[c.biancheng.net]$ echo $((--a))  #如果--在a的前面，那么在输出整个表达式时，先进行自增或自减计算，因为a为10，且要自减，所以表达式的值为9。
9
[c.biancheng.net]$ echo $a #执行上面的表达式后，a自减1,因此a为9。
9
[c.biancheng.net]$ echo $((++a))  #如果++在a的前面，输出整个表达式时，先进行自增或自减计算，因为a为9，且要自增1，所以输出10。
10
[c.biancheng.net]$ echo $a  #执行上面的表达式后，a自增1,因此a为10。
10

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【实例5】利用 (( )) 同时对多个表达式进行计算。

[c.biancheng.net]$ ((a=3+5, b=a+10))  #先计算第一个表达式，再计算第二个表达式
[c.biancheng.net]$ echo $a $b
8 18
[c.biancheng.net]$ c=$((4+8, a+b))  #以最后一个表达式的结果作为整个(())命令的执行结果
[c.biancheng.net]$ echo $c
26

Shell let命令

【结论】 多用(())，少用let和$[]
【注意】：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。

let 表达式
let "表达式"
let '表达式'
等价于
((表达式))

【区别】

• 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。

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【经典let错误】

[c.biancheng.net]$ a=10 b=20
[c.biancheng.net]$ echo $((a+b))
30
[c.biancheng.net]$ echo let a+b  #错误，echo会把 let a+b作为一个字符串输出
let a+b
[c.biancheng.net]$ echo let sum=a+b  
let sum=a+b

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【let举例】

[c.biancheng.net]$ a=10 b=35
[c.biancheng.net]$ let a+=6 c=a+b  #多个表达式以空格为分隔
[c.biancheng.net]$ echo $a $c
16 51

bc命令：一款数学计算器

Linux bc 命令可以很方便的进行浮点运算，当然整数运算也不再话下。

在终端输入bc命令，然后回车即可进入 bc 进行交互式的数学计算。在 Shell 编程中，我们也可以通过管道和输入重定向来使用 bc。

例如你不想输入 bc 命令后显示一堆没用的信息，那么可以输入bc -q：

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$$内置变量$$

变量名	作 用
scale	指定精度，也即小数点后的位数；默认为 0，也即不使用小数部分。
ibase	指定输入的数字的进制，默认为十进制。
obase	指定输出的数字的进制，默认为十进制。
last 或者 .	表示最近打印的数字

【实例1】scale 变量用法举例：
精度=3 精度=10

【实例2】ibase 和 obase 变量用法举例：
【注意】obase 要尽量放在 ibase 前面，因为 ibase 设置后，后面的数字都是以 ibase 的进制来换算的

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$$内置函数$$

函数名	作用
s(x)	计算 x 的正弦值，x 是弧度值。
c(x)	计算 x 的余弦值，x 是弧度值。
a(x)	计算 x 的反正切值，返回弧度值。
l(x)	计算 x 的自然对数。
e(x)	求 e 的 x 次方。
j(n, x)	贝塞尔函数，计算从 n 到 x 的阶数。

要想使用这些数学函数，在输入 bc 命令时需要使用-l选项，表示启用数学库。

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$$在一行中使用多个表达式$$
只要用分号;隔开就行

在 Shell 中使用 bc 计算器

在 Shell 脚本中，我们可以借助管道或者输入重定向来使用 bc 计算器。

$$借助管道使用bc计算器$$

• 管道是 Linux 进程间的一种通信机制，它可以将前一个命令（进程）的输出作为下一个命令（进程）的输入，两个命令之间使用竖线|分隔。
• 通常情况下，一个命令从终端获得用户输入的内容，如果让它从其他地方（比如文件）获得输入，那么就需要重定向。

直接输出 bc 的计算结果：

echo "expression" | bc

将 bc 的计算结果赋值给 Shell 变量：

variable=$(echo "expression" | bc)

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【举例1】

[c.biancheng.net]$ echo "3*8"|bc
24
[c.biancheng.net]$ ret=$(echo "4+9"|bc)
[c.biancheng.net]$ echo $ret
13

【实例2】使用 bc 中的变量：

[c.biancheng.net]$ echo "scale=4;3*8/7"|bc
3.4285
[c.biancheng.net]$ echo "scale=4;3*8/7;last*5"|bc
3.4285
17.1425

【实例3】使用 Shell 脚本中的变量：

[c.biancheng.net]$ x=4
[c.biancheng.net]$ echo "scale=5;n=$x+2;e(n)"|bc -l
403.42879

【实例4】进制转换：

#十进制转十六进制
[mozhiyan@localhost ~]$ m=31
[mozhiyan@localhost ~]$ n=$(echo "obase=16;$m"|bc)
[mozhiyan@localhost ~]$ echo $n
1F
#十六进制转十进制
[mozhiyan@localhost ~]$ m=1E
[mozhiyan@localhost ~]$ n=$(echo "obase=10;ibase=16;$m"|bc)
[mozhiyan@localhost ~]$ echo $n
30

$$借助输入重定向使用bc计算器$$

variable=$(bc << EOF
expressions
EOF
)

• variable是 Shell 变量名
• express是要计算的数学表达式（可以换行，和进入 bc 以后的书写形式一样）
• EOF是数学表达式的开始和结束标识（你也可以换成其它的名字，比如 aaa、bbb 等）。
  【举例】

[c.biancheng.net]$ m=1E
[c.biancheng.net]$ n=$(bc << EOF
> obase=10;
> ibase=16;
> print $m
> EOF
> )
[c.biancheng.net]$ echo $n
30