详解操作符【C语言】

1. 操作符分类

算术操作符

移位操作符

位操作符

赋值操作符

单目操作符

关系操作符

逻辑操作符

条件操作符

逗号表达式

下标引用、函数调用和结构成员

2. 算术操作符

+ - * /  %

其中前三个我们使用不会出现问题

对于/操作符，如果操作数都为整数，结果就为整数，例如2/5==2；只要有一个操作数是浮点数，结果就为浮点数，例如5/2.0==2.5，这里的1.0均可乘在分母或分子。

%操作符的操作数只能为整数，且结果为整除后的余数。

3. 移位操作符

<< 左移操作符

>> 右移操作符

3.1 左移操作符

移位规则：左边移去，右边补0.

移位操作符操作的是整数在内存中的二进制位，如果有不清楚或忘记二进制的同学，请看：二进制

例如正整数5

int main()
{
int a = 5;int b = a << 1;
printf("a = %d", a);
printf("b = %d", b);
return 0;
}

将它的二进制位向左移动1位，在内存中是这样的。

再以a = -5为例

可以发现，向左移动一个二进制位有乘以2倍的效果，且不分正负。

补充：整数在内存中以补码的形式存在，移位操作符也是对补码进行操作。正整数三码相同，负数的补码=原码取反+1.

3.2 右移操作符

移位规则有两种：

1. 逻辑移位

左边补0，右边移去

2. 算术移位

左边用原该值的符号位填充，右边移去

int main()
{
    int a = -5;
    int b = a >> 1;
    printf("a = %d", a);
    printf("b = %d", b);
    return 0;
}

在内存中，二进制位是这样被操作的：

可以看见，两种右移方式的结果不同，且没有和左移类似的“*2”的效果.

在vs2019编译器中，结果为-3

结果取决于编译器，大多数编译器采取的是算术右移。

不重要但需要提醒的点：移位操作符只能移动正整数位（0位就是不移动），b=a>>-1这种写法看起来意思是向右移动-1位即向左移动1位，但编译器不知道它的意思。

4. 位操作符

&      //按位与

|       //按位或

^      //按位异或

注：他们的操作数必须是整数。

我们可以

通过按位与操作符统计整数的二进制位1的个数

通过按位异或操作符+按位与操作符统计两个整数二进制位相同/异位的个数

一道例题

求一个整数存储在内存中的二进制中1的个数。

#include <stdio.h>
int main()
{
    int num = -1;
    int i = 0;
    int count = 0;//计数
    for (i = 0; i < 32; i++)
    {
    if (num & (1 << i))
        count++;
}
    printf("%d二进制中1的个数 = %d", num,count);
    return 0;
}

5. 赋值操作符

赋值操作符我们再熟悉不过，它的作用是将值赋值给变量

复合赋值符

+=

-=

*=

/=

%=

>>=

<<=

&=

|=

^=

例如a=a+1，可以简化成a+=1,其他以此类推

6. 单目操作符

6.1 单目操作符介绍

! 逻辑反操作

- 负值

+ 正值

& 取地址

sizeof 操作数的类型长度（以字节为单位）

~ 对一个数的二进制按位取反

-- 前置、后置--

++ 前置、后置++

* 间接访问操作符(解引用操作符)

(类型) 强制类型转换

! 逻辑反操作 即"非"，例如 a != 0，表示a不等于0，!0默认为1，!2(不为零的数)默认为0

代码举例

#include <stdio.h>
int main()
{
    int a = -10;
    int* p = &a;//&操作符将变量a的地址赋值给p
    printf("%d", sizeof(a));//sizeof()操作符得到变量所占内存大小
    printf("%d", sizeof(int));//sizeof()操作符得到类型所占内存大小    
    printf("%d", !2);//非零值为真，非非零值为假
    printf("%d", !0);//零为假，非零为真
    return 0;
}

~ 对一个数的二进制按位取反

有时我们会看到

while(scanf("%d",&a) != EOF)while(~scanf("%d",&a))

前者我们经常用于数据多组输入，后者反而不常见。实际上它们都有控制循环终止的功能。

EOF在编译器中以宏定义的形式存在，它的值是-1，当scanf()读取失败，返回值为-1；

-1的二进制位补码32位全为1，读取失败后对补码取反，则为零，while循环终止。

6.2 sizeof 和 数组

我们知道，sizeof()操作符可以得到变量或类型所占内存的大小，但要用正确的方法

#include <stdio.h>
void test1(int arr[])
{
    printf("%d", sizeof(arr));//(2)
}
void test2(char ch[])
{
    printf("%d", sizeof(ch));//(4)
}
int main()
{
    int arr[10] = {0};
    char ch[10] = {0};
    printf("%d", sizeof(arr));//(1)
    printf("%d", sizeof(ch));//(3)
    test1(arr);test2(ch);
    return 0;
}

