Bash 的算术运算

可通过declare -i 声明整数变量，具体请看《Bash 变量》的declare 命令小节

算术表达式

((...))语法可以进行整数的算术运算。((...))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。不过算术表达式只能计算整数，否则会报错。

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$ ((age = 12 -2 ))
$ echo $age
10

1
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$ ((2+2))
$ (( 2+2 ))
$ (( 2 + 2 ))

只能计算整数，不能计算小数

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$ ((2.5 -1))
-bash: ((: 2.5 -1: syntax error: invalid arithmetic operator (error token is ".5 -1")

算数表达式不返回值，表达式地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，表达式就算执行成功，即$?为 0。如果表达式结果为0，则表示执行失败，$?就不为0，一般都会为1

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$ ((age = 2+2))
$ echo $?
0
$ ((age = 2-2))
$ echo $?
1

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。

我们在《Bash 的模式拓展》中的算术扩展小节已经接触过

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$ echo $(( 1 + 2 +2 ))
5

((...))语法支持的算术运算符如下。

• +：加法
• -：减法
• *：乘法
• /：除法（整除）：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
• %：余数：比如5除以2，余数是1
• **：指数
• ++：自增运算（前缀或后缀）：++i表示先加后用，i++表示先用后加
• --：自减运算（前缀或后缀）：与上同理

((...))内部还支持()的嵌套，就像写数学表达式一样，$((...))结构可以嵌套。

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$ ((val = ((5+5)*10 -20)/5 ))
$ echo $val
16

自增

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$ val=0
$ echo $((val++))
0
$ echo $val
1

$((...))的圆括号之中，不需要在变量名之前加上$，不过加上也不报错。

如果在$((...))里面使用带引号的字符串，会报错，

在大佬的博客中，$((...))会将带引号的字符串认作是一个变量名。跟我的实际情况不一样。

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$ echo $(( "hello" + 2))
-bash: "hello" + 2: syntax error: operand expected (error token is ""hello" + 2")

如果$((...))里面使用不存在的变量，或者变量的值不为整数，也会当作0处理。

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$ echo $((name + 12))
22

如果变量的值为整数，则会生效

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$ name=xiashuo
$ echo $((name + 12))
12
$ name=22
$ echo $((name + 12))
34
$ name=28
$ echo $((name + 12))
40

最后，$[...]是以前的语法，也可以做整数运算，不建议使用。

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$ echo $[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。

不同进制的数，在算数表达式中可以进行运算，最终通过 echo 输出的时候的时候，都会转化为十进制数，非常方便。

简单实践：

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$ echo $((10))
10
$ echo $((010))
8
$ echo $((0x10))
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$ echo $((3#10))
3
$ echo $((2#10101010))
170
$ echo $((4#101))
17
# 3 进制数 加上一个 2 进制数
$ echo $((3#10 + 2#101))
8
# 4 进制数 加上一个 2 进制数
$ echo $((4#11 + 2#11))
8

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。
• ^：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。

下面是二进制数位运算的的例子。

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$ echo $((2#1111))
15
$ echo $((2#1111 >> 2))
3
$ echo $((2#1111 << 2))
60
$ echo $((2#11 << 2))
12
$ echo $((2#1111 & 2#1100))
12
$ echo $((2#1111 | 2#1100))
15
$ echo $((~2#1100))
-13
$ echo $((2#1111 ^ 2#1100))
3

这里解释一下为什么$((~2#1100))为-13，这里涉及到计算机中二进制存储相关的知识，在计算机中所有的数字都是以二进制补码的形式进行存储和表示的，也是以补码的方式进行计算，那2#1100也是补码，按位取反之后就是2#0011，这就是补码，那这个补码对应的二进制数怎么求呢？先计算其反码0010，然后获取原码1101，然后就是 13，然后因为之前符号位是 0，现在符号位取反，就是 1，所以为负数，就是 -13，所以最后输出 -13

关于原码、反码、补码的知识，请看《Java 核心技术卷一_第 3 章_Java 基本程序设计结构》的原码、反码、补码小节。

也可以对十进制数进行位运算，不过看起来就不明显了

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$ echo $((7 << 2))
28
$ echo $((7 >> 2))
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7 的补码和源码相同，是111

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
• !：逻辑否
• 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。

我们在《Bash 条件判断》小节中会使用test命令进行条件判断，但是写起来比较麻烦，比如-gt、-lt，如果是简单的算数运算的话，直接使用算数表达式直接使用>或者<会比较方便。

简单实践：

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$ name=xiashuo
$ echo $(( ${#name} > 4  ))
1
$ echo $(( ${#name} > 10  ))
0
$ echo $(( 1 < 3 ||  5>2  ))
1
$ echo $(( 1 < 3? 111 :2222  ))
111

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。

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$ echo $((a=3))
3
$ echo $a
3

上面例子中，a=3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。

基本上就是支持算术运算和位运算的赋值运算，使用起来还是很方便的

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$ val=7
$ echo $((val <<= 2))
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$ echo $((val *= 2))
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如果在表达式内部赋值，可以放在圆括号中，否则会报错。

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$ echo $(( a<1 ? (a+=1) : (a-=1) ))

求值运算

逗号,在$((...))内部是求值运算符，执行前后两个表达式，并返回后一个表达式的值。也就是说，通过在$((...))中使用,，可以将多个表达式写在一个$((...))内部，并返回最终的计算结果

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$ val=7
$ echo $((val <<= 2,val *=2))
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expr 命令

expr命令支持算术运算，可以不使用((...))语法。注意符号跟数字之间必须有空格，否则会当成字符串直接输出

总体来说，使用体验不如算数运算符

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$ expr 3+2
3+2
$ expr 3 + 2
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expr命令支持变量替换。

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$ foo=3
$ expr $foo + 2
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expr命令也不支持非整数参数。

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$ expr 3.5 + 2
expr: non-integer argument

上面例子中，如果有非整数的运算，expr命令就报错了。

let 命令

let命令用于将算术运算的结果，赋予一个变量。

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$ let x=2+3
$ echo $x
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上面例子中，变量x等于2+3的运算结果。

注意，x=2+3这个式子里面不能有空格，否则会报错。

let命令的详细用法参见《Bash 变量》。