一、 数值运算 (Numerical Operations)

Shell中进行数值运算有多种方式，每种方式有其特定的应用场景和优缺点。

1. 常见运算方式对比

运算方式	语法示例	支持小数	效率	说明
$(())	echo $((1+1))	❌ 否	⭐⭐⭐⭐⭐	推荐。Shell内置，效率最高，无需转义 *。
$[]	echo $[1+1]	❌ 否	⭐⭐⭐⭐	较老式的写法，功能同 $(())。
expr	expr 1 + 1	❌ 否	⭐⭐⭐	外部命令，效率较低。注意运算符两边必须有空格，* 需要转义为 \*。
let	let i++	❌ 否	⭐⭐⭐⭐	主要用于变量赋值和自增/自减操作。
bc	echo "1.5+1" | bc	✅ 是	⭐⭐	任意精度计算器，适合浮点数运算。
awk	echo 10 3 | awk '{print $1/$2}'	✅ 是	⭐⭐	文本处理神器，也擅长数值计算。
python	python -c "print(1+1)"	✅ 是	⭐	调用Python解释器，功能最强但开销大。

2. 深入解析

2.1 expr 命令的坑

• 空格敏感：expr 1+1 不会进行计算，只会输出字符串 1+1。必须写成 expr 1 + 1。
• 乘法转义：expr 2 * 3 会报错，因为 * 是通配符。必须写成 expr 2 \* 3。
• 返回值：expr 常用于判断参数是否为整数。如果计算结果非空且非0，返回码为0（成功）；否则可能非0。

2.2 let 命令技巧

let 不需要 $ 符号来引用变量，非常适合循环中的计数器。

let i++   # 等同于 i=$((i+1))
let a=a+5

2.3 小数运算 (bc & awk)

Shell原生不支持小数，需借助工具：

# 使用 bc
echo "10 / 3" | bc -l  # -l 加载数学库，支持小数

# 使用 awk (推荐，格式化输出更方便)
echo 10 3 | awk '{printf "%.2f\n", $1/$2}'  # 输出 3.33

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二、 变量子串操作 (String Manipulation)

Shell 提供了强大的内置字符串处理功能，无需调用 sed 或 awk 即可完成简单的替换和截取，效率极高。

1. 字符串截取与删除

假设变量 url="www.sina.com.cn"

符号	记忆口诀	示例	结果	说明
#	键盘上 # 在 $ 左边 -> 从左往右删	${url#*.}	sina.com.cn	非贪婪匹配（最短匹配），删掉第一个 . 及其左边
##	两个 # -> 贪婪删	${url##*.}	cn	贪婪匹配（最长匹配），删掉最后一个 . 及其左边 (常用于获取后缀)
%	键盘上 % 在 $ 右边 -> 从右往左删	${url%.*}	www.sina.com	非贪婪匹配，删掉最后一个 . 及其右边
%%	两个 % -> 贪婪删	${url%%.*}	www	贪婪匹配，删掉第一个 . 及其右边

2. 字符串替换

语法	说明	示例 (url=www.baidu.com)	结果
${var/old/new}	替换第一个匹配项	${url/baidu/sina}	www.sina.com
${var//old/new}	替换所有匹配项	${url//w/W}	WWW.baidu.com
${var/old/}	删除第一个匹配项	${url/baidu/}	www..com

3. 获取长度

echo ${#url}  # 输出字符串长度

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三、 条件表达式 (Conditional Expressions)

1. 语法结构

• test 表达式
• [ 表达式 ]：最常用，注意 [ 后和 ] 前必须有空格。
• [[ 表达式 ]]：Bash 扩展语法，支持正则匹配 ~=，逻辑运算符 && || 可直接在内部使用。

2. 文件判断 (File Tests)

参数	说明	记忆
-f	判断是否为普通文件 (file) 且存在	file
-d	判断是否为目录 (directory) 且存在	directory
-e	判断文件或目录是否存在 (exist)	exist
-r	判断是否有读权限	read
-w	判断是否有写权限	write
-x	判断是否有可执行权限	execute

3. 字符串比对

运算符	说明	示例
= / ==	相等	[ "$a" = "$b" ]
!=	不等	[ "$a" != "$b" ]
-z	长度为0 (Zero)	[ -z "$name" ] (判断空变量)
-n	长度不为0 (Non-zero)	[ -n "$name" ]
=~	正则匹配 (仅 [[ ]])	[[ "$name" =~ ^[0-9]+$ ]]

4. 整数比对

运算符	英文全称	含义
-eq	equal	等于
-ne	not equal	不等于
-gt	greater than	大于
-ge	greater or equal	大于等于
-lt	less than	小于
-le	less or equal	小于等于

5. 逻辑运算符

关系	[ ] 内部语法	[[ ]] 或 外部语法	说明
与 (AND)	-a	&&	两边都成立才为真
或 (OR)	-o	||	只要一边成立即为真
非 (NOT)	!	!	取反

示例：

[ -f /etc/hosts -a -d /etc ] && echo "Ok"  # [ ] 内部用 -a
[ -f /etc/hosts ] && [ -d /etc ] && echo "Ok" # 外部用 &&
[[ -f /etc/hosts && -d /etc ]] && echo "Ok" # [[ ]] 内部用 &&

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四、 实战案例 (Practical Examples)

案例 1：检查输入是否为整数

利用正则匹配 [[ =~ ]] 是最简便的方法。

#!/bin/bash
read -p "请输入一个数字: " num

# 判断是否为纯数字
if [[ ! "$num" =~ ^[0-9]+$ ]]; then
    echo "错误：请输入纯整数！"
    exit 1
fi

echo "你输入的数字是：$num"

案例 2：磁盘空间监控告警

监控根分区使用率，超过 10% (测试用，实际可设 80%) 发送告警。

#!/bin/bash
# 1. 获取磁盘使用率 (去除百分号)
disk_use=$(df -h | awk '/\/$/ {print $(NF-1)}' | sed 's/%//')

# 2. 判断是否超过阈值
if [ "$disk_use" -gt 10 ]; then
    echo "警告：磁盘使用率过高，当前为 ${disk_use}%"
    # 此处可调用发送邮件或微信脚本
    # python weixin.py "Disk Alert" "Usage: ${disk_use}%"
else
    echo "磁盘状态正常：${disk_use}%"
fi

案例 3：服务自愈脚本 (Nginx)

判断服务是否存在，不存在则尝试启动。

#!/bin/bash
# 检查 Nginx 进程是否存在
# wc -l 统计行数，如果为0说明没运行
count=$(ps -ef | grep nginx | grep -v grep | wc -l)

if [ "$count" -eq 0 ]; then
    echo "Nginx 未运行，正在尝试启动..."
    systemctl start nginx

    # 再次检查
    if [ $? -eq 0 ]; then
        echo "Nginx 启动成功"
    else
        echo "Nginx 启动失败，请人工介入！"
    fi
else
    echo "Nginx 正在运行中"
fi

案例 4：自动创建目录

#!/bin/bash
DIR="/data/backup"

# 如果目录不存在，则创建
if [ ! -d "$DIR" ]; then
    echo "目录 $DIR 不存在，正在创建..."
    mkdir -p "$DIR"
fi

cd "$DIR" || exit
echo "已进入目录 $(pwd)"