问：

（1）、（2）两个地方分别输出多少？

（3）、（4）两个地方分别输出多少？

(1)(3)我们很容易知道答案是40和10，那么(2)(4)的答案是多少呢

为什么答案不是40/10或者4/1呢？

事实上，函数定义用于接受实参的数组实际上是指针变量，它是用来存放地址的，所以数组名作为实参传递给函数并不是传递了整个数组，而是首地址。地址很长，需要一个整型指针变量储存，所以不论原来数组的类型如何，函数中用sizeof()所得到的长度均为一个地址的长度。

//++和--运算符

//前置++和--

 

#include <stdio.h>
int main()
{
    int a = 10;
    int x = ++a;//先加1后赋值
    printf("a=%d,x=%d", a,x);
    int y = --a;//先减1后赋值
    printf("a=%d,x=%d", a, y);
    int i = a++;//先赋值后加1
    printf("a=%d,x=%d", a, i);
    int j = a--;//先赋值后减1
    printf("a=%d,x=%d", a, j);
    return 0;
}

7. 关系操作符

>

>=

<

<=

!= 用于测试“不相等”

== 用于测试“相等”

需要注意的是，当需要判断是否相等时，==不要误写成=

8. 逻辑操作符

&& 逻辑与

||    逻辑或

&& 逻辑与

#include <stdio.h>
int main()
{
    int i = 0,a=0,b=2,c=3;
    i = a++ && ++b && c++;
    printf("a = %d b = %d c = %d", a, b, c);
    return 0;
}//程序输出的结果是什么？

需要注意的是，b使用的是前置++，逻辑与和逻辑或操作符都符合它的使用规则。

&&操作符的特点是：

按从左到右的顺序，如果第一个&&左边的表达式执行后的结果为假，剩下的表达式便不再执行；

如果第一个&&左边的表达式执行后的结果为真，右边表达式执行结果为假，此时下一个&&的左边的结果就为假（把第一个&&链接的两边当作整体作为下一个&&的左边），剩下便不再执行，以此类推

&&两边都真结果才为真

例如我把ab改成-1，a改成前置++

#include <stdio.h>
int main()
{
    int i = 0, a = -1, b = -1, c = 3;
    i = ++a && ++b && c++;
    printf("a = %d b = %d c = %d", a, b, c);
    return 0;
}//程序输出的结果是什么？

++a的值为0即假 ，剩下的表达式不再执行。

||    逻辑或

#include <stdio.h>
int main()
{
    int i = 0, a = 0, b = 2, c = 3;
    i = a++||++b||c++;
    printf("a = %d b = %d c = %d", a, b, c);
    return 0;
}//程序输出的结果是什么？

 

||操作符的特点与&&操作符类似，||两边只要有一个为真，结果就为真

将a改成-1

#include <stdio.h>
int main()
{
    int i = 0, a = -1, b = 2, c = 3;
    i = a++ || ++b || c++;
    printf("a = %d b = %d c = %d", a, b, c);
    return 0;
}//程序输出的结果是什么？

9. 条件操作符

表达式1 ? 表达式2 : 表达式3

如果表达式1的值为真，则结果为表达式2的值，否则为表达式3的值。

例如

#include <stdio.h>
int main()
{
    int a = 0, b = 1;
    int c = (a > b ? a : b);
    printf("%d", c);
    return 0;
}

条件表达式能简化代码，很多时候能起到意想不到的效果，但要注意可读性，里面不要塞太多语句。

10.逗号表达式

表达式1，表达式2......表达式N

逗号表达式，就是用逗号隔开的多个表达式。

逗号表达式，从左向右依次执行。整个表达式的结果是最后一个表达式的结果

#include<stdio.h>
int main()
{
    int a = 0, b = 1, c = 2;
    int d = (++a, ++b, ++c);
    printf("d = %d", d);
    return 0;
}

即整个表达式的结果是最后一个表达式的结果

11. 下标引用、函数调用和结构成员

11.1. [ ] 下标引用操作符

操作数：一个数组名 + 一个索引值

int arr[10];//创建数组arr[9] = 10;//使用下标引用操作符。[ ]的两个操作数是arr和9。

数组实际上是指针，a[1]<=>*(a+1)<=>*(1+a)<=>1[a],[]作为操作符，其操作数的顺序不影响编译的结果。

11.2. ( ) 函数调用操作符

接受一个或者多个操作数：第一个操作数是函数名，剩余的操作数就是传递给函数的参数。

#include <stdio.h>
void test1()
{
    printf("hello");
}
void test2(char *str)
{
    printf("%s", str);
}
int main()
{
    test1(); //（）作为函数调用操作符。
    test2("hello world!");//（）作为函数调用操作符。
    return 0;
}

11.3. 访问一个结构体的成员

. 结构体.成员名

-> 结构体指针->成员名

#include <stdio.h>
struct Stu{
    char name[10];
    int age;
    char sex[5];
    double score;
}；
void set_age1(struct Stu stu)
{
    stu.age = 18;
}
void set_age2(struct Stu* pStu)
{
    pStu->age = 18;//结构成员访问
}
int main()
{
    struct Stu stu;
    struct Stu* pStu = &stu;//结构成员访问
    stu.age = 20;//结构成员访问
    set_age1(stu);
    pStu->age = 20;//结构成员访问
    set_age2(pStu);
    return 0;
}

