Day 4: 运算符与表达式

🎯 学习目标

理解 PowerShell 中各种运算符的作用和用法
掌握算术运算符进行数学计算
学会比较运算符进行条件判断
使用逻辑运算符组合多个条件
了解字符串运算符的特殊用法
掌握运算符的优先级规则

💡 核心概念

什么是运算符？

运算符是用于执行操作的符号或关键字。在 PowerShell 中，运算符可以用于：

数学计算
字符串操作
比较值的大小
逻辑判断
类型转换

什么是表达式？

表达式是由运算符、操作数（变量、值、函数调用等）组合而成的式子，可以被 PowerShell 求值并产生结果。

示例：

# 简单表达式
5 + 3

# 复杂表达式
($age -ge 18) -and ($hasLicense -eq $true)

📝 算术运算符

算术运算符用于执行数学运算。

基本算术运算符

运算符	名称	示例	结果
`+`	加法	`5 + 3`	`8`
`-`	减法	`10 - 4`	`6`
`*`	乘法	`6 * 7`	`42`
`/`	除法	`15 / 3`	`5`
`%`	取模（余数）	`10 % 3`	`1`

示例代码

# 基本算术运算
$a = 10
$b = 3

$sum = $a + $b          # 13
$difference = $a - $b   # 7
$product = $a * $b      # 30
$quotient = $a / $b     # 3.3333...
$remainder = $a % $b    # 1

Write-Host "加法: $sum"
Write-Host "减法: $difference"
Write-Host "乘法: $product"
Write-Host "除法: $quotient"
Write-Host "余数: $remainder"

实际应用：计算购物总价

# 场景：计算购物总价
$price = 59.9
$quantity = 3
$taxRate = 0.08

# 计算小计
$subtotal = $price * $quantity

# 计算税额
$tax = $subtotal * $taxRate

# 计算总价
$total = $subtotal + $tax

Write-Host "商品单价: ￥$price"
Write-Host "购买数量: $quantity"
Write-Host "小计: ￥$subtotal"
Write-Host "税额: ￥$tax"
Write-Host "总价: ￥$total"

📝 赋值运算符

赋值运算符用于给变量赋值。

常用赋值运算符

运算符	名称	示例	等价于
`=`	简单赋值	`$a = 5`	–
`+=`	加并赋值	`$a += 3`	`$a = $a + 3`
`-=`	减并赋值	`$a -= 2`	`$a = $a - 2`
`*=`	乘并赋值	`$a *= 4`	`$a = $a * 4`
`/=`	除并赋值	`$a /= 2`	`$a = $a / 2`
`%=`	取模并赋值	`$a %= 3`	`$a = $a % 3`

示例代码

# 基本赋值
$count = 0
Write-Host "初始值: $count"  # 0

# 加并赋值
$count += 5
Write-Host "加5后: $count"   # 5

# 减并赋值
$count -= 2
Write-Host "减2后: $count"   # 3

# 乘并赋值
$count *= 4
Write-Host "乘4后: $count"   # 12

# 除并赋值
$count /= 3
Write-Host "除以3后: $count" # 4

实际应用：计数器

# 场景：统计文件数量
$fileCount = 0

# 模拟处理多个文件
$files = @("doc1.txt", "doc2.txt", "doc3.txt", "doc4.txt")

foreach ($file in $files) {
    Write-Host "处理文件: $file"
    $fileCount += 1  # 每处理一个文件，计数器加1
}

Write-Host "`n总共处理了 $fileCount 个文件"

📝 比较运算符

比较运算符用于比较两个值，返回 True 或 False。

PowerShell 特殊语法

⚠️ 重要：PowerShell 的比较运算符不是传统的符号（如 ==, >, <），而是字母组合！

运算符	名称	示例	说明
`-eq`	等于	`5 -eq 5`	等于返回 True
`-ne`	不等于	`5 -ne 3`	不等于返回 True
`-gt`	大于	`10 -gt 5`	大于返回 True
`-ge`	大于等于	`10 -ge 10`	大于等于返回 True
`-lt`	小于	`3 -lt 5`	小于返回 True
`-le`	小于等于	`3 -le 3`	小于等于返回 True

大小写不敏感版本

运算符	说明
`-ieq`, -ine`,` -igt`,` -ige`,` -ilt`,` -ile`	显式大小写不敏感（默认）
`-ceq`, `-cne`, `-cgt`, `-cge`, `-clt`, `-cle`	大小写敏感

