シェルスクリプトの計算方法まとめ $(( ))・expr・bc・awk比較表つき

シェルスクリプトの計算は、整数なら $(( ))、小数が必要なら awk か bc を使うのが基本です。 $(( )) はシェル自身が計算するので速く、sh（POSIXシェル）でも bash でも同じように書けます。小数を扱えるのは外部コマンドの bc と awk で、桁数の指定や四捨五入のしかたに違いがあります。

この記事では、bash 5.2.21 と dash 0.5.12（Ubuntu 24.04 の /bin/sh）で実際に動かした結果をもとに、7つの方法を比較表にまとめました。08 や 09 でエラーになる理由、整数の割り算が切り捨てになること、set -e を付けたスクリプトが (( i++ )) で止まる挙動を、実際のエラーメッセージつきで再現しています。四捨五入・切り上げ・パーセント計算・小数比較は、bash と dash の両方で同じ結果になることを確かめたコピペ集として載せました。

シェルスクリプトの計算方法の早見表

時間は、今回の環境（2コア）で「i × 3 ＋ 1」を2000回くり返したときの実測値です。シェル組み込みの $(( )) は、外部コマンドを毎回起動する方法より数百倍速いという結果でした。数値は環境によって変わります。

どれを選ぶかは、次の表で判断できます。

検証環境

$(( )) の基本：整数の四則演算

$(( 式 )) は算術展開と呼ばれ、式を計算した結果の文字列に置き換わります。かっこの中では変数に $ を付けなくても参照でき、空白も自由に入れられます。

a=7; b=2
echo "add: $((a + b))  sub: $((a - b))  mul: $((a * b))  div: $((a / b))  mod: $((a % b))  pow: $((a ** b))"
echo "neg div: $((-7 / 2))  neg mod: $((-7 % 2))"
echo "ternary: $(( a > b ? a : b ))  bit: $(( 1 << 10 ))  hex: $(( 0xff ))  base2: $(( 2#1010 ))"

bash での実行結果:

add: 9  sub: 5  mul: 14  div: 3  mod: 1  pow: 49
neg div: -3  neg mod: -1
ternary: 7  bit: 1024  hex: 255  base2: 10

dash で ** を使ったときのメッセージは次のとおりです。

$ dash -c 'i=5; echo $((i ** 2))'
dash: 1: arithmetic expression: expecting primary: "i ** 2"

/bin/sh で動かすスクリプトでは、べき乗（**）、++、--、基数の指定を使わないのが安全です。Ubuntu や Debian の /bin/sh は dash なので、1行目が #!/bin/sh のスクリプトはこの制約を受けます。

知っておくと役立つ挙動

x=; echo "empty: $(( x + 1 ))"
echo "max: $(( 9223372036854775807 + 1 ))"

empty: 1
max: -9223372036854775808

最後の例は、桁区切りのカンマが入った値をそのまま渡したときの実行結果です。${s//,/} でカンマを取り除くと、期待どおり 1201 になりました。

$ bash -c 's="1,200"; echo $(( s + 1 ))'
201
$ bash -c 's="1,200"; echo $(( ${s//,/} + 1 ))'
1201

変数のインクリメント：書き方と前置・後置の違い

どのシェルでも同じように動くのは i=$(( i + 1 )) です。bash 専用のスクリプトなら (( i += 1 )) や (( ++i )) が短く書けます。

前置（++i）と後置（i++）の違い

i=5; a=$(( i++ )); echo "a=$a i=$i"
i=5; b=$(( ++i )); echo "b=$b i=$i"
arr=(x y z); k=0; echo "${arr[k++]} ${arr[k++]} k=$k"

a=5 i=6
b=6 i=6
x y k=2

変数に入る値はどちらも同じで、違うのは「式そのものの値」です。この違いが、次の set -e の話につながります。

dash でのインクリメント

$ dash -c 'i=0; i=$((i + 1)); echo $i; : $((i += 1)); echo $i; echo $((i++))'
1
2
dash: 1: arithmetic expression: expecting primary: "i++"
$ dash -c 'i=0; ((i++)); echo "status=$? i=$i"'
dash: 1: i++: not found
status=127 i=0
$ dash -c 'let i=1+2; echo $i'
dash: 1: let: not found

