在日常的 Shell 脚本编写中，我们经常会遇到需要进行数学计算的场景。相较于其他编程语言直接支持算数运算，Shell 本身并不直接支持复杂的数学计算，因为它并不如 Python 那样直接支持简单的数学表达式。
不过，别担心，通过本文，你将学会如何在 Shell 中灵活进行各种数学计算。
开始之前
在深入了解细节之前，有必要先了解，尽管 Shell 本身对数学运算的支持很有限，但我们可以通过一些特定的命令和运算方式来进行。有多种方法可以在 Shell 中进行数学运算，包括一些直接的运算器如 (()) 和 let，以及依赖于外部工具如 bc 的方式。
下面，我们讲解最常用的数学计算方式，并提供实际的代码示例。准备好开始你的 Shell 数学之旅了吗？
Shell 算术运算符
在深入示例之前，让我们先快速了解一下 Shell 支持的一些基本算术运算符及其含义。
| 算术运算符 | 说明/含义 | ||
|---|---|---|---|
| +, - | 加法（或正号）、减法（或负号） | ||
| *, /, % | 乘法、除法、取余（取模） | ||
| ** | 幂运算 | ||
| ++, -- | 自增和自减，可以放在变量的前面也可以放在变量的后面 | ||
| !, &&, \ | \ | 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、按位或、按位与、按位异或 | |
| =, +=, -=, *=, /=, %= | 赋值运算符 |
Shell 中的数学计算方式
shell 中常用的六种数学计算方式：
| 运算操作符/运算命令 | 说明 |
|---|---|
| (( )) | 用于整数运算，效率很高，推荐使用。但是只能进行整数运算，不能对小数或者字符串进行计算。 |
| let | 用于整数运算，和 (()) 类似。 |
| $[] | 用于整数运算，不如 (()) 灵活。 |
| expr | 可用于整数运算，也可以处理字符串。比较麻烦，需要注意各种细节，不推荐使用。 |
| bc | Linux下的一个计算器程序，可以处理整数和小数。Shell 本身只支持整数运算，想计算小数就得使用 bc 这个外部的计算器。 |
| declare -i | 将变量定义为整数，然后再进行数学运算时就不会被当做字符串了。功能有限，仅支持最基本的数学运算（加减乘除和取余），不支持逻辑运算、自增自减等，所以在实际开发中很少使用。 |
(()) 可以用于整数计算，bc 可以用于小数计算，推荐只使用 (()) 和 bc 的方式进行运算
使用 (()) 进行整数运算
(( )) 是进行整数运算最推荐的方式，它不仅效率高，而且语法简洁。请注意，(( )) 只支持整数运算，不能用于小数或字符串。
下面通过一些实际的代码示例来展示 (()) 的使用方法：
#!/bin/bash
# 简单的数值运算
echo $((1+1)) # 输出 2
# 变量运算
i=3
((i*=2)) # 等同于 i=i*2，此时 i 的值变为 6
echo $i # 输出 6
# 复合运算
((a=1+2**3-4%3))
echo $a # 输出 8，展示了加法、幂运算和取模的组合使用
# 逻辑运算
echo $((3<6)) # 输出 1，1 表示真（true）
echo $((3>6)) # 输出 0，0 表示假（false）
# 自增和自减运算
c=10
echo $((c++)) # 输出 10，c 的值变为 11
echo $c # 输出 11
# 多表达式运算
((a=3+5, b=a+10))
echo $a $b # 先计算 a=3+5，然后 b=a+10；最终输出 8 18
这些例子体现了 (()) 在处理各种整数运算中的强大和灵活性。
使用 bc 进行小数计算
对于需要小数运算的场景，bc 是你的最佳选择。它是 Linux 下的一个高精度计算器程序，支持整数和小数运算。
# 使用 bc 进行小数加法
echo "scale=2; 3.14 + 2.86" | bc # 输出 6.00
# 使用变量
a=5.75
b=4.25
result=$(echo "$a + $b" | bc)
echo $result # 输出 10.00
bc 使用 scale 来定义小数点后的精度，这在进行小数运算时非常有用。
总结
虽然 Shell 本身对数学运算的支持有限，但通过 (()) 和 bc 等方式，我们可以有效地进行整数和小数的计算。
希望本文能帮助你在编写 Shell 脚本时，更加自如地处理数学运算问题。
