TCL脚本语言-4-数学计算,怎么这么烦

数学计算，怎么这么烦？前面的快速入门教程里面已经提到了expr命令，TCL中所有的数学计算都是通过expr 命令来完成的。

这一点和其他语言非常的不同，例如Python中：>>> from math import *>>> pi3.1415926535897931>>> print cos(pi/4)*2 , sqrt(2)1.41421356237 1.41421356237>>>Python里面的表达式是非常直观的，其他语言例如VBScript等也是如此。

但是TCL中，即使是计算两个数字相加，都得使用expr命令：set a 100; set b 200puts “a+b = $a+$b”;#输出a+b = 100+200puts “a+b = [expr $a+$b]”;#输出a+b = 300TCL中，expr加上一堆的$符号，方括号等字符，最简单的表达式，看起来都是非常不爽。

这对于刚刚接触TCL的人来说，简直是一件无法忍受的事情，当初我也是这么认为的。

后来在网上发现有人还真的通过扩展，在TCL实现类似Python的语法，比如原来的：set a [expr $a+$b]可以写成：a = $a+$b至于是怎么实现的，我们后面会进行详细的分析。

但是我觉得，既然选择了TCL，就要习惯其用法；要么当初就选择Python拉到，所以我不赞成上面的这种改进。

而且习惯了TCL 之后，也没有觉得它没有我们想象中的那么不方便。

语法描述expr命令是TCL的核心命令之一，其语法格如下：expr arg ?arg arg ...?该命令可以有一个或者多个参数，在执行的时候，把所有的参数连接起来成为一个数学表达式字符串，然后计算这个表达式，计算结果作为命令结果返回。

下面两条命令写法不一样，但是结果一样：set PI 3.1415926535897932set sqrt2_1 [expr "cos($PI/4)*2"]set sqrt2_2 [expr cos ( $PI / 4 ) * 2]puts "sqrt2_1 = $sqrt2_1\nsqrt2_2 = $sqrt2_2"两个expr命令，第一个命令只有一个参数（所有的东西都被引号括起来），第二个则拆开了，参数个数一堆。

但是计算结果都是一样的：sqrt2_1 = 1.41421356237sqrt2_2 = 1.41421356237操作符expr命令所支持的计算操作符是C语言中操作符的一个子集。

并且写法和优先级也和C 语言完全一致。

除了数学计算操作符之外，expr还支持字符串的比较操作。

下面是expr支持的操作符，按照优先级从高到低排列：操作符含义说明- + ~ !单目取负；单目正号；按位取反（not）；逻辑取反；* / %乘法；除法；取余；+ -加法；减法；<< >>向左移位，向右移位；< > <= >=比较操作符，小于、大于、小于等于、大于等于；结果1表示true，0表示false；这几个操作符可以作用于字符串，进行大小写敏感的比较；== !=比较是否相等：等于、不等于；结果1和0分别表示true和false。

可以作用于所有类型的操作数；eq ne 字符串的比较：等于、不等于；结果1和0表示true和false。

进行计算的时候，其操作数都被当成字符串进行比较。

&按位与操作（AND），只能够作用于整数；^按位异或操作（XOR），只能构作用于整数；|按位或操作（OR），只能构作用于整数；&& 逻辑与操作（AND），只有两个操作数都非零的时候，结果才是1，否则为0。

只能够作用于boolean类型或者数字类型。

||逻辑或操作（OR），只有两个操作数都为0的时候，结果才是0，否则为1；只能够作用于boolean或者数字类型。

x?y:z If-then-else操作，和C中的比较类似。

如果x计算得出非零值，那么y的值就是表达式的结果；否则，z的值就是表达式的结果。

x的值必须是一个数值或者boolean值。

其中，&&，||，x?y:z三个操作符和C语言中一样，会进行布尔短路计算：当表达式计算了一部分就知道整个结果的时候，那么其他部分就不会计算了。

例如：proc a { t } {puts "PROC A . t=$t"return [expr $t+1]}puts [expr {[a 100]>100 ? [a 200] : [a 300]}]上面的代码执行输出为：PROC A . t=100PROC A . t=200201可以看到，[a 300]根本就不会执行。

但是如果这样写：puts [expr “[a 100]>100 ? [a 200] : [a 300]”]把expr后面得表达式用双引号括起来，结果就不一样了，a命令会执行三次！为什么，大家都是高手，自己分析。

