[Bash Shell] 29. case와 산술 연산 - 조건 분기 확장

if/elif로 조건 분기를, for/while로 반복을 다룰 수 있게 됐다면 이번 장은 그 조건 분기를 확장하는 두 가지 도구를 다룬다. 값 하나를 여러 후보와 비교하는 if-elif 체인이 길어질 때 더 읽기 쉬운 형태로 바꿔주는 case 문과, 문자열이 아니라 숫자로 계산해야 하는 상황에서 쓰는 산술 확장 $(( ))이다. 두 도구 모두 셸 스크립트가 표현할 수 있는 조건·계산의 폭을 넓혀준다.

이 장을 읽기 전에

직전 챕터인 28장: for, while에서 반복 제어를 다뤘고, 그 앞의 27장: if, test에서 조건 분기의 기본 형태인 if-elif-else와 [ ]/test 조건식을 다뤘다. 이 장은 그 두 기초 위에서 두 가지를 확장한다 — 값 하나를 여러 경우와 비교하는 조건 분기를 if-elif 체인보다 읽기 쉬운 형태(case)로 표현하는 법과, 조건식·변수 대입에서 문자열이 아니라 정수로 계산해야 하는 상황을 다루는 법(산술 확장)이다. case의 패턴 매칭은 22장: quoting에서 다룬 인용 규칙과도 맞닿아 있다 — 패턴에 들어갈 와일드카드를 실수로 인용해버리면 매칭 자체가 깨진다.

난이도는 초급–중급이다. if/test(27장)로 조건을 작성할 수 있고 반복문(28장)을 읽을 수 있다고 가정한다.

다루지 않는 것: 텍스트 안에서 패턴을 찾는 정규식 자체는 13장: grep, 14장: sed에서 다룬다 — case의 패턴은 정규식이 아니라 셸 글롭 패턴이라는 점이 이 장의 핵심 주의사항 중 하나다. 부동소수점이 필요한 계산은 이 장에서 한계로만 언급하고(bc, awk 대안 제시) 별도로 깊이 다루지 않는다.

당신의 수준에 맞는 경로

개요 + 정신 모델

case는 값 하나를 여러 글롭 패턴과 순서대로 비교해 가장 먼저 매칭되는 분기의 명령을 실행하는 다중 분기 구문이다. if-elif-else로 같은 일을 하려면 매번 [[ "$var" == pattern ]]처럼 비교 대상 변수를 반복해서 써야 하지만, case는 비교 대상을 한 번만 쓰고 그 아래에 패턴 목록만 나열하면 되므로 분기가 세 개 이상이면 가독성이 뚜렷하게 좋아진다. 셸이 이 값을 “여러 후보 중 어디에 속하는가"라는 분류 문제로 다룬다는 점이 정신 모델의 핵심이다.

산술 확장 $(( 산술식 ))은 이와 완전히 다른 문제를 푼다. 셸은 기본적으로 모든 것을 문자열로 다룬다 — x=3이라고 쓰면 x에는 숫자 3이 아니라 문자 "3"이 저장된다. $(( ))는 그 문자열들을 잠시 정수 산술 컨텍스트로 옮겨 실제 숫자 연산(덧셈, 비교, 나머지 등)을 수행한 뒤 결과를 다시 문자열로 돌려주는 별도의 평가 공간이다. 이 컨텍스트 안에서는 셸의 일반 규칙(단어 분리, 글롭 확장 등)이 적용되지 않고 C 언어에 가까운 산술 규칙이 적용된다.

핵심 개념

case 문법 구조

GNU Bash Reference Manual은 case의 문법을 다음과 같이 정의한다.

“case word in

\[ \[(\]

pattern

\[| pattern\]

…) command-list ;;]… esac” — GNU Bash Reference Manual, “Conditional Constructs”

풀어 쓰면 case 뒤의 word(비교 대상 값)를 in 다음에 나열된 패턴들과 순서대로 비교하고, 매칭되는 첫 패턴의 command-list를 실행한 뒤 esac(case를 거꾸로 쓴 것)로 끝난다는 뜻이다. 각 패턴은 )로 끝나고, 여는 괄호 (는 있어도 되고 없어도 되며, |로 여러 패턴을 하나의 절에 묶을 수 있다.

