8. 运算符相关话题 - 8.1 运算符

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2023-12-01

赋值运算符

变量赋值，初始化或改变一个变量的值。

=

等号=赋值运算符，既可用于算术赋值，也可用于字符串赋值。

var=27
category=minerals  # "="左右不允许有空格

注意，不要混淆=赋值运算符与=测试操作符。

#   =   作为测试操作符
if [ "$string1" = "$string2" ]
then
   command
fi
#  [ "X$string1" = "X$string2" ] 这样写是安全的,
#  这样写可以避免任意一个变量为空时的报错。
#  (变量前加的"X"字符规避了变量为空的情况)

算术运算符

+

加

-

减

*

乘

/

除

**

幂运算

# Bash, 2.02版本，推出了"**"幂运算操作符。
let "z=5**3"    # 5 * 5 * 5
echo "z = $z"   # z = 125

%

取余(返回整数除法的余数)

bash$ expr 5 % 3
2

5/3=1，余2
取余运算符经常被用于生成一定范围内的数( 案例9-11, 案例9-15)，以及格式化程序输出(案例 27-16，案例 A-6)。
取余运算符还可以用来产生素数（案例A-15），取余的出现大大扩展了整数的算术运算。

样例 8-1. 最大公约数

#!/bin/bash
# gcd.sh: 最大公约数
#         使用欧几里得算法
#  两个整数的最大公约数（gcd）
#  是两数能同时整除的最大数
#  欧几里得算法使用辗转相除法
#    In each pass,
#       dividend <---  divisor
#       divisor  <---  remainder
#    until remainder = 0.
#    The gcd = dividend, on the final pass.
#
#  关于欧几里得算法更详细的讨论，可以查看:
#  Jim Loy's site, http://www.jimloy.com/number/euclids.htm.
# ------------------------------------------------------
# 参数检查
ARGS=2
E_BADARGS=85
if [ $# -ne "$ARGS" ]
then
  echo "Usage: `basename $0` first-number second-number"
  exit $E_BADARGS
fi
# ------------------------------------------------------
gcd ()
{
  dividend=$1             #  随意赋值，
  divisor=$2              #  两数谁大谁小是无关紧要的，
                          #  为什么?
  remainder=1             #  如果在测试括号里使用了一个未初始化的变量，
                          #  会报错的。
  until [ "$remainder" -eq 0 ]
  do    #  ^^^^^^^^^^  该变量必须在使用前初始化！
    let "remainder = $dividend % $divisor"
    dividend=$divisor     # 对被除数，除数重新赋值
    divisor=$remainder
  done                    # 欧几里得算法
}                         # 最后的 $dividend 就是最大公约数（gcd）
gcd $1 $2
echo; echo "GCD of $1 and $2 = $dividend"; echo
# 练习 :
# ---------
# 1) 检查命令行参数，保证其为整数，
#+   如果有错误，捕捉错误并在脚本退出前打印出适当的错误信息。
# 2) 使用本地变量(local variables)重写gcd()函数。
exit 0

+=

加等（加上一个数）[^1]
let "var += 5" 的结果是var变量的值增加了5。

-=

减等（减去一个数）

*=

乘等（乘以一个数）
let "var *= 4" 的结果是var变量的值乘了4。

/=

除等（除以一个数）

%=

余等（取余赋值）

小结

算术运算符常用于expr或let表达式中。

样例 8-2. 使用算术运算符

#!/bin/bash
# 使变量自增1，10种不同的方法实现
n=1; echo -n "$n "
let "n = $n + 1"   # 可以使用 let "n = n + 1"
echo -n "$n "
: $((n = $n + 1))
#  ":" 是必要的，不加的话，bash会将
#+ "$((n = $n + 1))"看做一条命令。
echo -n "$n "
(( n = n + 1 ))
#  更简洁的写法。
#  感谢 David Lombard指出。
echo -n "$n "
n=$(($n + 1))
echo -n "$n "
: $[ n = $n + 1 ]
#  ":" 是必要的，不加的话，bash会将
#+ "$[ n = $n + 1 ]"看做一条命令。
#  即使"n"是字符串，也是可行的。
echo -n "$n "
n=$[ $n + 1 ]
#  即使"n"是字符串，也是可行的。
#* 不要用这种写法，它已被废弃且不具有兼容性。
#  感谢 Stephane Chazelas.
echo -n "$n "
# 使用C风格的自增运算符也是可以的
# 感谢 Frank Wang 指出。
let "n++"          # let "++n" 可行
echo -n "$n "
(( n++ ))          # (( ++n ))  可行
echo -n "$n "
: $(( n++ ))       # : $(( ++n )) 可行
echo -n "$n "
: $[ n++ ]         # : $[ ++n ] 可行
echo -n "$n "
echo
exit 0

