C语言表达式求值

简介: 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的。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。

表达式在计算过程中有哪些转换,表达式的求值顺序是怎么样的?这些都与表达式求值有很大关系。


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的。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。


类型转换:1.整型提升 2.算术转换  (都是以隐式类型的转换)


整型提升


       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(general-purpose 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。(来源百度)


整型提升都是按照变量数据类型的符号位来提升的。


举个例子:


int main(void)
{
  char a = 5;
  char b = 127;
  char c = a + b;
  printf("%d\n", c);
  return 0;
}


当我们看代码时a = 1,b = 127,那c应该等于128才对。


0311cdd7d544408c82138c34a8372df4.png


但编译器运行结果却是-128。那这是为什么呢?


char类型的5应该存储八个bit位00000101, 127的存储为01111111,当我们将两个数相加时先进行整型提升,将00000101提升为00000000000000000000000000000101,将011111111提升为00000000000000000000000001111111再进行相加,得到000000000000000000000000100000100,在进行截断放到c中10000100,在打印中时c也进行整型提升成为11111111111111111111111110000100(补码),在进行原码的转换最后打印出来应该是-124。


算数转换


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。


long double


double


float


unsigned long int


long int


unsigned int


int


优先级为升序最低为int 最高为long double


如果某个操作数的类型在上面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。 但是算术转换要合理,要不然会有一些潜在的问题,比如缺失精度。


#include<stdio.h>
{
    float a = 3.14;
    int c = a; //c为3
    return 0;
}


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哪个?取决于他们的优先级。如果两者的优先级相同,取决于他们的结合性。


操作符优先级:


aeae4c801f3a40be8964d94a96ea1d1c.png

5efefc7892574a1697834f6bb2768ef6.png

793d74b89dcb4f1b8ad9cc0d53303082.png

84519f70088249c091f17c87ba2a83cb.png

f7c91d32b2be4eae8bbe010a59829011.png


但是知道了操作符的优先级和结合性就一定知道了表达式的运算顺序了吗?


一些问题表达式案例:


案例1:


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

25c9a3fa23104233915a42cb78e549d8.png


表达式在不同编译器中运算的结果,因为运算的顺序有歧义,运算器都有自己的运算思路导致运算结果不同。


案例2:


c + --c;


操作符的优先级只能决定自减--的运算在+的运算的前面,但是我们并没有办法得 知,+操作符的左操作数的获取在右操作数之前还是之后求值,所以结果是不可预测的,是有歧义的。


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


虽然在大多数的编译器上求得结果都是相同的。 但是上述代码 answer = fun() - fun() * fun(); 中我们只能通过操作符的优先级得知:先算乘法, 再算减法。 函数的调用先后顺序无法通过操作符的优先级确定。


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。


所以我们要写一些通俗易懂没有歧义的运算代码,虽然有时很复杂,但是思路却很清晰,这样的代码才是可读性高的好代码!!!

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