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read -rp "환경을 선택하세요 (dev/stage/prod): " env

case "$env" in
    dev)
        echo "개발 환경으로 배포합니다."
        ;;
    stage | staging)
        echo "스테이징 환경으로 배포합니다."
        ;;
    prod | production)
        echo "운영 환경입니다. 배포 전 승인이 필요합니다."
        ;;
    *)
        echo "알 수 없는 환경: $env" >&2
        exit 1
        ;;
esac

stage | staging처럼 |로 여러 패턴을 한 절에 묶을 수 있고, 마지막의 *)는 어떤 패턴에도 매칭되지 않은 값을 처리하는 기본값 역할을 한다.

패턴 매칭 규칙

case의 패턴은 정규식이 아니라 셸 글롭(파일명 확장) 패턴이다. GNU Bash Reference Manual은 패턴 매칭에 쓰이는 기본 문자를 다음과 같이 설명한다.

“*: Matches any string, including the null string.” / “?: Matches any single character.” / “[…]: Matches any one of the enclosed characters.” — GNU Bash Reference Manual, “Pattern Matching”

즉 *는 빈 문자열을 포함한 임의의 문자열에, ?는 문자 하나에, [...]는 대괄호 안에 나열된 문자 중 하나에 매칭된다. [...] 안에서 하이픈으로 문자 쌍을 이으면 범위([0-9])를, 앞에 !나 ^를 붙이면 부정(포함되지 않은 문자)을 뜻한다.

case의 word는 패턴과 비교되기 전에 확장을 거친다는 점도 중요하다.

“The word undergoes tilde expansion, parameter expansion, command substitution, arithmetic expansion, and quote removal before matching is attempted.” — GNU Bash Reference Manual, “Conditional Constructs”

즉 case $(( a + b )) in ...처럼 산술 확장 결과를 바로 case의 비교 대상으로 쓸 수 있다 — 뒤의 예시에서 이 조합을 다룬다.

종결자: ;; vs ;& vs ;;&

각 절은 보통 ;;로 끝나 매칭이 확정되면 더 이상 다른 패턴을 검사하지 않지만, bash는 이 동작을 바꾸는 두 가지 대안을 제공한다.

“If the ‘;;’ operator is used, no subsequent matches are attempted after the first pattern match.” / “Using ‘;&’ in place of ‘;;’ causes execution to continue with the command-list associated with the next clause, if any.” / “Using ‘;;&’ in place of ‘;;’ causes the shell to test the patterns in the next clause, if any, and execute any associated command-list on a successful match, continuing the case statement execution.” — GNU Bash Reference Manual, “Conditional Constructs”

정리하면 ;;는 매칭 즉시 종료, ;&는 다음 절의 패턴을 검사하지 않고 그 명령 목록을 무조건 이어서 실행(폴스루), ;;&는 다음 절의 패턴을 다시 검사해서 매칭되면 실행하는 방식이다. 셋 다 같은 case 블록 안에서 절마다 다르게 섞어 쓸 수 있다.

산술 확장 $(( ))

$(( 산술식 ))은 그 안의 표현식을 정수 산술로 평가하고 결과값을 문자열로 반환한다. 이 컨텍스트 안에서는 변수를 $ 접두사 없이 이름만으로 참조할 수 있다.

“Within an expression, shell variables may also be referenced by name without using the parameter expansion syntax.” — GNU Bash Reference Manual, “Shell Arithmetic”

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count=5
echo "다음 값: $(( count + 1 ))"    # $count가 아니라 count로 바로 참조 가능
echo "다음 값: $(( $count + 1 ))"   # $count로 써도 동작은 같다

산술식만 평가하고 조건 판단이 필요 없다면 $(( ))(확장, 값을 반환)를, 조건문의 참/거짓만 필요하다면 (( ))(명령, 종료 상태를 반환)를 쓴다. (( expr ))은 expr이 0이 아니면 종료 코드 0(성공), 0이면 종료 코드 1(실패)을 반환한다 — 산술 참/거짓과 셸 종료 코드의 참/거짓이 반대라는 점에 유의한다.

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x=10
if (( x > 5 )); then
    echo "x는 5보다 크다"
fi

산술 연산자

GNU Bash Reference Manual은 $(( )) 안에서 쓸 수 있는 연산자를 우선순위가 높은 것부터 다음과 같이 나열한다.

C 언어의 연산자·우선순위와 거의 동일하다는 점을 기억해 두면 대부분의 표현식을 직관적으로 읽을 수 있다.