在早期的Bash版本中，整型变量是带符号的长整型数（32-bit），取值范围从 -2147483648 到 2147483647。如果算术操作超出了整数的取值范围，结果会不准确。

echo $BASH_VERSION   # Bash 1.14版本
a=2147483646
echo "a = $a"        # a = 2147483646
let "a+=1"           # 自增 "a".
echo "a = $a"        # a = 2147483647
let "a+=1"           # 再次自增"a"，超出取值范围。
echo "a = $a"        # a = -2147483648
                     #      错误：超出范围，
                     #+     最左边的符号位被重置，
                     #+     结果变负

Bash版本 >= 2.05b, Bash支持了64-bit整型数。

注意，Bash并不支持浮点运算，Bash会将带小数点的数看做字符串。

a=1.5
let "b = $a + 1.3"  # 报错
# t2.sh: let: b = 1.5 + 1.3: syntax error in expression
#                            (error token is ".5 + 1.3")
echo "b = $b"       # b=1

如果你想在脚本中使用浮点数运算，借助bc或外部数学函数库吧。

位运算

位运算很少出现在shell脚本中，在bash中加入位运算的初衷似乎是为了操控和检测来自ports或sockets的数据。位运算在编译型语言中能发挥更大的作用，比如C/C++，位运算提供了直接访问系统硬件的能力。然而，聪明的vladz在他的base64.sh(案例 A-54)脚本中也用到了位运算。
下面介绍位运算符。

<<

左移运算符(左移1位相当于乘2)

<<=

左移赋值

let "var <<= 2" 的结果是var变量的值向左移了2位(乘以4)

>>

右移运算符(右移1位相当于除2)

>>=

右移赋值

&

按位与（AND）

&=

按位与等（AND-equal）

|

按位或（OR）

|=

按位或等（OR-equal）

~

按位取反

^

按位异或（XOR）

^=

按位异或等（XOR-equal）

逻辑(布尔)运算符

!

非(NOT)

if [ ! -f $FILENAME ]
then
  ...

&&

与(AND)

if [ $condition1 ] && [ $condition2 ]
#  等同于:  if [ $condition1 -a $condition2 ]
#  返回true如果 condition1 和 condition2 同时为真...
if [[ $condition1 && $condition2 ]]    # 可行
#  注意，&& 运算符不能用在[ ... ]结构里。

&&也可以被用在list结构中连接命令。

||

或(OR)

if [ $condition1 ] || [ $condition2 ]
#  等同于:  if [ $condition1 -a $condition2 ]
#  返回true如果 condition1 和 condition2 任意一个为真...
if [[ $condition1 || $condition2 ]]    # 可行
#  注意，|| 运算符不能用在[ ... ]结构里。

小结

样例 8-3. 在条件测试中使用 && 和 ||

#!/bin/bash
a=24
b=47
if [ "$a" -eq 24 ] && [ "$b" -eq 47 ]
then
  echo "Test #1 succeeds."
else
  echo "Test #1 fails."
fi
#  错误:   if [ "$a" -eq 24 && "$b" -eq 47 ]
#          这样写的话，bash会先执行'[ "$a" -eq 24'
#          然后就找不到右括号']'了...
#
#  注意:  if [[ $a -eq 24 && $b -eq 24 ]]  这样写是可以的
#  双方括号测试结构比单方括号更加灵活。
#  (双方括号中的"&&"与单方括号中的"&&"意义不同)
#  感谢 Stephane Chazelas 指出。
if [ "$a" -eq 98 ] || [ "$b" -eq 47 ]
then
  echo "Test #2 succeeds."
else
  echo "Test #2 fails."
fi
#  使用 -a 和 -o 选项也具有同样的效果。
#  感谢 Patrick Callahan 指出。
if [ "$a" -eq 24 -a "$b" -eq 47 ]
then
  echo "Test #3 succeeds."
else
  echo "Test #3 fails."
fi
if [ "$a" -eq 98 -o "$b" -eq 47 ]
then
  echo "Test #4 succeeds."
else
  echo "Test #4 fails."
fi
a=rhino
b=crocodile
if [ "$a" = rhino ] && [ "$b" = crocodile ]
then
  echo "Test #5 succeeds."
else
  echo "Test #5 fails."
fi
exit 0

&&和||运算符也可以用在算术运算中。

bash$ echo $(( 1 && 2 )) $((3 && 0)) $((4 || 0)) $((0 || 0))
1 0 1 0

其他运算符

,

逗号运算符
逗号运算符用于连接两个或多个算术操作，所有的操作会被依次求值（可能会有副作用）。^2

let "t1 = ((5 + 3, 7 - 1, 15 - 4))"
echo "t1 = $t1"           ^^^^^^  # t1 = 11
# 这里的t1 被赋值了11，为什么？
let "t2 = ((a = 9, 15 / 3))"      # 对"a"赋值并对"t2"求值。
echo "t2 = $t2    a = $a"         # t2 = 5    a = 9

逗号运算符常被用在for循环中。参看案例 11-13。

[^1]: 取决与不同的上下文，+= 也可能作为字符串连接符。它可以很方便地修改环境变量。