示例代码

# 数值比较
$age = 25

$isAdult = $age -ge 18
Write-Host "是否成年: $isAdult"  # True

$isSenior = $age -ge 60
Write-Host "是否老年: $isSenior" # False

# 字符串比较（默认大小写不敏感）
$name1 = "PowerShell"
$name2 = "powershell"

$isSame = $name1 -eq $name2
Write-Host "名称相同: $isSame"  # True（因为不区分大小写）

# 字符串比较（大小写敏感）
$isSameCase = $name1 -ceq $name2
Write-Host "名称完全相同: $isSameCase"  # False（区分大小写）

实际应用：成绩判断

# 场景：判断成绩等级
$score = 85

if ($score -ge 90) {
    Write-Host "优秀"
} elseif ($score -ge 80) {
    Write-Host "良好"
} elseif ($score -ge 60) {
    Write-Host "及格"
} else {
    Write-Host "不及格"
}
# 输出: 良好

📝 逻辑运算符

逻辑运算符用于组合多个条件，返回 True 或 False。

基本逻辑运算符

运算符	名称	说明	示例
`-and`	与	两个条件都为 True 时返回 True	`$age -ge 18 -and $hasLicense`
`-or`	或	两个条件任一为 True 时返回 True	`$isStudent -or $isSenior`
`-xor`	异或	两个条件有且仅有一个为 True 时返回 True	`$a -xor $b`
`-not`	非	取反	`-not ($isReady)`
`!`	非	`-not` 的简写	`! $isReady`

逻辑运算符真值表

A	B	A -and B	A -or B	A -xor B
True	True	True	True	False
True	False	False	True	True
False	True	False	True	True
False	False	False	False	False

示例代码

# -and 运算符：两个条件都必须为真
$age = 25
$hasLicense = $true

$canDrive = ($age -ge 18) -and $hasLicense
Write-Host "可以开车: $canDrive"  # True

# -or 运算符：至少一个条件为真
$isStudent = $false
$isSenior = $true

$hasDiscount = $isStudent -or $isSenior
Write-Host "有折扣: $hasDiscount"  # True

# -not 运算符：取反
$isReady = $false
$isNotReady = -not $isReady
Write-Host "未准备好: $isNotReady"  # True

实际应用：登录验证

# 场景：用户登录验证
$username = "admin"
$password = "secret123"
$isActive = $true
$isLocked = $false

# 验证条件：用户名正确 且 密码正确 且 账户激活 且 未锁定
$isValid = ($username -eq "admin") -and `
           ($password -eq "secret123") -and `
           $isActive -and `
           (-not $isLocked)

if ($isValid) {
    Write-Host "登录成功！"
} else {
    Write-Host "登录失败，请检查用户名和密码。"
}

实际应用：文件筛选

# 场景：查找大文件且最近修改过的文件
$files = Get-ChildItem "C:\Logs"

foreach ($file in $files) {
    # 筛选条件：大于1MB 且 在7天内修改过
    if (($file.Length -gt 1MB) -and ($file.LastWriteTime -gt (Get-Date).AddDays(-7))) {
        Write-Host "发现大文件: $($file.Name) - 大小: $([math]::Round($file.Length / 1MB, 2)) MB"
    }
}

📝 字符串运算符

字符串运算符用于字符串的比较和操作。

字符串比较运算符

运算符	名称	说明
`-eq`, `-ne`, `-gt`, `-ge`, `-lt`, `-le`	比较	按字母顺序比较
`-like`, `-notlike`	通配符匹配	支持通配符 `*`, `?`, `[]`
`-match`, `-notmatch`	正则表达式匹配	使用正则表达式

字符串连接运算符

运算符	名称	示例	结果
`+`	连接	`"Hello" + " " + "World"`	`"Hello World"`
`*`	重复	`"A" * 5`	`"AAAAA"`

示例代码

# 字符串连接
$firstName = "张"
$lastName = "三"
$fullName = $firstName + $lastName
Write-Host "姓名: $fullName"  # 张三

# 字符串重复
$separator = "-" * 20
Write-Host $separator  # --------------------

# 通配符匹配
$filename = "report2024.xlsx"
$isExcelFile = $filename -like "*.xlsx"
Write-Host "是Excel文件: $isExcelFile"  # True

