Linux-shell-算术运算{expr、bc、dc、(( ))和[ ]}

在Linux下做算术运算时你是如何进行的呢？是不是还在用expr呢？你会说我还会bc还有其它的呢！

闲话不多扯，干正事！

expr

expr在使用中要注意一些书写，如表达式中量和运算符号之间的空格及一些运算符号需要转义，还有一点需要记住，expr只适用于整数之间的运算！

表达式

expr的help文档中关于表达式部分如下：

ARG1 | ARG2       若ARG1 的值不为0 或者为空，则返回ARG1，否则返回ARG2

  ARG1 & ARG2       若两边的值都不为0 或为空，则返回ARG1，否则返回 0

  ARG1 < ARG2       ARG1 小于ARG2
  ARG1 <= ARG2      ARG1 小于或等于ARG2
  ARG1 = ARG2       ARG1 等于ARG2
  ARG1 != ARG2      ARG1 不等于ARG2
  ARG1 >= ARG2      ARG1 大于或等于ARG2
  ARG1 > ARG2       ARG1 大于ARG2

  ARG1 + ARG2       计算 ARG1 与ARG2 相加之和
  ARG1 - ARG2       计算 ARG1 与ARG2 相减之差

  ARG1 * ARG2       计算 ARG1 与ARG2 相乘之积
  ARG1 / ARG2       计算 ARG1 与ARG2 相除之商
  ARG1 % ARG2       计算 ARG1 与ARG2 相除之余数

这一部分相信大家用的最多，也对这些比较了解了，下面我们用一个表达式来说明：

$expr 9 + 8 - 7 \* 6 / 5 + \( 4 - 3 \) \* 2
11

通过结果相信你已知道expr的计算规律，它与我们日常所理解的数学表达式一样，括号的优先级最高，然后是“*”、“/”，而且每个数或符号都需要用空格分隔，结果也是整数。

字符串

expr还可以对字符串进行操作：

match 字符串 表达式等于"字符串 :表达式"
  substr 字符串 偏移量 长度替换字符串的子串，偏移的数值从 1 起计
  index 字符串 字符在字符串中发现字符的地方建立下标，或者标0
  length 字符串字符串的长度

1）match

expr中的expr match $string substring命令在string字符串中匹配substring字符串（substring字符串可以是正则表达式），然后返回匹配到的substring字符串的长度，若找不到则返回0。

下面我们来个实例：

┌[2013-08-24/7.18  15:00:01]
├[14+1][~]
└[snowsolf@Ubuntu-LTS-1 ╰_╯]$str="123 456 789"
┌[2013-08-24/7.18  15:00:30]
├[14+1][~]
└[snowsolf@Ubuntu-LTS-1 ╰_╯]$expr match "$str" .*5
6

.*5匹配了6个字符。

2）substr

在shell中可以用{string:position}和{string:position:length}进行对string字符 串中字符的抽取。第一种是从position位置开始抽取直到字符串结束，第二种是从position位置开始抽取长度为length的子串。而用 expr中的expr substr $string $position $length同样能实现上述功能。

实例：

┌[2013-08-24/7.18  15:19:17]
├[14+1][~]
└[snowsolf@Ubuntu-LTS-1 ╰_╯]$str="123 456 789"
┌[2013-08-24/7.18  15:19:31]
├[14+1][~]
└[snowsolf@Ubuntu-LTS-1 ╰_╯]$echo ${str:5}
56 789
┌[2013-08-24/7.18  15:19:59]
├[14+1][~]
└[snowsolf@Ubuntu-LTS-1 ╰_╯]$echo ${str:5:3}
56
┌[2013-08-24/7.18  15:20:07]
├[14+1][~]
└[snowsolf@Ubuntu-LTS-1 ╰_╯]$expr substr "$str" 5 3
456

从中可以看出{string:position}和{string:position:length}从0开始计数，而expr substr $string $position $length从1开始。

3）index

expr中的expr index $string substring索引命令功能在字符串$string上找出substring中字符第一次出现的位置，若找不到则expr index返回0。注意它匹配的是字符而非字符串。

实例：

┌[2013-08-24/7.18  15:35:19]
├[14+1][~]
└[snowsolf@Ubuntu-LTS-1 ╰_╯]$str="123 456 789"
┌[2013-08-24/7.18  15:37:02]
├[14+1][~]
└[snowsolf@Ubuntu-LTS-1 ╰_╯]$expr index "$str" b
0
┌[2013-08-24/7.18  15:37:08]
├[14+1][~]
└[snowsolf@Ubuntu-LTS-1 ╰_╯]$expr index "$str" 9
11

4）length

计算字符串的长度。我们可以用awk中的length(s)进行计算。我们也可以用echo中的echo ${#string}进行计算，当然也可以expr中的expr length $string 求出字符串的长度。

┌[2013-08-24/7.18  15:39:39]
├[14+1][~]
└[snowsolf@Ubuntu-LTS-1 ╰_╯]$str="123 456 789"
┌[2013-08-24/7.18  15:39:52]
├[14+1][~]
└[snowsolf@Ubuntu-LTS-1 ╰_╯]$echo ${#str}
11
┌[2013-08-24/7.18  15:39:57]
├[14+1][~]
└[snowsolf@Ubuntu-LTS-1 ╰_╯]$expr length "$str"
11

bc

重点来了！

bc是一种任意精度的计算语言，注意是一种语言，它提供了一些语法结构，比如条件判断、循环等，可以说是很强大的，但是我在实际中还没有找到需要这个用途的场合 。另外一个用途就是用来进行进制转换。

