Bash 的算术运算

算术表达式

((...))语法可以进行整数的算术运算。

  1. $ ((foo = 5 + 5))
  2. $ echo $foo
  3. 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。

  1. $ ((2+2))
  2. $ (( 2+2 ))
  3. $ (( 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。

  1. $ (( 3 + 2 ))
  2. $ echo $?
  3. 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。

  1. $ (( 3 - 3 ))
  2. $ echo $?
  3. 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。

  1. $ echo $((2 + 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。

  1. $ echo $((5 / 2))
  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。

  1. $ i=0
  2. $ echo $i
  3. 0
  4. $ echo $((i++))
  5. 0
  6. $ echo $i
  7. 1
  8. $ echo $((++i))
  9. 2
  10. $ echo $i
  11. 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。

  1. $ echo $(( (2 + 3) * 4 ))
  2. 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。

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

这个语法只能计算整数，否则会报错。

  1. # 报错
  2. $ echo $((1.5 + 1))
  3. 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。

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

  1. $ echo $(( "hello" + 2))
  2. 2
  3. $ echo $(( "hello" * 2))
  4. 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。

  1. $ foo=hello
  2. $ echo $(( foo + 2))
  3. 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。

  1. $ foo=hello
  2. $ hello=3
  3. $ echo $(( foo + 2 ))
  4. 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。

  1. $ echo $[2+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。

  1. $ echo $((0xff))
  2. 255
  3. $ echo $((2#11111111))
  4. 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。

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

下面是左移运算符<<的例子。

  1. $ echo $((16<<2))
  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。

  1. $ echo $((17&3))
  2. 1
  3. $ echo $((17|3))
  4. 19
  5. $ echo $((17^3))
  6. 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。

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

  1. $ a=0
  2. $ echo $((a<1 ? 1 : 0))
  3. 1
  4. $ echo $((a>1 ? 1 : 0))
  5. 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。

  1. $ echo $((a=1))
  2. 1
  3. $ echo $a
  4. 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。

  1. $ foo=5
  2. $ echo $((foo*=2))
  3. 10

如果在表达式内部赋值，可以放在圆括号中，否则会报错。

  1. $ 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。

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

  1. $ expr 3 + 2
  2. 5

expr命令支持变量替换。

  1. $ foo=3
  2. $ expr $foo + 2
  3. 5

expr命令也不支持非整数参数。

  1. $ expr 3.5 + 2
  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。