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Linux bc命令詳解:一款數學計算器

Bash Shell 內置了對整數運算的支持,但是并不支持浮點運算,而 Linux bc 命令可以很方便的進行浮點運算,當然整數運算也不再話下。

bc 甚至可以稱得上是一種編程語言了,它支持變量、數組、輸入輸出、分支結構、循環結構、函數等基本的編程元素,所以 Linux 手冊中是這樣來描述 bc 的:

An arbitrary precision calculator language

翻譯過來就是“一個任意精度的計算器語言”。

在終端輸入bc命令,然后回車即可進入 bc 進行交互式的數學計算。在 Shell 編程中,我們也可以通過管道和輸入重定向來使用 bc。

本節我們先學習如何在交互式環境下使用 bc,然后再學習如何在 Shell 編程中使用 bc,這樣就易如反掌了。

從終端進入 bc

在終端輸入 bc 命令,然后回車,就可以進入 bc,請看下圖:
進入bc
bc 命令還有一些選項,可能你會用到,請看下表。
選項 說明
-h | --help 幫助信息
-v | --version 顯示命令版本信息
-l | --mathlib 使用標準數學庫
-i | --interactive 強制交互
-w | --warn 顯示 POSIX 的警告信息
-s | --standard 使用 POSIX 標準來處理
-q | --quiet 不顯示歡迎信息

例如你不想輸入 bc 命令后顯示一堆沒用的信息,那么可以輸入bc -q
輸入bc -q命令

在交互式環境下使用 bc

使用 bc 進行數學計算是非常容易的,像平常一樣輸入數學表達式,然后按下回車鍵就可以看到結果,請看下圖。
使用bc進行數學計算
值得一提的是,我們定義了一個變量 n,然后在計算中也使用了 n,可見 bc 是支持變量的。

除了變量,bc 還支持函數、循環結構、分支結構等常見的編程元素,它們和其它編程語言的語法類似。下面我們定義一個求階乘的函數:
在bc中定義函數
其實我們很少使用這么復雜的功能,大部分情況下還是把 bc 作為普通的數學計算器,求一下表達式的值而已,所以大家不必深究,了解一下即可。

內置變量

bc 有四個內置變量,我們在計算時會經常用到,如下表所示:
變量名 作 用
scale 指定精度,也即小數點后的位數;默認為 0,也即不使用小數部分。
ibase 指定輸入的數字的進制,默認為十進制。
obase 指定輸出的數字的進制,默認為十進制。
last 或者 . 表示最近打印的數字

【實例1】scale 變量用法舉例:
scale變量的用法舉例
剛開始的時候,10/3 的值為 3,不帶小數部分,就是因為 scale 變量的默認值為 0;后邊給 scale 指定了一個大于 0 的值,就能看到小數部分了。

【實例2】ibase 和 obase 變量用法舉例:
ibase 和 obase 用法示例
注意:obase 要盡量放在 ibase 前面,因為 ibase 設置后,后面的數字都是以 ibase 的進制來換算的。

內置函數

除了內置變量,bc 還有一些內置函數,如下表所示:
函數名 作用
s(x) 計算 x 的正弦值,x 是弧度值。
c(x) 計算 x 的余弦值,x 是弧度值。
a(x) 計算 x 的反正切值,返回弧度值。
l(x) 計算 x 的自然對數。
e(x) 求 e 的 x 次方。
j(n, x) 貝塞爾函數,計算從 n 到 x 的階數。

要想使用這些數學函數,在輸入 bc 命令時需要使用-l選項,表示啟用數學庫。請看下面的例子:
在 bc 中使用數學函數

在一行中使用多個表達式

在前邊的例子中,我們基本上是一行一個表達式,這樣看起來更加舒服;如果你愿意,也可以將多個表達式放在一行,只要用分號;隔開就行。請看下面的例子:
在一行中使用多個表達式

在 Shell 中使用 bc 計算器

Shell 腳本中,我們可以借助管道或者輸入重定向來使用 bc 計算器。
此處我們并不打算展開講解管道和重定向,不了解的小伙伴請自行百度。

借助管道使用 bc 計算器

如果讀者希望直接輸出 bc 的計算結果,那么可以使用下面的形式:

echo "expression" | bc

expression就是希望計算的數學表達式,它必須符合 bc 的語法,上面我們已經進行了介紹。在 expression 中,還可以使用 Shell 腳本中的變量。

使用下面的形式可以將 bc 的計算結果賦值給 Shell 變量:

variable=$(echo "expression" | bc)

variable 就是變量名。

【實例1】最簡單的形式:
[www.frifeb11.com]$ echo "3*8"|bc
24
[www.frifeb11.com]$ ret=$(echo "4+9"|bc)
[www.frifeb11.com]$ echo $ret
13
【實例2】使用 bc 中的變量:
[www.frifeb11.com]$ echo "scale=4;3*8/7"|bc
3.4285
[www.frifeb11.com]$ echo "scale=4;3*8/7;last*5"|bc
3.4285
17.1425
【實例3】使用 Shell 腳本中的變量:
[www.frifeb11.com]$ x=4
[www.frifeb11.com]$ echo "scale=5;n=$x+2;e(n)"|bc -l
403.42879
在第二條命令中,$x表示使用第一條 Shell 命令中定義的變量,n是在 bc 中定義的新變量,它和 Shell 腳本是沒關系的。

【實例4】進制轉換:
#十進制轉十六進制
[mozhiyan@localhost ~]$ m=31
[mozhiyan@localhost ~]$ n=$(echo "obase=16;$m"|bc)
[mozhiyan@localhost ~]$ echo $n
1F
#十六進制轉十進制
[mozhiyan@localhost ~]$ m=1E
[mozhiyan@localhost ~]$ n=$(echo "obase=10;ibase=16;$m"|bc)
[mozhiyan@localhost ~]$ echo $n
30

借助輸入重定向使用 bc 計算器

可以使用下面的形式將 bc 的計算結果賦值給 Shell 變量:

variable=$(bc << EOF
expressions
EOF
)

其中,variable是 Shell 變量名,express是要計算的數學表達式(可以換行,和進入 bc 以后的書寫形式一樣),EOF是數學表達式的開始和結束標識(你也可以換成其它的名字,比如 aaa、bbb 等)。

請看下面的例子:
[www.frifeb11.com]$ m=1E
[www.frifeb11.com]$ n=$(bc << EOF
> obase=10;
> ibase=16;
> print $m
> EOF
> )
[www.frifeb11.com]$ echo $n
30
如果你有大量的數學計算,那么使用輸入重定向就比較方便,因為數學表達式可以換行,寫起來更加清晰明了。

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