Bash 的算术运算

目录

  • 算术表达式
  • 数值的进制
  • 位运算
  • 逻辑运算
  • 赋值运算
  • 求值运算
  • expr 命令

算术表达式

((…))语法可以进行整数的算术运算。

$ ((foo = 5 + 5))
$ echo $foo
10

((…))会自动忽略内部的空格,所以下面的写法都正确,得到同样的结果。

$ ((2+2))
$ (( 2+2 ))
$ (( 2 + 2 ))

这个语法不返回值,命令执行的结果根据算术运算的结果而定。只要算术结果不是0,命令就算执行成功。

$ (( 3 + 2 ))
$ echo $?
0

上面例子中,3 + 2的结果是5,命令就算执行成功,环境变量$?为0。

如果算术结果为0,命令就算执行失败。

$ (( 3 - 3 ))
$ echo $?
1

上面例子中,3 – 3的结果是0,环境变量$?为1,表示命令执行失败。

如果要读取算术运算的结果,需要在((…))前面加上美元符号$((…)),使其变成算术表达式,返回算术运算的值。

$ echo $((2 + 2))
4

((…))语法支持的算术运算符如下。

  • +:加法
  • -:减法
  • *:乘法
  • /:除法(整除)
  • %:余数
  • **:指数
  • ++:自增运算(前缀或后缀)
  • –:自减运算(前缀或后缀)

注意,除法运算符的返回结果总是整数,比如5除以2,得到的结果是2,而不是2.5。

$ echo $((5 / 2))
2

++和–这两个运算符有前缀和后缀的区别。作为前缀是先运算后返回值,作为后缀是先返回值后运算。

$ i=0
$ echo $i
0
$ echo $((i++))
0
$ echo $i
1
$ echo $((++i))
2
$ echo $i
2

上面例子中,++作为后缀是先返回值,执行echo命令,再进行自增运算;作为前缀则是先进行自增运算,再返回值执行echo命令。

$((…))内部可以用圆括号改变运算顺序。

$ echo $(( (2 + 3) * 4 ))
20

上面例子中,内部的圆括号让加法先于乘法执行。

$((…))结构可以嵌套。

$ echo $(((5**2) * 3))
75
# 等同于
$ echo $(($((5**2)) * 3))
75

这个语法只能计算整数,否则会报错。

# 报错
$ echo $((1.5 + 1))
bash: 语法错误

$((…))的圆括号之中,不需要在变量名之前加上$,不过加上也不报错。

$ number=2
$ echo $(($number + 1))
3

上面例子中,变量number前面有没有美元符号,结果都是一样的。

如果在$((…))里面使用字符串,Bash 会认为那是一个变量名。如果不存在同名变量,Bash 就会将其作为空值,因此不会报错。

$ echo $(( "hello" + 2))
2
$ echo $(( "hello" * 2))
0

上面例子中,”hello”会被当作变量名,返回空值,而$((…))会将空值当作0,所以乘法的运算结果就是0。同理,如果$((…))里面使用不存在的变量,也会当作0处理。

如果一个变量的值为字符串,跟上面的处理逻辑是一样的。即该字符串如果不对应已存在的变量,在$((…))里面会被当作空值。

$ foo=hello
$ echo $(( foo + 2))
2

上面例子中,变量foo的值是hello,而hello也会被看作变量名。这使得有可能写出动态替换的代码。

$ foo=hello
$ hello=3
$ echo $(( foo + 2 ))
5

上面代码中,foo + 2取决于变量hello的值。

最后,$[…]是以前的语法,也可以做整数运算,不建议使用。

$ echo $[2+2]
4

数值的进制

Bash 的数值默认都是十进制,但是在算术表达式中,也可以使用其他进制。

  • number:没有任何特殊表示法的数字是十进制数(以10为底)。
  • 0number:八进制数。
  • 0xnumber:十六进制数。
  • base#number:base进制的数。

下面是一些例子。

$ echo $((0xff))
255
$ echo $((2#11111111))
255

上面例子中,0xff是十六进制数,2#11111111是二进制数。

位运算

$((…))支持以下的二进制位运算符。

  • <<:位左移运算,把一个数字的所有位向左移动指定的位。
  • >>:位右移运算,把一个数字的所有位向右移动指定的位。
  • &:位的“与”运算,对两个数字的所有位执行一个AND操作。
  • |:位的“或”运算,对两个数字的所有位执行一个OR操作。
  • ~:位的“否”运算,对一个数字的所有位取反。
  • !:逻辑“否”运算
  • ^:位的异或运算(exclusive or),对两个数字的所有位执行一个异或操作。

下面是右移运算符>>的例子。

$ echo $((16>>2))
4

下面是左移运算符<<的例子。

$ echo $((16<<2))
64

下面是17(二进制10001)和3(二进制11)的各种二进制运算的结果。

$ echo $((17&3))
1
$ echo $((17|3))
19
$ echo $((17^3))
18

逻辑运算

$((…))支持以下的逻辑运算符。

  • <:小于
  • >:大于
  • <=:小于或相等
  • >=:大于或相等
  • ==:相等
  • !=:不相等
  • &&:逻辑与
  • ||:逻辑或
  • expr1?expr2:expr3:三元条件运算符。若表达式expr1的计算结果为非零值(算术真),则执行表达式expr2,否则执行表达式expr3。

如果逻辑表达式为真,返回1,否则返回0。

$ echo $((3 > 2))
1
$ echo $(( (3 > 2) || (4 <= 1) ))
1

三元运算符执行一个单独的逻辑测试。它用起来类似于if/then/else语句。

$ a=0
$ echo $((a<1 ? 1 : 0))
1
$ echo $((a>1 ? 1 : 0))
0

上面例子中,第一个表达式为真时,返回第二个表达式的值,否则返回第三个表达式的值。

赋值运算

算术表达式$((…))可以执行赋值运算。

$ echo $((a=1))
1
$ echo $a
1

上面例子中,a=1对变量a进行赋值。这个式子本身也是一个表达式,返回值就是等号右边的值。

$((…))支持的赋值运算符,有以下这些。

  • parameter = value:简单赋值。
  • parameter += value:等价于parameter = parameter + value。
  • parameter -= value:等价于parameter = parameter – value。
  • parameter *= value:等价于parameter = parameter * value。
  • parameter /= value:等价于parameter = parameter / value。
  • parameter %= value:等价于parameter = parameter % value。
  • parameter <<= value:等价于parameter = parameter << value。
  • parameter >>= value:等价于parameter = parameter >> value。
  • parameter &= value:等价于parameter = parameter & value。
  • parameter |= value:等价于parameter = parameter | value。
  • parameter ^= value:等价于parameter = parameter ^ value。

下面是一个例子。

$ foo=5
$ echo $((foo*=2))
10

如果在表达式内部赋值,可以放在圆括号中,否则会报错。

$ echo $(( a<1 ? (a+=1) : (a-=1) ))

求值运算

逗号,在$((…))内部是求值运算符,执行前后两个表达式,并返回后一个表达式的值。

$ echo $((foo = 1 + 2, 3 * 4))
12
$ echo $foo
3

上面例子中,逗号前后两个表达式都会执行,然后返回后一个表达式的值12。

expr 命令

expr命令支持算术运算,可以不使用((…))语法。

$ expr 3 + 2
5

expr命令支持变量替换。

$ foo=3
$ expr $foo + 2
5

expr命令也不支持非整数参数。

$ expr 3.5 + 2
expr: 非整数参数

上面例子中,如果有非整数的运算,expr命令就报错了。

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