# 正则表达式匹配
$email = "user@example.com"
$isValidEmail = $email -match "^[a-zA-Z0-9._%+-]+@[a-zA-Z0-9.-]+\.[a-zA-Z]{2,}$"
Write-Host "有效邮箱: $isValidEmail"  # True

实际应用：文件筛选

# 场景：筛选特定类型的文件
$files = @("report.docx", "data.xlsx", "image.jpg", "backup.zip", "summary.docx")

foreach ($file in $files) {
    # 筛选 Word 文档
    if ($file -like "*.docx") {
        Write-Host "Word文档: $file"
    }
}

# 输出:
# Word文档: report.docx
# Word文档: summary.docx

实际应用：数据验证

# 场景：验证输入数据格式
$phone = "13812345678"

# 验证手机号格式（11位数字）
$isValidPhone = $phone -match "^\d{11}$"
if ($isValidPhone) {
    Write-Host "手机号格式正确"
} else {
    Write-Host "手机号格式错误"
}

📝 运算符优先级

当一个表达式中包含多个运算符时，PowerShell 按照优先级顺序执行。

优先级从高到低

优先级	运算符类型	运算符
1（最高）	括号	`()`
2	一元运算符	`-`, `+`, `--`, `++`, `!`, `-not`
3	乘除模	`*`, `/`, `%`
4	加减	`+`, `-`
5	比较运算符	`-eq`, `-ne`, `-gt`, `-ge`, `-lt`, `-le`
6	逻辑与	`-and`
7（最低）	逻辑或	`-or`

示例代码

# 优先级示例
$result1 = 2 + 3 * 4    # 结果: 14（先乘后加）
$result2 = (2 + 3) * 4  # 结果: 20（括号优先）

Write-Host "2 + 3 * 4 = $result1"      # 14
Write-Host "(2 + 3) * 4 = $result2"    # 20

# 逻辑运算符优先级
$age = 25
$isStudent = $true

# -and 优先级高于 -or
$result3 = $age -lt 18 -or $isStudent -and $age -lt 25
# 相当于: $age -lt 18 -or ($isStudent -and $age -lt 25)
# False -or (True -and False) = False

Write-Host "结果: $result3"  # False

# 使用括号明确优先级
$result4 = ($age -lt 18 -or $isStudent) -and $age -lt 25
# (False -or True) -and False = False

Write-Host "结果: $result4"  # False

建议

⚠️ 重要：当表达式复杂时，始终使用括号明确优先级，即使默认顺序正确也要加括号。这样做的好处是：

代码更易读
避免歧义
防止未来维护时出错

# 推荐：使用括号
$isValid = ($age -ge 18) -and ($hasLicense -eq $true)

# 不推荐：依赖默认优先级
$isValid = $age -ge 18 -and $hasLicense -eq $true

🎮 完整实战示例

示例1：计算器脚本

# 场景：简单计算器

Write-Host "=== PowerShell 计算器 ===" -ForegroundColor Cyan
Write-Host ""

# 获取用户输入
$num1 = Read-Host "请输入第一个数字"
$operator = Read-Host "请输入运算符 (+, -, *, /, %)"
$num2 = Read-Host "请输入第二个数字"

# 转换为数字
$number1 = [double]$num1
$number2 = [double]$num2

# 计算结果
$result = 0
$isValid = $true

switch ($operator) {
    "+" { $result = $number1 + $number2 }
    "-" { $result = $number1 - $number2 }
    "*" { $result = $number1 * $number2 }
    "/" {
        if ($number2 -eq 0) {
            Write-Host "错误：除数不能为零！" -ForegroundColor Red
            $isValid = $false
        } else {
            $result = $number1 / $number2
        }
    }
    "%" { $result = $number1 % $number2 }
    default {
        Write-Host "错误：不支持的运算符！" -ForegroundColor Red
        $isValid = $false
    }
}

# 显示结果
if ($isValid) {
    Write-Host ""
    Write-Host "计算结果: $number1 $operator $number2 = $result" -ForegroundColor Green
}

示例2：温度转换器

# 场景：温度单位转换（摄氏度 ↔ 华氏度）

Write-Host "=== 温度转换器 ===" -ForegroundColor Cyan
Write-Host ""

