Linux shell脚本数值计算与条件执行

变量的数值计算实践

1 算术运算符

如果要执行算术运算，就会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。

下面就给大家介绍一下常见的 Shell 算术运算符：

+、- ，一元正号和负号。
+、-，加法和减法。
*、/、％，乘法、除法、取余（取模）。
**，幂运算。
++、--，增加及减少，可前置也可放在变量结尾。
!、&&、||，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、按位异或、按位与、按位。
=、+=、-=、*=、/=、%= ，赋值运算符，例如 a+=1 相当于 a=a+1，a-=1 相当于 a=a-1。

Shell 中常见的算术运算命令：

(())，用于整数运算的常用运算符，效率很高。
let ，用于整数运算，类似于(())。
expr，可用于整数运算，但还有很多其他的额外功能。
bc，Linux下的一个计算器程序（适合整数及小数运算）。
$[]，用于整数运算。
awk，awk 既可以用于整数运算，也可以用于小数运算。
declare，定义变量值和属性，-i参数可以用于定义整形变量，做运算。

2 (()) 双小括号数值运算命令

双小括号 (()) 的作用是进行数值运算与数值比较，它的效率很高，用法灵活，是企业场景运维人员经常采用的运算操作符。

2.1 (()) 双小括号数值运算的基础语法

双小括号 (()) 的操作方法：

((i=i+1))，此种书写方法为运算后赋值法，即将i+1的运算结果赋值给变量i。

注意：不能用 echo ((i=i+l))输出表达式的值，可以用echo $((i=i+l))输出其值。
**i=((i+1))∗∗，可以在'(())'前加'((i+1))**，可以在 `(())` 前加 `((i+1))∗∗，可以在'(())'前加'` 符，表示将表达式运算后赋值给i。
(( 8>7 && 5==5))，可以进行比较操作，还可以加入逻辑与和逻辑或，用于条件判断。
**echo ((2+1))∗∗，需要直接输出运算表达式的运算结果时，可以在'(())'前加'((2+1))**，需要直接输出运算表达式的运算结果时，可以在 `(())` 前加 `((2+1))∗∗，需要直接输出运算表达式的运算结果时，可以在'(())'前加'` 符。

2.2 (()) 双小括号数运算实践

**示例1：**简单的数值计算。

bash 复制代码

[wsh@test ~ ✔]$ echo $((1+1))
2
[wsh@test ~ ✔]$ echo $((6*3))
18
[wsh@test ~ ✔]$ ((i=5))
[wsh@test ~ ✔]$ ((i=i*2))
[wsh@test ~ ✔]$ echo $i
10

**示例2：**复杂的数值计算。

bash 复制代码

[wsh@test ~ ✔]$ ((a=1+2**3-4%3))
[wsh@test ~ ✔]$ echo $a
8

[wsh@test ~ ✔]$ b=$((a=1+2**3-4%3))
[wsh@test ~ ✔]$ echo $b
8
[wsh@test ~ ✔]$ echo $((a=1+2**3-4%3))
8

[wsh@test ~ ✔]$ a=$((100*(100+1)/2))
[wsh@test ~ ✔]$ echo $a
5050
[wsh@test ~ ✔]$ echo $((100*(100+1)/2))
5050

**示例3：**特殊运算符号

bash 复制代码

[wsh@test ~ ✔]$ a=8;echo $((a+=1))
9
[wsh@test ~ ✔]$ echo $((a**2))
81

**示例4：**比较和判断

bash 复制代码

[wsh@test ~ ✔]$ ((3<8))
[wsh@test ~ ✔]$ echo $?
0
[wsh@test ~ ✔]$ echo $((3<8))
1

[wsh@test ~ ✔]$ ((3>8))
[wsh@test ~ ✔]$ echo $?
1
[wsh@test ~ ✔]$ echo $((3>8))
0

[wsh@test ~ ✔]$ echo $((3==3))
1

[wsh@test ~ ✔]$ if ((8>7 && 5==5));then echo yes;fi
yes

**示例5：**变量前后使用--和++特殊运算符的表达式

bash 复制代码

[wsh@test ~ ✔]$ a=10
[wsh@test ~ ✔]$ echo $((a++))
10
[wsh@test ~ ✔]$ echo $a
11

[wsh@test ~ ✔]$ echo $((--a))
10
[wsh@test ~ ✔]$ echo $a
10

总结：

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，会对a进行++、--的运算
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。