上面我们介绍的expr之支持整数运算，但对于浮点运算就无能为力了，而且expr不能进行指数运算，而都有bc这些都不再话下。

参数

我们先来了解几个有用的参数：

-i 强制交互模式；

-l 使用bc的内置库，bc里有一些数学库，对三角计算等非常实用；

-q 进入bc交互模式时不再输出版本等多余的信息。

特殊变量

ibase，obase 用于进制转换，ibase是输入的进制，obase是输出的进制，默认是十进制；

scale 小数保留位数，默认保留0位。

交互模式

在shell命令行直接输入bc及能进入bc语言的交互模式。

$bc -l -q
4/3                           /*未指定精度默认保留整数*/
1
scale=5                   /*指定精度为5*/
4/3
1.33333
ibase=2                    /*指定进制转换的输入机制为二进制，输出默认为是十进制*/
1010
10
4^2                           /*指数运算，注：指数不能为浮点数*/
16
4*a(1)                        /*计算π值，a()是个函数：arctan()，好吧，老师教的都被狗吃了，π值是等于四倍的arctan(1)么？*/
3.14159265358979323844
quit                            /*退出*/

非交互模式

bc也可以进行非交互式的运算，方法是与echo一起使用。

┌[2013-08-24/7.18  18:42:27]
├[14+1][~]
└[snowsolf@Ubuntu-LTS-1 ╰_╯]$echo "scale=5;9+8-7*6/5^2"|bc          /*优先级^ > *、/ > +、- */
15.32000
┌[2013-08-24/7.18  18:45:35]
├[14+1][~]
└[snowsolf@Ubuntu-LTS-1 ╰_╯]$echo "s(2/3*a(1))"|bc -l                         /*还记得sina(30°)等于0.5么？皇上！ ^_^*/
.49999999999999999998
┌[2013-08-24/7.18  18:49:13]
├[14+1][~]
└[snowsolf@Ubuntu-LTS-1 ╰_╯]$echo "scale=5;sqrt(15)"|bc                   /*开方*/
3.87298
┌[2013-08-24/7.18  18:49:18]
├[14+1][~]
└[snowsolf@Ubuntu-LTS-1 ╰_╯]$echo "ibase=16;obase=2;ABC"|bc
101010111100

更多参考man文档！

dc

可能你曾经知道有此命令，也可能你还不知道。dc相比与bc要复杂，但是简单操作还是比较简单。简单的说dc是一直压栈操作，和bc一样，它也可以交互使用，或者与echo一起配合使用。

它也支持浮点运算。

但是现在我还没有想到这种压栈式算术运算有什么有点。

交互模式

┌[2013-09-16/8.12  20:33:53]
├[7+10][~/shell]
└[snowsolf@Ubuntu-LTS-1 ╰_╯]$dc
2
3-
p      /*输出（3 - 2）*/
-1
4
*
p          /*输出（-1 * 4）*/
-4
2
/
p       /*输出（-4 / 2）*/
-2
3.4
+
p      /*输出（-2 + 3.4）*/
1.4
4
d        /*复制栈顶值*/
*
p         /*输出（4 * 4）
16
q         /*退出*/

还有其他命令如：

c           清除压栈

d           复制栈顶的值

p           输出栈顶值

q           退出交互模式

还有其它可以参考对应man文档。

非交互模式

一个算式让你就看的差不多了。

┌[2013-09-16/8.12  20:47:43]
├[7+10][~/shell]
└[snowsolf@Ubuntu-LTS-1 ╰_╯]$echo "4 3 * 2 + 1 -p"|dc
13

算式是：（4 * 3 + 2 - 1）。

是不是很简单！

(( )) & [ ]

这两个在shell中比较常见，这两个和expr命令有些类似，也是用于整数计算。

他们支持的运算符号有如下：

|    位或
+ ||   若前后两者都不为0，则返回1，否则返回0
 &  位与
+ &&  若前者为0，不再对后者进行处理，否则对后者处理，后者不为0时返回1
 < 
 <=
 ==
 !=
 >=
 > 
 + 
 - 
 * 
 / 
 %

带+号的两个运算符其实是shell支持的运算符。

这两个对与expr的优点是：运算符号全部不需要转义。

我们一味的在shell中用那些别人没用过的命令来做同一件事，但不要忘了(( ))和[ ]是shell中常见的，而且非常实用，但并非是你常用的！

实例：

┌[2013-09-16/8.12  20:47:51]
├[7+10][~/shell]
└[snowsolf@Ubuntu-LTS-1 ╰_╯]$echo $(( 2 + 5 ))
7
┌[2013-09-16/8.12  21:11:14]
├[7+10][~/shell]
└[snowsolf@Ubuntu-LTS-1 ╰_╯]$echo $(( 2 * 5 ))
10
┌[2013-09-16/8.12  21:11:19]
├[7+10][~/shell]
└[snowsolf@Ubuntu-LTS-1 ╰_╯]$echo $(( 2 - 5 ))
-3
┌[2013-09-16/8.12  21:11:23]
├[7+10][~/shell]
└[snowsolf@Ubuntu-LTS-1 ╰_╯]$echo $(( 2 % 5 ))
2
┌[2013-09-16/8.12  21:11:29]
├[7+10][~/shell]
└[snowsolf@Ubuntu-LTS-1 ╰_╯]$echo $[ 2 % 5 ]
2
┌[2013-09-16/8.12  21:11:45]
├[7+10][~/shell]
└[snowsolf@Ubuntu-LTS-1 ╰_╯]$echo $[ 2 - 5 ]
-3
┌[2013-09-16/8.12  21:11:50]
├[7+10][~/shell]
└[snowsolf@Ubuntu-LTS-1 ╰_╯]$echo $[ 2 * 5 ]
10
┌[2013-09-16/8.12  21:11:55]
├[7+10][~/shell]
└[snowsolf@Ubuntu-LTS-1 ╰_╯]$echo $[ 2 + 5 ]
7

独行者如风！