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C++的运算符与表达式

2023-08-04 80
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简介： 在程序中，运算符是用来操作数据的，因此这些数据也被称为操作数，使用运算符将操作数连接而成的式子称为表达式

C++的运算符与表达式


运算符

●  运算符是一种告诉编译器执行特定的数学或逻辑操作的符号。C++内置了丰富的运算符，并且提供了以下类型的运算符：

  • 算数运算符
  • 关系运算符
  • 逻辑运算符
  • 位运算符
  • 赋值运算符
  • 杂项运算符


表达式

●  在程序中，运算符是用来操作数据的，因此这些数据也被称为操作数，使用运算符将操作数连接而成的式子称为表达式


表达式具有如下特点：


●  常量和变量都是表达式 例如常量3.14 变量i

●  运算符的类型对应表达式的类型，例如算数运算符对应算数表达式

●  每一个表达式都有自己的值，即表达式都有运算结果


算数运算符

假设变量A的值为10，变量B的值为20则：

运算符 描述 实例
+ 把两个操作数相加 A + B 将得到 30
- 从第一个操作数中减去第二个操作数 A - B 将得到 -10
* 把两个操作数相乘 A * B 将得到 200
/ 分子除以分母 B / A 将得到 2
% 取模运算符，整除后的余数 B % A 将得到 0
++ 自增运算符，整数值增加 1 A++ 将得到 11
– 自减运算符，整数值减少 1 A-- 将得到 9

关系运算符

运算符 描述 实例
== 检查两个操作数的值是否相等，如果相等则条件为真。 (A == B) 不为真。
!= 检查两个操作数的值是否相等，如果不相等则条件为真。 (A != B) 为真。
> 检查左操作数的值是否大于右操作数的值，如果是则条件为真。 (A > B) 不为真。
< 检查左操作数的值是否小于右操作数的值，如果是则条件为真。 (A < B) 为真。
>= 检查左操作数的值是否大于或等于右操作数的值，如果是则条件为真。 (A >= B) 不为真。
<= 检查左操作数的值是否小于或等于右操作数的值，如果是则条件为真。 (A <= B) 为真。

逻辑运算符

运算符 描述 实例
&& 称为逻辑与运算符。如果两个操作数都非零，则条件为真。 (A && B) 为假。
|| 称为逻辑或运算符。如果两个操作数中有任意一个非零，则条件为真。 (A || B) 为真。
！ 称为逻辑或运算符。如果两个操作数中有任意一个非零，则条件为真。 !(A && B) 为真。

赋值运算符

运算符 描述 实例
= 简单的赋值运算符，把右边操作数的值赋给左边操作数 C = A + B 将把 A + B 的值赋给 C
+= 加且赋值运算符，把右边操作数加上左边操作数的结果赋值给左边操作数 C += A 相当于 C = C + A
-= 减且赋值运算符，把左边操作数减去右边操作数的结果赋值给左边操作数 C -= A 相当于 C = C - A
*= 乘且赋值运算符，把右边操作数乘以左边操作数的结果赋值给左边操作数 C *= A 相当于 C = C * A
/= 除且赋值运算符，把左边操作数除以右边操作数的结果赋值给左边操作数 C /= A 相当于 C = C / A
%= 求模且赋值运算符，求两个操作数的模赋值给左边操作数 C %= A 相当于 C = C % A
<<= 左移且赋值运算符 C <<= 2 等同于 C = C << 2
>>= 右移且赋值运算符 C >>= 2 等同于 C = C >> 2
&= 按位与且赋值运算符 C &= 2 等同于 C = C & 2
^= 按位异或且赋值运算符 C ^= 2 等同于 C = C ^ 2
|= 按位或且赋值运算符 C |= 等同于 C = C |2