**示例6：**通过 (())运算后赋值给变量

bash 复制代码

[wsh@test ~ ✔]$ num=99
[wsh@test ~ ✔]$ echo $((num+1))
100
[wsh@test ~ ✔]$ num=$((num+1))
[wsh@test ~ ✔]$ echo $num
100

3 let 命令

let运算命令的语法格式为：let 表达式

let表达式的功能等同于：((表达式))

示例：

bash 复制代码

[wsh@test ~ ✔]$ i=2
[wsh@test ~ ✔]$ i=i+8
[wsh@test ~ ✔]$ echo $i
i+8

[wsh@test ~ ✔]$ i=2
[wsh@test ~ ✔]$ let i=i+8
[wsh@test ~ ✔]$ echo $i
10

4 expr 命令

expr(evaluate(求值）expressions(表达式））命令既可以用于整数运算，也可以用于相关字符串长度、匹配等的运算处理。

4.1 expr 命令的基本用法示例

bash 复制代码

[wsh@test ~ ✔]$ expr 2+2
2+2
[wsh@test ~ ✔]$ expr 2 + 2
4

[wsh@test ~ ✔]$ expr 2 * 2
expr: syntax error
[wsh@test ~ ✔]$ expr 2 \* 2
4

在使用 expr 时：

运算符及用于计算的数字左右都至少有一个空格，否则会报错。
使用乘号时，必须用反斜线屏蔽其特定含义，因为 Shell 可能会误解星号的含义。

4.2 expr 的企业级实战案例详解

**示例1：**判断一个变量值是否为整数

在 Shell 编程里，由于函数库很少，所以判断字符串是否为整数就不是一件很容易的事情。在这里，我们为读者介绍一种简单的可以判断一个字符串是否为整数的方法。

实现原理是，利用以 expr 做计算时变量或字符串必须是整数的规则，把一个变量或字符串和一个已知的整数（非0)相加，看命令返回的值是否为 0。如果为 0，就认为做加法的变量或字符串为整数，否则就不是整数。

bash 复制代码

[wsh@test ~ ✔]$ i=5
[wsh@test ~ ✔]$ expr $i + 5
10
[wsh@test ~ ✔]$ echo $?
0

[wsh@test ~ ✔]$ i=a
[wsh@test ~ ✔]$ expr $i + 5
expr: non-integer argument
[wsh@test ~ ✔]$ echo $?
2

此外，用 expr match 功能进行整数判断时，可执行 man expr 命令获得帮助。

bash 复制代码

# 变量值为非整数，返回值为0
[wsh@test ~ ✔]$ i=a
[wsh@test ~ ✔]$ expr match "$i" "^[1-9][0-9]*$"
0

# 变量值为整数，返回值为1
[wsh@test ~ ✔]$ i=5
[wsh@test ~ ✔]$ expr match "$i" "^[0-9][0-9]*$"
1

**示例2：**判断文件扩展命名是否符合要求

bash 复制代码

[wsh@test ~ ✔]$ file=stu-202212.jpg

# 匹配扩展名，返回值为0，忽略输出结果
[wsh@test ~ ✔]$ expr "$file" : ".*\.jpg$"
14
[wsh@test ~ ✔]$ echo $?
0

# 未匹配扩展名，返回值为1，忽略输出结果
[wsh@test ~ ✔]$ expr "$file" : ".*\.pub$"
0
[wsh@test ~ ✔]$ echo $?
1

**示例3：**计算字符串的长度

bash 复制代码

[wsh@test ~ ✔]$ str="abc123abc123"
[wsh@test ~ ✔]$ expr length "$str"
12

**示例4：**打印下面语句中字符数不大于6 的单词

bash 复制代码

#!/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

执行结果如下：

bash 复制代码

[wsh@test ~ ✔]$ bash str.sh
This
is
Linux
World
to
our

5 bc 命令

bc 是UNIX/Linux下的计算器，因此，除了可以作为计算器来使用，还可以作为命令行计算工具使用。

示例：

bash 复制代码

[wsh@test ~ ✔]$ 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
1/3
.3333
quit

[wsh@test ~ ✔]$ echo '1+3*4-6/3^3%4' | bc
13
[wsh@test ~ ✔]$ echo 'scale=4;1/3' | bc
.3333