예시

1. 여러 패턴을 하나의 절에 묶기

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fruit="apple"
case "$fruit" in
    apple | pear | peach)
        echo "$fruit 은(는) 씨과실류다."
        ;;
    banana | mango)
        echo "$fruit 은(는) 열대 과일이다."
        ;;
    *)
        echo "분류를 모르는 과일: $fruit"
        ;;
esac

2. 범위·와일드카드 패턴으로 파일 확장자 분기

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for file in report.txt photo.JPG archive.tar.gz script.sh; do
    case "$file" in
        *.txt | *.md)
            echo "$file: 텍스트 문서"
            ;;
        *.[jJ][pP][gG] | *.png)
            echo "$file: 이미지"
            ;;
        *.tar.gz | *.tgz)
            echo "$file: 압축 아카이브"
            ;;
        *)
            echo "$file: 분류 안 됨"
            ;;
    esac
done

*.[jJ][pP][gG]처럼 대괄호 문자 클래스를 문자마다 반복하면 대소문자를 가리지 않는 매칭을 흉내 낼 수 있다(진짜 대소문자 무시가 필요하면 shopt -s nocasematch가 더 간결하다).

3. ;;& 로 다음 절까지 이어서 검사하기

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grade=85
case $grade in
    9[0-9] | 100)
        echo "A 학점"
        ;;&
    [6-9][0-9] | 100)
        echo "합격"
        ;;
    *)
        echo "불합격"
        ;;
esac

;;&는 첫 절이 매칭돼도 다음 절의 패턴을 다시 검사하므로, grade=85는 “A 학점"과 “합격"을 모두 출력한다. ;;만 썼다면 첫 매칭에서 바로 끝나 “합격"은 출력되지 않는다.

4. case의 word 자리에 산술 확장 넣기

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n=17
case $(( n % 15 )) in
    0)
        echo "FizzBuzz"
        ;;
    3 | 6 | 9 | 12)
        echo "Fizz"
        ;;
    5 | 10)
        echo "Buzz"
        ;;
    *)
        echo "$n"
        ;;
esac

앞서 “패턴 매칭 규칙"에서 확인했듯 case의 word는 매칭 전에 산술 확장을 거치므로, $(( n % 15 ))의 계산 결과(정수)가 곧바로 비교 대상이 된다.

5. $(( ))으로 값 계산, (( ))으로 조건 판단 구분

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total=0
for price in 12000 8500 30000; do
    total=$(( total + price ))
done
echo "합계: $total"

if (( total >= 30000 )); then
    echo "무료 배송 대상"
else
    echo "배송비 추가: $(( 30000 - total ))원"
fi

6. C 스타일 for와 산술 대입 연산자

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for (( i = 1; i <= 5; i++ )); do
    echo "제곱: $(( i ** 2 ))"
done

C 스타일 for (( 초기화; 조건; 증감 ))은 세 부분 모두 산술 컨텍스트라 $ 없이 변수를 바로 쓴다 — 28장에서 다룬 for 구문의 변형이다.

7. 정수 나눗셈 절삭 확인

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echo $(( 7 / 2 ))     # 3 (소수점 이하 절삭)
echo $(( -7 / 2 ))    # -3 (0을 향해 절삭)
echo $(( 7 % 2 ))     # 1

주의사항·함정

case의 패턴은 정규식이 아니라 글롭 패턴이다: grep·sed의 정규식에 익숙하면 case에서도 +(1회 이상 반복), 괄호 그룹핑, (a|b) 같은 표현이 될 것이라 기대하기 쉽지만, 기본 글롭에는 이런 문법이 없다. case가 지원하는 것은 *(임의 문자열), ?(문자 하나), [...](문자 클래스), 그리고 |로 여러 패턴을 나열하는 것뿐이다. +·@·!로 시작하는 확장 패턴(+(pattern-list), @(pattern-list), !(pattern-list) 등)은 shopt -s extglob로 extglob 옵션을 켜야만 쓸 수 있는 bash 확장이며, 기본 상태에서는 +나 괄호가 리터럴 문자로 취급된다.

“?(pattern-list): Matches zero or one occurrence of the given patterns.” / “+(pattern-list): Matches one or more occurrences of the given patterns.” — GNU Bash Reference Manual, “Pattern Matching” (extglob 활성화 시)

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shopt -s extglob
case "file.tar.gz" in
    *.@(tar.gz|tgz))
        echo "tar.gz 계열 압축 파일"
        ;;
esac
shopt -u extglob   # 다른 곳에서 파서 동작이 바뀌는 걸 막기 위해 다시 끈다

산술 컨텍스트에서는 변수를 $ 없이 쓸 수 있다: 위 “핵심 개념"에서 확인했듯 $(( ))/(( )) 안에서는 count처럼 이름만 써도 변수로 인식된다. 반대로 이 컨텍스트 밖(일반 명령 인자, 문자열 등)에서는 $ 없이 쓴 이름이 그냥 리터럴 문자열로 취급되므로, 컨텍스트 안팎을 넘나들며 코드를 수정할 때 $ 유무를 놓치기 쉽다.

bash 산술은 정수 전용이라 부동소수점 연산이 안 된다: GNU Bash Reference Manual은 이를 명시한다.