12. 表达式求值

表达式求值的顺序一部分是由操作符的优先级和结合性决定。

同样，有些表达式的操作数在求值的过程中可能需要转换为其他类型。

12.1 隐式类型转换

C的整型算术运算总是至少以缺省整型类型的精度来进行的。

为了获得这个精度，表达式中的字符和短整型操作数在使用之前被转换为普通整型，这种转换称为整型提升。

整型提升的意义

表达式的整型运算要在CPU的相应运算器件内执行，CPU内整型运算器(ALU)的操作数的字节长度一般就是int的字节长度，同时也是CPU的通用寄存器的长度。

因此，即使两个char类型的相加，在CPU执行时实际上也要先转换为CPU内整型操作数的标准长度。

通用CPU是难以直接实现两个8比特字节直接相加运算（虽然机器指令中可能有这种字节相加指令）。所以，表达式中各种长度可能小于int长度的整型值，都必须先转换为int或unsigned int，然后才能送入CPU去执行运算。

如何进行整型提升呢？

整型提升是按照变量的数据类型的符号位来提升的

//负数的整型提升

char c1 = -1;

变量c1的二进制位(补码)中只有8个比特位：

1111111

因为 char 为有符号的 char

所以整型提升的时候，高位补充符号位，即为1

提升之后的结果是：

11111111111111111111111111111111

//正数的整型提升

char c2 = 1;

变量c2的二进制位(补码)中只有8个比特位：

00000001

因为 char 为有符号的 char

所以整型提升的时候，高位补充符号位，即为0

提升之后的结果是：

00000000000000000000000000000001

//无符号整型提升，高位补0

例子1

int main()
{
    char a = 0xb6;
    short b = 0xb600;
    int c = 0xb6000000;
    if(a==0xb6)
    printf("a");
    if(b==0xb600)
    printf("b");
    if(c==0xb6000000)
    printf("c");
    return 0;
}

例1中的a,b要进行整型提升,c不需要整型提升

a,b整型提升之后,变成了负数,所以表达式a==0xb6 , b==0xb600 的结果是假,但是c不发生整型提升,则表达式c==0xb6000000 的结果是真.

所程序输出的结果是:c

例子2

int main()
{
    char c = 1;
    printf("%u", sizeof(c));
    printf("%u", sizeof(+c));
    printf("%u", sizeof(-c));
    return 0;
}

例子2中的,c只要参与表达式运算,就会发生整型提升,表达式+c ,就会发生提升,所以sizeof(+c) 是4个字节.

表达式-c 也会发生整型提升,所以sizeof(-c) 是4个字节,但是sizeof(c) ,就是1个字节.

12.2 算术转换

如果某个操作符的各个操作数属于不同的类型，那么除非其中一个操作数的转换为另一个操作数的类型，否则操作就无法进行。下面的层次体系称为寻常算术转换。

如果某个操作数的类型在这个列表中排名较低，那么首先要转换为另外一个操作数的类型后执行运算。 但有时会损失精度，比如把一个浮点数赋值给一个整型变量

long double

double

float

unsigned long int

long int

unsigned int

int

12.3 操作符的属性

复杂表达式的求值有三个影响的因素。

1. 操作符的优先级

2. 操作符的结合性

3. 是否控制求值顺序。

两个相邻的操作符先执行顺序取决于优先级。

如果两者的优先级相同，则取决于结合性。

操作符优先级

代码在计算的时候，由于*比+的优先级高，只能保证，*的计算是比+早，但是优先级并不

能决定第三个*比第一个+早执行，因此计算机计算的顺序可能不同。

下面是错误的代码

何谓是错误的代码？就是让人产生歧义的、结果不同的代码。

int main()
{
    int i = 10;
    i = i-- - --i * ( i = -3 ) * i++ + ++i;
    printf("i = %d", i);
    return 0;
}

虽然我们可以从优先级入手，第一个乘号两边哪个先算便已经产生了歧义，括号内更是将i的值改变了，它在不同编译器中的结果往往是不同的。

int fun()
{    
    static int count = 1;
    return ++count;
}
int main()
{
    int answer;
    answer = fun() - fun() * fun();
    printf( "%d", answer);//输出多少？
    return 0;
}

我们优先级得知：先乘法，再减法。

但是函数的调用先后顺序无法通过操作符的优先级确定。

#include <stdio.h>
int main()
{
    int i = 1;
    int ret = (++i) + (++i) + (++i);
    printf("%d", ret);
    printf("%d", i);return 0;
    }//尝试在linux 环境gcc编译器，VS2013环境下都执行，看结果。

此代码在不同编译环境的结果是不同的，例如Linux和vs。

这段代码中的第一个+ 在执行的时候，第三个++是否执行，这个是不确定的，因为依靠操作符的优先级和结合性是无法决定第一个+ 和第三个前置++ 的先后顺序。

我们写出的表达式如果不能通过操作符的属性确定唯一的计算路径，那这个表达式就是存在问题的。