dash では (( )) が算術コマンドとして解釈されず、i++ という名前のコマンドを探しに行っています。let も組み込まれていません。

つまずきやすい3つの挙動を再現する

1. 08 や 09 でエラーになる（先頭の 0 は8進数）

$(( )) の中では、0 で始まる数字は8進数として解釈されます。8進数に 8 と 9 は存在しないため、08 と 09 はエラーになります。日付の「月」「日」「時」「分」をそのまま計算に使ったときによく出会います。

$ bash -c 'm=08; echo $(( m + 1 ))'
bash: line 1: 08: value too great for base (error token is "08")
$ dash -c 'm=08; echo $(( m + 1 ))'
dash: 1: Illegal number: 08

エラーにならない 010 のような値は、気づかないまま8進数として計算されます。

$ bash -c 'm=010; echo $(( m + 1 )); echo $(( 10#$m + 1 ))'
9
11

010 は8進数で 8 なので、1 を足して 9 になっています。bash では 10#$変数 と書いて10進数であることを明示すると解決します。

$ bash -c 'm=09; echo $(( 10#$m + 1 ))'
10
$ bash -c 'h=$(date +%H); m=$(date +%M); echo "$h:$m -> $(( 10#$h * 60 + 10#$m ))"'
13:39 -> 819

10# は bash の機能で、dash では使えません。sh では ${m#0} で先頭の 0 を取り除きます。

$ dash -c 'm=08; echo $(( 10#$m + 1 ))'
dash: 1: arithmetic expression: expecting EOF: " 10#08 + 1 "
$ dash -c 'm=08; echo $(( ${m#0} + 1 ))'
9

負の数に 10# を付けるときは、符号を外に出します。

$ bash -c 'n=-08; echo $(( 10#$n ))'
bash: line 1: 10#: invalid integer constant (error token is "10#")
$ bash -c 'n=-08; echo $(( -10#${n#-} ))'
-8

date コマンドで数値を取り出すときは、date +%-m や date +%-d のように「-」を入れると、最初から 0 埋めなしの値を得られます（GNU date の書式）。

2. 整数の割り算は切り捨てになる

$(( )) は整数しか扱わないため、割り算の小数部分は捨てられます。

$ bash -c 'echo $(( 7 / 2 )) $(( -7 / 2 )) $(( 1 / 3 * 3 )) $(( 1 * 3 / 3 )) $(( 50 * 100 / 300 ))'
3 -3 0 1 16

小数を渡したときは、次のメッセージになります。

$ bash -c 'echo $(( 1.5 + 1 ))'
bash: line 1: 1.5 + 1 : syntax error: invalid arithmetic operator (error token is ".5 + 1 ")
$ dash -c 'echo $(( 1.5 + 1 ))'
dash: 1: arithmetic expression: expecting EOF: " 1.5 + 1 "
$ expr 1.5 + 1
expr: non-integer argument

0 で割ったときのメッセージも、方法ごとに確認しました。

$ bash -c 'echo $(( 1 / 0 ))'
bash: line 1: 1 / 0 : division by 0 (error token is "0 ")
$ dash -c 'echo $(( 1 / 0 ))'
dash: 1: arithmetic expression: division by zero: " 1 / 0 "
$ expr 1 / 0
expr: division by zero
$ echo "1/0" | bc
Runtime error (func=(main), adr=3): Divide by zero
$ awk "BEGIN{print 1/0}"
awk: cmd. line:1: error: division by zero attempted

割る数が変数のときは、計算の前に 0 でないことを確かめておくと安心です。

3. set -e 下で (( i++ )) がスクリプトを止める

set -e は「コマンドが 0 以外の終了ステータスを返したらスクリプトを終了する」設定です。そして (( 式 )) は、式の値が 0 のとき終了ステータス 1 を返します。