# 获取用户输入
$temp = Read-Host "请输入温度值"
$unit = Read-Host "请选择单位 (C=摄氏度, F=华氏度)"

# 转换为数字
$temperature = [double]$temp

# 转换温度
if ($unit -eq "C" -or $unit -eq "c") {
    # 摄氏度转华氏度
    $fahrenheit = $temperature * 9 / 5 + 32
    Write-Host "$temperature°C = $fahrenheit°F"
} elseif ($unit -eq "F" -or $unit -eq "f") {
    # 华氏度转摄氏度
    $celsius = ($temperature - 32) * 5 / 9
    Write-Host "$temperature°F = $celsius°C"
} else {
    Write-Host "无效的单位！" -ForegroundColor Red
}

示例3：成绩统计系统

# 场景：学生成绩统计

Write-Host "=== 成绩统计系统 ===" -ForegroundColor Cyan
Write-Host ""

# 获取学生成绩
$chinese = [int](Read-Host "语文成绩")
$math = [int](Read-Host "数学成绩")
$english = [int](Read-Host "英语成绩")

# 计算总分和平均分
$totalScore = $chinese + $math + $english
$averageScore = $totalScore / 3

# 四舍五入到两位小数
$averageScore = [math]::Round($averageScore, 2)

Write-Host ""
Write-Host "=== 成绩单 ===" -ForegroundColor Green
Write-Host "语文: $chinese"
Write-Host "数学: $math"
Write-Host "英语: $english"
Write-Host "总分: $totalScore"
Write-Host "平均分: $averageScore"
Write-Host ""

# 判断等级
if ($averageScore -ge 90) {
    Write-Host "等级: 优秀" -ForegroundColor Green
} elseif ($averageScore -ge 80) {
    Write-Host "等级: 良好" -ForegroundColor Cyan
} elseif ($averageScore -ge 60) {
    Write-Host "等级: 及格" -ForegroundColor Yellow
} else {
    Write-Host "等级: 不及格" -ForegroundColor Red
}

# 判断是否所有科目都及格
$allPass = ($chinese -ge 60) -and ($math -ge 60) -and ($english -ge 60)
if ($allPass) {
    Write-Host "恭喜！所有科目都及格了！" -ForegroundColor Green
} else {
    Write-Host "注意：有科目不及格，需要努力！" -ForegroundColor Red
}

⚠️ 重要注意事项

1. 比较运算符的特殊语法

⚠️ 常见错误：初学者常写成传统符号

# ❌ 错误写法
if ($age == 18) { }    # 错误！
if ($age > 18) { }     # 错误！

# ✅ 正确写法
if ($age -eq 18) { }   # 正确
if ($age -gt 18) { }   # 正确

2. 字符串比较默认不区分大小写

# 默认不区分大小写
"HELLO" -eq "hello"  # 返回 True

# 如需区分大小写，使用 -c 前缀
"HELLO" -ceq "hello"  # 返回 False

3. 除法运算的结果类型

# 整数除法可能返回小数
$result = 10 / 3  # 结果是 3.3333...，不是整数

# 如需整数除法，使用 [int] 转换或取整函数
$result = [int](10 / 3)  # 3（截断）
$result = [Math]::Floor(10 / 3)  # 3（向下取整）
$result = [Math]::Round(10 / 3)  # 3（四舍五入）

4. 逻辑运算符的短路特性

# -and 运算符：第一个条件为 False，不会计算第二个条件
$result = $false -and (1 / 0)  # 不会报错，因为第一个条件为 False

# -or 运算符：第一个条件为 True，不会计算第二个条件
$result = $true -or (1 / 0)   # 不会报错，因为第一个条件为 True

5. 运算符两侧空格不影响结果

# 以下写法都是正确的
$result = 5+3        # 紧凑
$result = 5 + 3      # 推荐：有空格
$result = 5  +  3    # 多个空格（不推荐）

建议：运算符两侧加空格，提高代码可读性。

✍️ 练习任务

基础练习

计算练习
- 创建脚本，计算圆的面积和周长（用户输入半径）
- 提示：面积 = π × r²，周长 = 2 × π × r
- π 的值：[Math]::PI
比较练习
- 让用户输入年龄
- 判断并输出：未成年（<18）、成年（18-60）、老年（>60）
逻辑练习
- 判断一个年份是否为闰年
- 闰年规则：能被4整除但不能被100整除，或者能被400整除