6 awk 命令实现计算

利用awk进行运算的效果也很好，适合小数和整数，特别是命令行计算，尤其是小数，运算很精确，好用。

bash 复制代码

[wsh@test ~ ✔]$ echo 7.7 3.8 | awk '{ print $1-$2 }'
3.9
[wsh@test ~ ✔]$ echo 358 113 | awk '{ print ($1-3)/$2 }'
3.14159

7 $[] 符号的运算

示例1：

bash 复制代码

[wsh@test ~ ✔]$ echo $[1+1]
2
[wsh@test ~ ✔]$ echo $[4-2]
2
[wsh@test ~ ✔]$ echo $[2*2]
4
[wsh@test ~ ✔]$ echo $[4/2]
2
[wsh@test ~ ✔]$ echo $[5/2]
2
[wsh@test ~ ✔]$ echo $[5%2]
1
[wsh@test ~ ✔]$ count=3;echo $[(count+1)*3]
12
[wsh@test ~ ✔]$ count=3;echo $[ ++count + 3 ]
7
[wsh@test ~ ✔]$ count=3;echo $[ count++ + 3 ]
6
[wsh@test ~ ✔]$ count=3;echo $[ --count + 3 ]
5
[wsh@test ~ ✔]$ count=3;echo $[ count-- + 3 ]
6

**示例2：**通过一条命令计算输出 1+2+3+...+10 的表达式，并计算出结果，请使用bc命令计算。输出内容如1+2+3+4+5+6+7+8+9+10=55。

bash 复制代码

[wsh@test ~ ✔]$ echo $(seq -s + 10) | bc

[wsh@test ~ ✔]$ echo $(( $(echo {1..10} | tr ' ' '+' ) ))

[wsh@test ~ ✔]$ echo $[ $(echo {1..10} | tr ' ' '+' ) ]

Shell 脚本的条件测试

1 Shell 脚本的条件测试

1.1 条件测试方法综述

通常，在 bash 的各种条件结构和流程控制结构中都要进行各种测试，然后根据测试结果执行不同的操作，有时也会与if等条件语句相结合，来完成测试判断，以减少程序运行的错误。

执行条件判断表达式后通常会返回"真"或"假"，就像执行命令后的返回值为0，表示真；非0，表示假。

在 bash 编程里，条件测试常用的语法如下：

语法1：test <判断表达式>，test命令和"<判断表达式>"之间至少有一个空格。
语法2：[ <判断表达式> ] ，和test命令的用法相同，这是推荐方法。[]的边界和内容之间至少有一个空格。
语法3：[[ <判断表达式> ]] ，是比test和[]更新的语法格式。[[]]的边界和内容之间至少有一个空格。
语法4：(( <判断表达式> )) ，一般用于 if 语句。(())(双小括号）两端不需要有空格。
语法5：comand，命令的返回值确定表达式的真值或假值。

有几个注意事项需要说明一下:

语法1 中的test命令和语法2 中的[]是等价的，语法3中的[[]]为扩展的test命令，语法4 中的(())常用于计算。建议使用相对友好的语法2 ，即中括号[]的语法格式。
在[[ ]]（双中括号）中可以使用通配符等进行模式匹配，这是其区别于其他几种语法格式的地方。
&&、||、>、<等操作符可以应用于[[]]中，但不能应用于[]中，在[]中一般用-a、-o、-gt(用于整数)、-lt(用于整数）代替上述操作符。
对于整数的关系运算，也可以使用 Shell 的算术运算符(())。

1.2 test 条件测试的简单语法及示例

test条件测试的语法格式为： test <判断表达式>

bash 复制代码

[wsh@test ~ ✔]$ help test
test: test [expr]
    Evaluate conditional expression.
    
    Exits with a status of 0 (true) or 1 (false) depending on
    the evaluation of EXPR.  Expressions may be unary or binary.  Unary
    expressions are often used to examine the status of a file.  There
    are string operators and numeric comparison operators as well.
    
    The behavior of test depends on the number of arguments.  Read the
    bash manual page for the complete specification.
    
