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【网络运维】Shell：变量数值计算

news 2025/8/22 8:07:09

Shell 变量数值计算

算术运算符概览

在 Shell 编程中，进行数值运算离不开各种运算符。与其他编程语言类似，Shell 也提供了丰富的算术运算符来满足不同的计算需求。

常用算术运算符

基本运算：+（加法）、-（减法）、*（乘法）、/（除法）、%（取模）
幂运算：**（指数运算）
自增自减：++、--（可前置或后置）
比较运算：<、<=、>、>=、==、!=
逻辑运算：!（非）、&&（与）、||（或）
位运算：~（取反）、&（与）、|（或）、^（异或）、<<（左移）、>>（右移）
赋值运算：=、+=、-=、*=、/=、%=

Shell 中的算术运算命令

(())：高效整数运算
let：整数运算，功能类似(())
expr：多功能表达式求值工具
bc：支持整数和小数运算的计算器
$[]：整数运算（已逐渐被$(())取代）
awk：强大的文本处理与数值计算工具
declare：通过-i参数定义整型变量

(()) 双小括号数值运算

双小括号(())是 Shell 中进行数值运算和比较的高效方式，被广泛用于企业级脚本开发。

基础语法

# 运算后赋值
((i = i + 1))# 带$符号的表达式求值
i=$((i + 1))# 比较操作
((8 > 7 && 5 == 5))# 直接输出结果
echo $((2 + 1))

实战示例

例1：简单数值计算

$ echo $((1 + 1))
2
$ echo $((6 * 3))
18
$ ((i = 5))
$ ((i = i * 2))
$ echo $i
10

例2：复杂表达式计算

$ ((a = 1 + 2**3 - 4%3))
$ echo $a
8$ a=$((100 * (100 + 1) / 2))
$ echo $a
5050

例3：特殊运算符使用

$ a=8; echo $((a += 1))
9
$ echo $((a**2))
81

例4：比较与判断

$ ((3 < 8)); echo $?
0
$ echo $((3 < 8))
1$ if ((8 > 7 && 5 == 5)); then echo "yes"; fi
yes

例5：自增自减操作

$ a=10
$ echo $((a++))  # 输出10，然后a变为11
10
$ echo $a
11$ echo $((--a))  # 先减1再输出，输出10
10

注意：后置a++先返回值再运算，前置++a先运算再返回值。

let 命令

let命令用于整数运算，功能等同于(())，但语法略有不同。

$ i=2
$ i=i+8  # 错误方式
$ echo $i
i+8$ i=2
$ let i=i+8  # 正确方式
$ echo $i
10# 等效的(())写法
$ i=2
$ ((i = i + 8))
$ echo $i
10

expr 命令

expr是一个功能强大的表达式求值工具，既可进行整数运算，也可处理字符串操作。

基本用法

$ expr 2 + 2  # 正确：运算符两边有空格
4$ expr 2+2    # 错误：缺少空格
2+2$ expr 2 * 2  # 错误：*需要转义
expr: syntax error$ expr 2 \* 2  # 正确：使用转义
4

实战案例

例1：判断变量是否为整数

$ i=5
$ expr $i + 5 > /dev/null 2>&1
$ echo $?
0  # 返回0表示是整数$ i="abc"
$ expr $i + 5 > /dev/null 2>&1
$ echo $?
2  # 返回非0表示不是整数

例2：使用正则匹配判断整数

$ i="abc"
$ expr match "$i" "^[0-9]\+$" > /dev/null
$ echo $?
1  # 非整数$ i=123
$ expr match "$i" "^[0-9]\+$" > /dev/null
$ echo $?
0  # 整数

例3：文件扩展名验证

$ file="stu-202212.jpg"
$ expr "$file" : ".*\.jpg$" > /dev/null
$ echo $?
0  # jpg扩展名$ expr "$file" : ".*\.pub$" > /dev/null
$ echo $?
1  # 非pub扩展名

例4：字符串长度计算

$ str="abc123abc123"
$ expr length "$str"
12

例5：筛选短单词

#!/bin/bash
strings="This is Linux World Welcome to our classroom"
for word in $strings
doif [ $(expr length "$word") -le 6 ]; thenecho $wordfi
done

输出结果：

This
is
Linux
World
to
our

bc 命令：精度计算利器

bc是 Linux 下的计算器程序，支持高精度数学运算。

交互式使用

$ 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'.
1+3*4-6/3^3%4
13
scale=4  # 设置小数位数为4
1/3
.3333
quit

管道方式使用

$ echo '1+3*4-6/3^3%4' | bc
13$ echo 'scale=4;1/3' | bc
.3333# 计算1到10的和
$ echo $(seq -s + 10) | bc
55

awk：文本与数值处理专家

awk不仅擅长文本处理，还能进行精确的数值计算，特别适合小数运算。

$ echo "7.7 3.8" | awk '{print $1 - $2}'
3.9$ echo "358 113" | awk '{print ($1-3)/$2}'
3.14159# 计算平均值
$ echo "10 20 30" | awk '{sum=0; for(i=1;i<=NF;i++)sum+=$i; print sum/NF}'
20

$[ ] 符号运算

$[]是另一种整数运算方式，但逐渐被$(())取代。

$ echo $[1 + 1]
2
$ echo $[4 / 2]
2
$ echo $[5 / 2]  # 整数除法
2# 复杂表达式
$ count=3
$ echo $[(count + 1) * 3]
12# 自增操作
$ count=3
$ echo $[++count + 3]  # 先增后计算：4+3=7
7
$ echo $[count++ + 3]  # 先计算后增：3+3=6
6

综合实战：计算1到10的和

多种方式实现1到10的累加：

# 使用seq和bc
$ echo $(seq -s + 10) | bc
55# 使用大括号展开和tr
$ echo $(( $(echo {1..10} | tr ' ' '+') ))
55# 使用awk
$ echo "" | awk '{for(i=1;i<=10;i++)sum+=i; print sum}'
55# 使用(())
$ echo $(( (10*(10+1))/2 ))
55