#!/bin/bash
set -e
i=0
echo "before: i=$i"
(( i++ ))
echo "after: i=$i"

$ bash sete.sh; echo "exit=$?"
before: i=0
exit=1

エラーメッセージは何も出ず、「after」の行に届く前に終了しています。後置の i++ は「増やす前の値」＝ 0 が式の値になるためです。終了ステータスだけを確かめると、仕組みがよくわかります。

$ bash -c 'i=0; (( i++ )); echo "status=$? i=$i"; (( i++ )); echo "status=$? i=$i"; (( 0 )); echo "status=$?"; (( 5 - 5 )); echo "status=$?"; (( 3 > 2 )); echo "status=$?"; let "x = 0"; echo "let status=$?"'
status=1 i=1
status=0 i=2
status=1
status=1
status=0
let status=1

i は 1 に増えているのに、1回目だけ status が 1 です。カウンタを 0 から始めたときの最初の1回だけ止まるので、原因に気づきにくい挙動です。trap で ERR を拾うと、止まった行番号がわかります。

#!/bin/bash
set -e
trap 'echo "ERR: line $LINENO: status=$?"' ERR
count=0
for f in a b c; do
  (( count++ ))
  echo "processed $f"
done

$ bash trapd.sh; echo "exit=$?"
ERR: line 6: status=1
exit=1

set -e のもとで安心して使える書き方を、1つのスクリプトで確かめました。

#!/bin/bash
set -e
i=0
(( ++i ));        echo "1) (( ++i ))        i=$i"
(( i += 1 ));     echo "2) (( i += 1 ))     i=$i"
i=$(( i + 1 ));   echo "3) i=\$(( i + 1 ))   i=$i"
: $(( i++ ));     echo "4) : \$(( i++ ))     i=$i"
i=0
(( i++ )) || true; echo "5) (( i++ )) || true i=$i"
i=0
let i++ || true;  echo "6) let i++ || true  i=$i"
i=0
let i++
echo "ここには届かない"

$ bash sete2.sh; echo "exit=$?"
1) (( ++i ))        i=1
2) (( i += 1 ))     i=2
3) i=$(( i + 1 ))   i=3
4) : $(( i++ ))     i=4
5) (( i++ )) || true i=1
6) let i++ || true  i=1
exit=1

1〜6 は続行し、最後の let i++ で終了しました。

(( ++i )) も、i が -1 のときは結果が 0 になり、終了ステータスが 1 になります（確認済み）。増減の方向や初期値に左右されない i=$(( i + 1 )) を基本にすると迷いません。

expr にも同じ性質があります。計算結果が 0 のとき、終了ステータスが 1 になります。

$ expr 5 - 5; echo "expr status=$?"
0
expr status=1
$ bash -c 'set -e; n=$(expr 5 - 5); echo "到達 n=$n"'; echo "exit=$?"
exit=1

(( )) と let：bash で計算と判定をまとめて書く

(( 式 )) は、計算だけを行って結果を出力しない書き方です。終了ステータスが「式の値が 0 以外なら成功」になるため、if や while の条件にそのまま使えます。

(( 10 > 9 )) && echo arith
s=0; for i in {1..100}; do (( s += i )); done; echo $s

arith
5050

数値の比較では、[[ ]] の中の > が文字列の比較になる点に注意します。

$ bash -c '[[ 10 -gt 9 ]] && echo num; [[ 10 > 9 ]] || echo "str: 10 > 9 is false"; (( 10 > 9 )) && echo arith'
num
str: 10 > 9 is false
arith

let は (( )) とほぼ同じ働きをする組み込みコマンドです。式に空白や * を含めるときは引用符で囲みます。

i=5; let "i = i * 2"; echo "let: $i"; let i++; echo "let i++: $i"