    File operators:
    
      -a FILE        True if file exists.
      -b FILE        True if file is block special.
      -c FILE        True if file is character special.
      -d FILE        True if file is a directory.
      -e FILE        True if file exists.
      -f FILE        True if file exists and is a regular file.
      -g FILE        True if file is set-group-id.
      -h FILE        True if file is a symbolic link.
      -L FILE        True if file is a symbolic link.
      -k FILE        True if file has its `sticky' bit set.
      -p FILE        True if file is a named pipe.
      -r FILE        True if file is readable by you.
      -s FILE        True if file exists and is not empty.
      -S FILE        True if file is a socket.
      -t FD          True if FD is opened on a terminal.
      -u FILE        True if the file is set-user-id.
      -w FILE        True if the file is writable by you.
      -x FILE        True if the file is executable by you.
      -O FILE        True if the file is effectively owned by you.
      -G FILE        True if the file is effectively owned by your group.
      -N FILE        True if the file has been modified since it was last read.
    
      FILE1 -nt FILE2  True if file1 is newer than file2 (according to
                       modification date).
    
      FILE1 -ot FILE2  True if file1 is older than file2.
    
      FILE1 -ef FILE2  True if file1 is a hard link to file2.
    
    String operators:
    
      -z STRING      True if string is empty.
    
      -n STRING
         STRING      True if string is not empty.
    
      STRING1 = STRING2
                     True if the strings are equal.
      STRING1 != STRING2
                     True if the strings are not equal.
      STRING1 < STRING2
                     True if STRING1 sorts before STRING2 lexicographically.
      STRING1 > STRING2
                     True if STRING1 sorts after STRING2 lexicographically.
    
    Other operators:
    
      -o OPTION      True if the shell option OPTION is enabled.
      -v VAR	 True if the shell variable VAR is set
      ! EXPR         True if expr is false.
      EXPR1 -a EXPR2 True if both expr1 AND expr2 are true.
      EXPR1 -o EXPR2 True if either expr1 OR expr2 is true.
    
      arg1 OP arg2   Arithmetic tests.  OP is one of -eq, -ne,
                     -lt, -le, -gt, or -ge.
    
    Arithmetic binary operators return true if ARG1 is equal, not-equal,
    less-than, less-than-or-equal, greater-than, or greater-than-or-equal
    than ARG2.
    
    Exit Status:
    Returns success if EXPR evaluates to true; fails if EXPR evaluates to
    false or an invalid argument is given.

**示例1：**判断文件是否存在

bash 复制代码

[wsh@test ~ ✔]$ test -f file && echo true || echo false

该语句表示如果file文件存在，则输出true，否则输出false。这里的&&是逻辑与，||是逻辑或。test的-f参数用于测试文件是否为普通文件，test命令若执行成功（为真)，则执行&&后面的命令，而||后面的命令是test命令执行失败之后（为假）所执行的命令。

test命令判断表达式的逻辑也可以用上述表达形式的一半逻辑（即仅有一个&&或||)来测试，示例如下。

bash 复制代码

[wsh@test ~ ✔]$ test -f file && echo true
[wsh@test ~ ✔]$ test -f file || echo false

另外，逻辑操作符&&和||的两端既可以有空格，也可以无空格。带空格看起来会更美观一些，建议使用带空格的格式。

示例2： -z 选项判断变量值是否为空，如果为空，则为真值，反之为假值。

bash 复制代码

[wsh@test ~ ✔]$ unset string
[wsh@test ~ ✔]$ test -z "$string" && echo null string || echo $string
null string

[wsh@test ~ ✔]$ string="hello world"
[wsh@test ~ ✔]$ test -z "$string" && echo null string || echo $string
hello world

结论：test命令测试的功能很强大，但是和[]、[[]]的功能有所重合，因此，在实际工作中选择一种适合自己的语法就好了。对于其他的语法，能读懂别人写的脚本就可以了。

1.3 []（中括号）条件测试语法及示例

[]条件测试的语法格式为：[ < 判断表达式> ]

注意：中括号内部的两端要有空格，[]和test等价，即test的所有判断选项都可以直接在[]里使用。

**示例1：**判断文件是否存在

bash 复制代码

[wsh@test ~ ✔]$ [ -f file ] && echo true || echo false

该语句表示如果file文件存在，则输出true，否则输出false。这里的&&是逻辑与，||是逻辑或。test的-f参数用于测试文件是否为普通文件，test命令若执行成功（为真)，则执行&&后面的命令，而||后面的命令是test命令执行失败之后（为假）所执行的命令。