进阶练习

简易购物系统
- 用户输入商品单价和数量
- 根据数量计算折扣（≥10件9折，≥50件8折）
- 计算并显示小计、折扣、税额（8%）、总价
文件管理助手
- 获取指定目录下的所有文件
- 统计文件总数、总大小
- 筛选并显示大于指定大小的文件
成绩等级判定
- 用户输入三门课成绩
- 计算总分、平均分、等级
- 判断是否有不及格科目
- 输出详细的成绩报告

实战挑战

BMI 计算器
- 用户输入身高（米）和体重（公斤）
- 计算 BMI：体重 / (身高 × 身高)
- 判断健康状态：
  - BMI < 18.5：偏瘦
  - 18.5 ≤ BMI < 24：正常
  - 24 ≤ BMI < 28：超重
  - BMI ≥ 28：肥胖
密码强度检测器
- 用户输入密码
- 检测密码强度并返回评分：
  - 长度 ≥ 8：+10分
  - 包含大写字母：+20分
  - 包含小写字母：+10分
  - 包含数字：+20分
  - 包含特殊字符：+30分
  - 总分 ≥ 60：弱
  - 总分 ≥ 80：中
  - 总分 ≥ 90：强

💡 常见问题 FAQ

Q1: 为什么 PowerShell 的比较运算符不是 `==` 而是 `-eq`？

A: 这是 PowerShell 的设计选择，原因包括：

避免与赋值运算符 = 混淆
统一的运算符命名规则（都以 - 开头）
更清晰的语法，易于阅读

Q2: `-eq` 和 `-ceq` 有什么区别？

-eq：大小写不敏感（默认），"A" -eq "a" 返回 True
-ceq：大小写敏感，"A" -ceq "a" 返回 False
类似的，-gt, -lt 等都有 -c 前缀版本

Q3: 如何判断一个变量是否为 null？

A: 使用 $null 比较：

if ($value -eq $null) {
    Write-Host "变量为空"
}

Q4: 字符串连接用 `+` 还是双引号更高效？

少量连接：性能差异不大，选择更易读的方式
大量连接：建议使用 StringBuilder 类
推荐使用双引号变量插值："$firstName $lastName"

Q5: 为什么 `1/2` 的结果是 0 而不是 0.5？

A: 在 PowerShell 中，整数相除会自动转换为浮点数：

$result = 1 / 2      # 结果是 0.5
$result = 1.0 / 2    # 结果也是 0.5

如果确实需要整数除法，使用 [int] 转换或取整函数。

Day 4: 运算符与表达式

🎯 学习目标

💡 核心概念

什么是运算符？

什么是表达式？

📝 算术运算符

基本算术运算符

示例代码

实际应用：计算购物总价

📝 赋值运算符

常用赋值运算符

示例代码

实际应用：计数器

📝 比较运算符

PowerShell 特殊语法

大小写不敏感版本

示例代码

实际应用：成绩判断

📝 逻辑运算符

基本逻辑运算符

逻辑运算符真值表

示例代码

实际应用：登录验证

实际应用：文件筛选

📝 字符串运算符

字符串比较运算符

字符串连接运算符

示例代码

实际应用：文件筛选

实际应用：数据验证

📝 运算符优先级

优先级从高到低

示例代码

建议

🎮 完整实战示例

示例1：计算器脚本

示例2：温度转换器

示例3：成绩统计系统

⚠️ 重要注意事项

1. 比较运算符的特殊语法

2. 字符串比较默认不区分大小写

3. 除法运算的结果类型

4. 逻辑运算符的短路特性

5. 运算符两侧空格不影响结果

✍️ 练习任务

基础练习

进阶练习

实战挑战

💡 常见问题 FAQ

Q1: 为什么 PowerShell 的比较运算符不是 == 而是 -eq？

Q2: -eq 和 -ceq 有什么区别？

Q3: 如何判断一个变量是否为 null？

Q4: 字符串连接用 + 还是双引号更高效？

Q5: 为什么 1/2 的结果是 0 而不是 0.5？

📚 拓展阅读

推荐资源

Q1: 为什么 PowerShell 的比较运算符不是 `==` 而是 `-eq`？

Q2: `-eq` 和 `-ceq` 有什么区别？

Q4: 字符串连接用 `+` 还是双引号更高效？

Q5: 为什么 `1/2` 的结果是 0 而不是 0.5？