let: 10
let i++: 11

bash には、変数を整数として宣言する declare -i もあります。代入のたびに右辺が計算されます。

$ bash -c "declare -i z; z=3+4; echo \$z; z+=5; echo \$z"
7
12

$[ ] という書き方も bash では動きます（echo $[a+b] が 9 になることを確認）。以前から使われてきた書き方で、新しく書くスクリプトでは $(( )) にそろえるのがおすすめです。

expr：互換性のために残る外部コマンド

expr は、$(( )) が広く使えるようになる前から使われてきた計算コマンドです。今も多くのスクリプトで見かけるため、読み方を知っておくと役立ちます。

n=$(expr 7 + 2); echo "expr: $n"
echo "expr mul: $(expr 7 \* 2)"

expr: 9
expr mul: 14

* をエスケープしなかったときの実際のメッセージです（カレントディレクトリにファイルがある状態で実行）。

$ expr 7 * 2
expr: syntax error: unexpected argument 't1.sh'

bc：桁数を指定して小数を計算する

bc は任意精度の計算ができるコマンドです。小数点以下の桁数は scale で指定します。

echo "7 / 2" | bc
echo "scale=3; 7 / 2" | bc
echo "7 / 2" | bc -l

3
3.500
3.50000000000000000000

scale は「割り算の結果を何桁で切り捨てるか」の指定で、四捨五入ではありません。また、結果が 1 未満のとき .33 のように先頭の 0 が付かないため、表示を整えたいときは printf に渡します。

$ r=$(echo "scale=2; 2 / 4" | bc); printf "%.2f\n" "$r"
0.50

bash ではヒアストリングで短く書けます。

$ bc <<< "scale=4; 22 / 7"
3.1428

bc は最小構成の環境には入っていないことがあります（Ubuntu では apt install bc）。入っていない環境も想定するなら、awk を使う形にしておくと持ち運びやすくなります。

awk：小数の計算と書式指定を1回で済ませる

awk は倍精度の浮動小数点数で計算します。printf で桁数を指定すれば、計算と四捨五入を1つのコマンドで行えます。

awk 'BEGIN { print 7 / 2, int(7 / 2), 7 % 2, 2 ^ 10, sqrt(16) }'
awk 'BEGIN { printf "%.2f\n", 7 / 3 }'

3.5 3 1 1024 4
2.33

シェル変数は -v で渡します。式の中に $a のように直接埋め込むより、引用符の扱いが単純になります。

a=7; b=3
awk -v a="$a" -v b="$b" 'BEGIN { printf "%.2f\n", a / b }'

浮動小数点の誤差は、表示桁数を指定すれば通常は表に出ません。

$ awk "BEGIN { print 0.1 + 0.2; printf \"%.17f\n\", 0.1 + 0.2 }"
0.3
0.30000000000000004
$ echo "0.1 + 0.2" | bc
.3

桁を厳密に扱いたい計算は bc、表示用の概算や集計は awk、という分け方がわかりやすいです。

ループの中で毎回 awk や bc を起動すると時間がかかります。くり返しごと awk や bc の中に入れると、起動は1回で済みます。冒頭の表と同じ2000回の計算で比べました。

printf：計算結果の表示を整える

printf は計算そのものは行いませんが、小数の丸めやゼロ埋めに使えます。

printf '%.2f\n' 3.14159
printf '%05d\n' 42

3.14
00042

丸めについて、今回の検証でわかった注意点が2つあります。

1つめ：ちょうど半分の値は、偶数側に丸められます。

$ printf "%.0f %.0f %.0f %.0f\n" 0.5 1.5 2.5 3.5
0 2 2 4
$ awk "BEGIN { printf \"%.0f %.0f %.0f %.0f\n\", 0.5, 1.5, 2.5, 3.5 }"
0 2 2 4

0.5 が 0、2.5 が 2 になっています。学校で習う四捨五入（0.5 は常に切り上げ）にしたいときは、0.5 を足して切り捨てる形にします。

$ awk "BEGIN { printf \"%d %d\n\", 2.5 + 0.5, int(3.5 + 0.5) }"
3 4

2つめ：2進数で正確に表せない値は、実装によって結果が変わります。

$ bash -c "printf '%.1f\n' 2.35"
2.3
$ dash -c "printf '%.1f\n' 2.35"
2.4
$ awk 'BEGIN{printf "%.1f\n", 2.35}'
2.4
$ printf "%.2f\n" 1.005
1.00

