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Linux bc命令详解:一款数学计算器

Bash Shell 内置了对整数运算的支持,但是并不支持浮点运算,而 Linux bc 命令可以很方便的进行浮点运算,当然整数运算也不再话下。

bc 甚至可以称得上是一种编程语言了,它支持变量、数组、输入输出、分支结构、循环结构、函数等基本的编程元素,所以 Linux 手册中是这样来描述 bc 的:

An arbitrary precision calculator language

翻译过来就是“一个任意精度的计算器语言”。

在终端输入bc命令,然后回车即可进入 bc 进行交互式的数学计算。在 Shell 编程中,我们也可以通过管道和输入重定向来使用 bc。

本节我们先学习如何在交互式环境下使用 bc,然后再学习如何在 Shell 编程中使用 bc,这样就易如反掌了。

从终端进入 bc

在终端输入 bc 命令,然后回车,就可以进入 bc,请看下图:
进入bc
bc 命令还有一些选项,可能你会用到,请看下表。
选项 说明
-h | --help 帮助信息
-v | --version 显示命令版本信息
-l | --mathlib 使用标准数学库
-i | --interactive 强制交互
-w | --warn 显示 POSIX 的警告信息
-s | --standard 使用 POSIX 标准来处理
-q | --quiet 不显示欢迎信息

例如你不想输入 bc 命令后显示一堆没用的信息,那么可以输入bc -q
输入bc -q命令

在交互式环境下使用 bc

使用 bc 进行数学计算是非常容易的,像平常一样输入数学表达式,然后按下回车键就可以看到结果,请看下图。
使用bc进行数学计算
值得一提的是,我们定义了一个变量 n,然后在计算中也使用了 n,可见 bc 是支持变量的。

除了变量,bc 还支持函数、循环结构、分支结构等常见的编程元素,它们和其它编程语言的语法类似。下面我们定义一个求阶乘的函数:
在bc中定义函数
其实我们很少使用这么复杂的功能,大部分情况下还是把 bc 作为普通的数学计算器,求一下表达式的值而已,所以大家不必深究,了解一下即可。

内置变量

bc 有四个内置变量,我们在计算时会经常用到,如下表所示:
变量名 作 用
scale 指定精度,也即小数点后的位数;默认为 0,也即不使用小数部分。
ibase 指定输入的数字的进制,默认为十进制。
obase 指定输出的数字的进制,默认为十进制。
last 或者 . 表示最近打印的数字

【实例1】scale 变量用法举例:
scale变量的用法举例
刚开始的时候,10/3 的值为 3,不带小数部分,就是因为 scale 变量的默认值为 0;后边给 scale 指定了一个大于 0 的值,就能看到小数部分了。

【实例2】ibase 和 obase 变量用法举例:
ibase 和 obase 用法示例
注意:obase 要尽量放在 ibase 前面,因为 ibase 设置后,后面的数字都是以 ibase 的进制来换算的。

内置函数

除了内置变量,bc 还有一些内置函数,如下表所示:
函数名 作用
s(x) 计算 x 的正弦值,x 是弧度值。
c(x) 计算 x 的余弦值,x 是弧度值。
a(x) 计算 x 的反正切值,返回弧度值。
l(x) 计算 x 的自然对数。
e(x) 求 e 的 x 次方。
j(n, x) 贝塞尔函数,计算从 n 到 x 的阶数。

要想使用这些数学函数,在输入 bc 命令时需要使用-l选项,表示启用数学库。请看下面的例子:
在 bc 中使用数学函数

在一行中使用多个表达式

在前边的例子中,我们基本上是一行一个表达式,这样看起来更加舒服;如果你愿意,也可以将多个表达式放在一行,只要用分号;隔开就行。请看下面的例子:
在一行中使用多个表达式

在 Shell 中使用 bc 计算器

Shell 脚本中,我们可以借助管道或者输入重定向来使用 bc 计算器。
  • 管道是 Linux 进程间的一种通信机制,它可以将前一个命令(进程)的输出作为下一个命令(进程)的输入,两个命令之间使用竖线|分隔。
  • 通常情况下,一个命令从终端获得用户输入的内容,如果让它从其他地方(比如文件)获得输入,那么就需要重定向。

此处我们并不打算展开讲解管道和重定向,不了解的小伙伴请自行百度。

借助管道使用 bc 计算器

如果读者希望直接输出 bc 的计算结果,那么可以使用下面的形式:

echo "expression" | bc

expression就是希望计算的数学表达式,它必须符合 bc 的语法,上面我们已经进行了介绍。在 expression 中,还可以使用 Shell 脚本中的变量。

使用下面的形式可以将 bc 的计算结果赋值给 Shell 变量:

variable=$(echo "expression" | bc)

variable 就是变量名。

【实例1】最简单的形式:
[c.biancheng.net]$ echo "3*8"|bc
24
[c.biancheng.net]$ ret=$(echo "4+9"|bc)
[c.biancheng.net]$ echo $ret
13
【实例2】使用 bc 中的变量:
[c.biancheng.net]$ echo "scale=4;3*8/7"|bc
3.4285
[c.biancheng.net]$ echo "scale=4;3*8/7;last*5"|bc
3.4285
17.1425
【实例3】使用 Shell 脚本中的变量:
[c.biancheng.net]$ x=4
[c.biancheng.net]$ echo "scale=5;n=$x+2;e(n)"|bc -l
403.42879
在第二条命令中,$x表示使用第一条 Shell 命令中定义的变量,n是在 bc 中定义的新变量,它和 Shell 脚本是没关系的。

【实例4】进制转换:
#十进制转十六进制
[mozhiyan@localhost ~]$ m=31
[mozhiyan@localhost ~]$ n=$(echo "obase=16;$m"|bc)
[mozhiyan@localhost ~]$ echo $n
1F
#十六进制转十进制
[mozhiyan@localhost ~]$ m=1E
[mozhiyan@localhost ~]$ n=$(echo "obase=10;ibase=16;$m"|bc)
[mozhiyan@localhost ~]$ echo $n
30

借助输入重定向使用 bc 计算器

可以使用下面的形式将 bc 的计算结果赋值给 Shell 变量:

variable=$(bc << EOF
expressions
EOF
)

其中,variable是 Shell 变量名,express是要计算的数学表达式(可以换行,和进入 bc 以后的书写形式一样),EOF是数学表达式的开始和结束标识(你也可以换成其它的名字,比如 aaa、bbb 等)。

请看下面的例子:
[c.biancheng.net]$ m=1E
[c.biancheng.net]$ n=$(bc << EOF
> obase=10;
> ibase=16;
> print $m
> EOF
> )
[c.biancheng.net]$ echo $n
30
如果你有大量的数学计算,那么使用输入重定向就比较方便,因为数学表达式可以换行,写起来更加清晰明了。

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