操作数数学表达式中肯定离不开操作数，操作数是操作符进行运算的对象（这简直是废话）。

expr命令在解析操作数的时候，依照如下顺序进行：1.整数。

expr首先判断是否是整数，expr表达式中的整数可以表示成普通的十进制，也可以表示成8进制（用0开始）和十六进制（用0x开始）。

2.浮点数。

如果操作数不具备上面描述的整数的格式，那么就试图将其解释成浮点数。

expr表达式中的浮点数和ANSI-C中的浮点数格式类似，后面不能够加上f,F,L,l这样的后缀，例如2.1，3.，3.2E1.0等都是正确的浮点数。

3.字符串。

如果既不能够解释成整数，也不能够解释成浮点数，那么就只有当成字符串了。

使用整数注意范围，8.4版本的TCL中，整数的最大范围是0x7FFFFFFFFFFFFFFF，也就是说，使用8个字节来表示的。

但是8.3版本的TCL中，整数是32个字节来表示。

expr的操作数可以是如下的形式：1.一个数值；2.$varName格式的变量引用；3.双引号括起来的字符串；表达式解析器会对双引号之间的字符串进行置换处理，并且使用置换后的结果作为操作数；4.花括号括起来的字符串；其中的字符串不会进行任何的置换处理；5.方括号起来的命令；命令执行后的结果被作为操作数；6.数学函数，函数的参数可以是这6中形式中的任何一种。

例如：sin(cos($PI/[set a2.0]))；数学函数上面提到了expr表达式中可以包含数学函数。

实际上，TCL本身提供的数许函数虽然数目不多，但是基本上能够满足我们平常的需要：abs cosh log sqrtacos double log10 srandasin exp pow tanatan floor rand tanhatan2 fmod round wideceil hypot sin cosint sinh具体每一个函数的我就不具体介绍了，基本上顾名思义，就可以猜出来。

如果你要是觉得上面的数学函数还不够用，想自己定义一个数学函数也能够在expr中使用，那么就需要使用C/C++进行扩充了，需要用到的函数是Tcl_CreateMathFunc()。

这我们后面讲到TCL高级编程的时候会详细讲解。

类型、精度TCL使用C语言实现的，所以在expr计算的时候，所有的整数在内部都是被当作C语言的long类型，所有的浮点数都被当作了C语言的double类型。

在进行计算的时候，整数、浮点数和字符串会进行自动的转换，如果有必要的话。

例如：% expr 5/4.01.25% expr 5 / [string length "abcd"]1% expr 5 / ([string length "abcd"]+0.0)1.25% expr 25.0/5.05.0字符串计算expr也支持字符串的比较操作。

除了一般的>，>=等之外，还有eq，ne两个操作符：expr {"0x03" > "2"} ;#结果是1expr {"0x03" eq "3"} ;#结果是0使用expr进行字符串比较要非常小心，有些时候会自动的转换成整数进行比较，那样结果就会出乎我们意料之外了。

如果是比较字符串是否相等，如下两个建议：1.使用ne和eq要比!=，==要好的多；2.使用string compare 要比ne和eq又要好的多；计算性能方面的考虑程序员对于性能方面总有很多的需求，如何写好TCL表达式，对于整个脚本的性能性能影响是很大的。

下面我们来看看几个例子：set PI 3.1415926535897932set FOUR 4set TWO 2set c [time {set d [expr sin($PI/$FOUR) * $TWO * sqrt($TWO)]} 1000]puts "$c , $d"set c [time {set d [expr "sin($PI/$FOUR) * $TWO * sqrt($TWO)"]} 1000]puts "$c , $d"set c [time {set d [expr {sin($PI/$FOUR) * $TWO * sqrt($TWO)}]} 1000]puts "$c , $d"set c [time "set d [expr {sin($PI/$FOUR) * $TWO * sqrt($TWO)}]" 1000]puts "$c , $d"上面的代码通过两种方式计算出2，然后相乘得到结果2。

time命令是TCL提供的核心命令之一，用来计算执行一段代码需要多少时间；下面是执行结果：149 microseconds per iteration , 2.0129 microseconds per iteration , 2.019 microseconds per iteration , 2.03 microseconds per iteration , 2.03 microseconds per iteration , 2.0计算结果都是一样的，但是耗费的时间却大不一样。

相差可以达到50倍。

我们来一一分析怎么回事：1.1和2两种写法的差别在于，2中expr的参数只有一个，整个表达式用双引号括起来了；而1中的expr的参数却有多个。

从结果来看，2比1要快一些！但是相差不大。