同じ 2.35 でも、bash の printf は 2.3、dash の printf と awk は 2.4 でした。1.005 を小数第2位に丸めた結果は 1.00 です。境界の値まで結果をそろえたいときは、bc で「丸めたい桁の半分を足してから切り捨てる」方法が確実です。

$ echo "scale=2; (1.005 + 0.005) / 1" | bc
1.01

コピペ集：四捨五入・切り上げ・パーセント・小数比較

次のスクリプトは POSIX sh の範囲で書いてあり、bash と dash の両方で実行して、出力が完全に一致することを確認しました（cmp コマンドで比較）。

# POSIX sh で書いたコピペ集（bash でも dash でも動く）
a=7; b=3

# 1. 割り算を小数第2位まで
echo "1  awk  : $(awk -v a="$a" -v b="$b" 'BEGIN { printf "%.2f", a / b }')"
echo "1  bc   : $(echo "scale=2; $a / $b" | bc)   (切り捨て)"

# 2. 整数だけで四捨五入（割り算の結果を整数に）
echo "2  round: $(( (a + b / 2) / b ))   (7/3=2.33 -> 2)"
echo "2  round: $(( (8 + b / 2) / b ))   (8/3=2.67 -> 3)"

# 3. 切り上げ
echo "3  ceil : $(( (a + b - 1) / b ))   (7/3 -> 3)"
echo "3  ceil : $(( (6 + b - 1) / b ))   (6/3 -> 2)"

# 4. パーセント（整数、掛けてから割る）
done_n=37; total=120
echo "4  pct  : $(( done_n * 100 / total ))%   (切り捨て)"
echo "4  pct  : $(( (done_n * 100 + total / 2) / total ))%   (四捨五入)"
echo "4  pct  : $(awk -v d="$done_n" -v t="$total" 'BEGIN { printf "%.1f", d * 100 / t }')%   (小数第1位)"

# 5. 整数だけで小数第1位まで出す
x=$(( done_n * 1000 / total ))
echo "5  fixed: $(( x / 10 )).$(( x % 10 ))%"

# 6. 小数の比較
v=1.25; limit=1.3
if awk -v v="$v" -v l="$limit" 'BEGIN { exit !(v < l) }'; then echo "6  awk  : $v < $limit"; fi
if [ "$(echo "$v < $limit" | bc)" -eq 1 ]; then echo "6  bc   : $v < $limit"; fi

# 7. 小数の四捨五入（小数第1位に）
echo "7  awk  : $(awk 'BEGIN { printf "%.1f", 2.35 + 0.0000001 }')"
echo "7  bc   : $(echo "scale=1; (2.35 + 0.05) / 1" | bc)"

# 8. 平均・合計（ファイルの数値列）
printf '10\n20\n35\n' > nums.txt
echo "8  sum  : $(awk '{ s += $1 } END { print s }' nums.txt)  avg: $(awk '{ s += $1 } END { printf "%.2f", s / NR }' nums.txt)"

# 9. 小数の掛け算（1.1倍して整数に四捨五入）
echo "9  mul  : $(awk 'BEGIN { printf "%d", 1980 * 1.1 + 0.5 }')  bc: $(echo "1980 * 1.1" | bc)"

# 10. KB -> MB、GB の単位変換
kb=1536000
echo "10 unit : $(( kb / 1024 )) MB  $(awk -v k="$kb" 'BEGIN { printf "%.2f", k / 1024 / 1024 }') GB"

bash recipes.sh と dash recipes.sh の実行結果（同一）:

1  awk  : 2.33
1  bc   : 2.33   (切り捨て)
2  round: 2   (7/3=2.33 -> 2)
2  round: 3   (8/3=2.67 -> 3)
3  ceil : 3   (7/3 -> 3)
3  ceil : 2   (6/3 -> 2)
4  pct  : 30%   (切り捨て)
4  pct  : 31%   (四捨五入)
4  pct  : 30.8%   (小数第1位)
5  fixed: 30.8%
6  awk  : 1.25 < 1.3
6  bc   : 1.25 < 1.3
7  awk  : 2.4
7  bc   : 2.4
8  sum  : 65  avg: 21.67
9  mul  : 2178  bc: 2178.0
10 unit : 1500 MB  1.46 GB

式の早見表

整数だけの四捨五入と切り上げの式は、a と b が正の数のときに成り立ちます。小数の比較で使っている exit !(条件) は、条件が真のとき終了ステータス 0（成功）を返すための書き方です。

入力値を計算に使う前のチェック

$(( )) は、変数の中身を式として評価します。数字以外が入ると、思いがけない結果やエラーになります。

$ bash -c 's="12abc"; echo $(( s + 1 ))'
bash: line 1: 12abc: value too great for base (error token is "12abc")
$ bash -c 'a="1 2"; echo $(( a + 1 ))'
bash: line 1: 1 2: syntax error in expression (error token is "2")
$ bash -c 's=" 12 "; echo $(( s + 1 ))'
13

外から受け取った値（引数、ファイルの内容、コマンドの出力）は、計算の前に整数かどうかを確かめると安心です。sh でも動く書き方は次のとおりです。

case $n in
  ''|*[!0-9]*) echo "整数を指定してください: $n" >&2; exit 1 ;;
esac

dash で n=12a を渡すと「整数を指定してください」の側に入り、n=12 では通過することを確認しました。

よくある質問

Q. $(( )) と (( )) はどう違いますか？ A. $(( )) は計算結果の文字列に置き換わる「展開」で、x=$(( a + 1 )) や echo の引数に使います。(( )) は計算を行う「コマンド」で、結果は出力されず、式の値が 0 以外なら成功の終了ステータスを返します。(( )) は bash・ksh・zsh の機能で、dash などの sh では使えません。

Q. 小数の計算は bc と awk のどちらがよいですか？ A. 表示用に桁をそろえたい、ファイルの集計もしたい、という場合は awk が手軽です。桁数の多い計算や、切り捨て位置を厳密に決めたい計算は bc が向いています。bc は入っていない環境もあるため、配布するスクリプトでは awk のほうが持ち運びやすい場面が多いです。

Q. sh でインクリメントするにはどう書きますか？ A. i=$(( i + 1 )) と書きます。i++ や (( ))、let は dash では使えませんでした。set -e を付けたスクリプトでも、この書き方なら i の値に関係なく続行します。

Q. 日付の計算で「value too great for base」と出ます。 A. 08 や 09 のように 0 で始まる値が8進数として解釈されています。bash では $(( 10#$m )) のように 10# を付けて10進数と明示するか、date の書式を %-m のようにして 0 埋めなしで取得します。

まとめ

• 整数の計算は $(( ))。シェル組み込みで速く、sh でも bash でも使える
• 小数は awk か bc。awk は printf で桁をそろえやすく、bc は scale で桁数を厳密に指定できる
• 0 で始まる数は8進数。08 と 09 はエラーになるので、bash では 10#$変数、sh では ${変数#0} を使う
• 整数の割り算は切り捨て。パーセントは「掛けてから割る」、四捨五入は (a + b / 2) / b、切り上げは (a + b - 1) / b
• set -e のもとでは (( i++ )) が i=0 のとき止まる。インクリメントは i=$(( i + 1 )) を基本にする
• sh（dash）では **、++、(( ))、let、10# が使えない。#!/bin/sh のスクリプトは POSIX の範囲で書く
• expr や、ループ内で毎回起動する bc・awk は時間がかかる。くり返しはシェルの算術展開か、awk の中のループにまとめる

株式会社RJCでは、シェルスクリプトの計算方法のような基礎を仲間と学び合っています。こうした知識を共有しながら、日々技術を磨いています。

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