Shell脚本4 -- 数学运算

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Shell 脚本作为 Linux 系统中的重要工具，不仅可以用来处理文件和控制流程，还可以进行各种数据运算。本文将详细介绍 Shell 中的数据运算方法，包括整数运算、浮点数运算、字符串运算等，以及如何选择最适合的工具实现高效运算。

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1 数据运算分类

Shell 中常见的数据运算分为以下几类：

• 整数运算：加减乘除、取余等基本操作。
• 浮点数运算：需要借助外部工具如 bc 或 awk。
• 字符串运算：长度计算、子串提取、模式匹配等。
• 逻辑运算：逻辑与、逻辑或、非等。

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2 整数运算

Shell 自带 $(( )) 和 expr 两种方式处理整数运算。

使用 $(( ))：

a=10
b=3

# 加法
sum=$((a + b))
echo "Sum: $sum"

# 乘法
product=$((a * b))
echo "Product: $product"

# 除法
quotient=$((a / b))
echo "Quotient: $quotient"

# 取余
remainder=$((a % b))
echo "Remainder: $remainder"

使用 expr：

# 加法
sum=$(expr 10 + 3)
echo "Sum: $sum"

# 乘法 (需要转义 '*')
product=$(expr 10 \* 3)
echo "Product: $product"

优劣比较：

• $(( )) 语法更直观，推荐使用。
• expr 适合在 POSIX 兼容的环境中使用。

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3 浮点数运算

Shell 本身不支持浮点数运算，需借助工具如 bc 或 awk。

使用 bc：

a=10.5
b=3.2

# 加法
sum=$(echo "$a + $b" | bc)
echo "Sum: $sum"

# 除法（保留两位小数）
quotient=$(echo "scale=2; $a / $b" | bc)
echo "Quotient: $quotient"

使用 awk：

a=10.5
b=3.2

# 加法
sum=$(awk "BEGIN {print $a + $b}")
echo "Sum: $sum"

# 乘法
product=$(awk "BEGIN {print $a * $b}")
echo "Product: $product"

优劣比较：

• bc：语法简单，适合复杂运算。
• awk：功能强大，可同时处理数据运算和文件解析。

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4 字符串运算

字符串的基本操作包括长度计算、子串提取和模式匹配。

计算长度：

str="hello world"
length=${#str}
echo "Length of string: $length"

提取子串：

# 提取从第7个字符开始的5个字符
substr=${str:6:5}
echo "Substring: $substr"

查找子串位置：

# 查找字符 'o' 第一次出现的位置
position=$(expr index "$str" "o")
echo "First occurrence of 'o': $position"

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5 逻辑运算

Shell 支持基本的逻辑运算，包括与、或和非。

示例：

a=10
b=20

if [ $a -lt $b ] && [ $a -gt 5 ]; then
  echo "$a is less than $b and greater than 5"
fi

if [ $a -eq 10 ] || [ $b -eq 15 ]; then
  echo "Either a equals 10 or b equals 15"
fi

逻辑运算符：

• &&：逻辑与
• ||：逻辑或
• !：逻辑非

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6 比较运算

运算符	含义	示例
-lt	小于（less than）	[ $a -lt $b ]
-le	小于等于（less or equal）	[ $a -le $b ]
-gt	大于（greater than）	[ $a -gt $b ]
-ge	大于等于（greater or equal）	[ $a -ge $b ]
-eq	等于（equal）	[ $a -eq $b ]
-ne	不等于（not equal）	[ $a -ne $b ]

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7 选择合适的工具

根据需求选择数据运算工具：

• 简单整数运算：推荐 $(( ))，简单高效。
• 浮点数运算：推荐 bc，支持高精度计算。
• 数据处理与运算结合：推荐 awk，灵活强大。
• 跨平台兼容性：使用 expr，确保 POSIX 环境下可运行。