“Evaluation is done in fixed-width integers with no check for overflow, though division by 0 is trapped and flagged as an error.” — GNU Bash Reference Manual, “Shell Arithmetic”

$(( 3 / 2 ))는 1.5가 아니라 1이다(소수점 이하 절삭). 소수 계산이 필요하면 bc나 awk처럼 부동소수점을 지원하는 외부 도구에 위임해야 한다.

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echo $(( 3 / 2 ))                 # 1 (정수 절삭)
echo "3 / 2" | bc -l              # 1.50000000000000000000
awk 'BEGIN { print 3 / 2 }'       # 1.5

정수 오버플로우는 에러 없이 값이 순환한다: 인용문의 “no check for overflow"가 뜻하는 바는, 고정폭 정수 범위를 벗어난 계산도 에러를 내지 않고 그 범위 안에서 값이 순환(wrap-around)한다는 것이다. 나눗셈만 0으로 나누는 경우를 예외로 잡아 에러 처리한다. 64비트 환경에서 부호 있는 정수의 최댓값에 1을 더하면 이를 직접 확인할 수 있다.

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echo $(( 9223372036854775807 + 1 ))   # 에러 없이 -9223372036854775808으로 순환한다(64비트 환경 기준)
echo $(( 5 / 0 ))                     # 이건 에러: division by 0

흔한 오개념

“case의 패턴도 정규식처럼 그룹과 반복을 쓸 수 있다”는 가장 흔한 오해다. 기본 글롭에는 +·()그룹핑·{n,m} 반복 같은 정규식 문법이 없고, 비슷한 기능을 쓰려면 extglob 옵션을 별도로 켜야 한다. case에 정규식을 쓰고 싶다면 애초에 다른 도구다 — [[ "$var" =~ regex ]](bash 확장 조건식)나 grep -E로 옮겨야 한다.

"$(( ))와 (( ))는 그냥 같은 것이다”도 자주 틀리는 지점이다. $(( ))는 확장(expansion)이라 산술식의 계산 결과(값)를 문자열로 돌려주므로 x=$(( a + b ))처럼 대입이나 출력에 쓴다. (( ))는 명령(command)이라 계산 결과 자체가 아니라 그 결과가 0인지 아닌지에 따른 종료 코드를 돌려주므로 if (( x > 5 )); then ...처럼 조건문에 쓴다. 둘을 바꿔 쓰면(if $(( x > 5 )); then처럼) 셸이 계산 결과 문자열을 명령으로 실행하려다 오류를 내는 경우가 많다.

다음 장에서는

30장: read, 표준입력에서는 사용자나 파이프로부터 값을 받아 변수에 채우는 read를 다룬다. 이 장의 예시 다수가 read -rp로 입력을 받아 case로 분기하는 조합을 썼는데, 다음 장은 그 read가 표준입력을 정확히 어떻게 처리하는지(구분자, -r 원시 모드, 여러 변수 동시 할당 등)를 깊이 다룬다.

평가 기준

• case word in pattern) command-list ;; ... esac 문법으로 다중 분기를 작성할 수 있다.
• case의 패턴이 정규식이 아니라 셸 글롭 패턴(*, ?, [...], |)이라는 점과, 정규식과 유사한 표현이 필요하면 extglob이나 [[ =~ ]]로 옮겨야 한다는 점을 설명할 수 있다.
• ;;, ;&, ;;& 세 종결자의 동작 차이를 설명하고 상황에 맞게 선택할 수 있다.
• $(( ))(값을 반환하는 확장)와 (( ))(종료 코드를 반환하는 명령)를 구분해 조건문과 값 계산에 각각 올바르게 쓸 수 있다.
• bash 산술이 정수 전용이라 나눗셈이 절삭되고 부동소수점을 지원하지 않는다는 점을 알고, 필요할 때 bc/awk로 대체할 수 있다.

참고

• Conditional Constructs — GNU Bash Reference Manual
• Shell Arithmetic — GNU Bash Reference Manual
• Pattern Matching — GNU Bash Reference Manual