位运算符

运算符 描述 实例
& 如果同时存在于两个操作数中，二进制 AND 运算符复制一位到结果中。 (A & B) 将得到 12，即为 0000 1100
| 如果存在于任一操作数中，二进制 OR 运算符复制一位到结果中。 (A | B) 将得到 12，即为 0000 1100
^ 如果存在于其中一个操作数中但不同时存在于两个操作数中，二进制异或运算符复制一位到结果中。 (A ^ B) 将得到 49，即为 0011 0001
~ 二进制补码运算符是一元运算符，具有"翻转"位效果，即0变成1，1变成0。 (~A ) 将得到 -61，即为 1100 0011，一个有符号二进制数的补码形式。
<< 二进制左移运算符。左操作数的值向左移动右操作数指定的位数。 A << 2 将得到 240，即为 1111 0000
>> 二进制右移运算符。左操作数的值向右移动右操作数指定的位数。 A >> 2 将得到 15，即为 0000 1111

优先级：


位与疏散运算符都是双目运算符，其结合性都是从左到右的，优先级高于逻辑运算符，低于比较云悬浮，且从高到低依次为& ^ |


其他运算符

运算符 描述
sizeof sizeof 运算符返回变量的大小。例如，sizeof(a) 将返回 4，其中 a 是整数。
Condition ? X : Y 三目运算符。如果 Condition 为真 ? 则值为 X : 否则值为 Y。
, 逗号运算符会顺序执行一系列运算。整个逗号表达式的值是以逗号分隔的列表中的最后一个表达式的值。
.（点）和 ->（箭头） 成员运算符用于引用类、结构和共用体的成员。
Cast 强制转换运算符把一种数据类型转换为另一种数据类型。例如，int(2.2000) 将返回 2。
& 指针运算符 &返回变量的地址。例如 &a; 将给出变量的实际地址。
* 指针运算符 * 指向一个变量。例如，*var; 将指向变量 var。

运算符的优先级

●  一般来说，一元运算符优先级高于对应的二元运算符

●  弄不清楚优先级就加括号


运算符代码演示：

# include <assert.h>
# include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
    int A = 10;
    int B = 20;
    // 算术运算符示例
    std::cout << A + B << std::endl;    // 30
    cout << A - B << endl;     // -10
    cout << A*B << endl;       // 200
    cout << B / A << endl;     // 2
    cout << 15 / A << endl;    // 1
    cout << 15.0 / A << endl; // 1.5
    cout << B%A << endl;      // 0
    cout << ++A << endl;      // 11
    cout << A << endl;           // 11
    cout << --A << endl;        // 10
    cout << A << endl;           // 10
    // 关系运算符示例
    cout << (A == B) << endl;  // 0
    cout << (A != B) << endl;   // 1
    cout << (A > B) << endl;    // 0
    cout << (A < B) << endl;    // 1
    cout << (A >= B) << endl;  // 0
    cout << (A <= B) << endl;  // 1
    // 逻辑运算符示例
    bool bA = false, bB = true;
    // to be or not to be
    cout << ( bA == true || bA != true ) << endl;   // 1
    cout << (bB == true || bB != true) << endl;   // 1
    // 德*摩根率
    assert( !(bA || bB) == (!bA && !bB) ); //  1
    assert( !(bA && bB) == (!bA || !bB)  ); //  1
    bA = false, bB = false;
    assert( !(bA || bB) == (!bA && !bB) ); //  1
    assert( !(bA && bB) == (!bA || !bB) ); //  1
    bA = true, bB = true;
    assert( !(bA || bB) == (!bA && !bB) ); //  1
    assert( !(bA && bB) == (!bA || !bB) ); //  1
    bA = true, bB = false;
    assert( !(bA || bB) == (!bA && !bB) ); //  1
    assert( !(bA && bB) == (!bA || !bB) ); //  1
    // 位运算
    cout << (A&B) << endl;      //  01010 & 10100  = 00000  ==> 0
    cout << (A | B) << endl;       //  01010 | 10100  = 11110  ==> 30
    cout << (A^B) << endl;     //  01010 ^ 10100  = 11110 ==> 30
    cout << (~A) << endl;       //  ~0000000000001010 = 11111111111110101   ==> 0000000000001011 ==》 -11
    cout << (A << 2) << endl;  // 00001010 << 2 ==> 00101000‬ ==> 40
    cout << (A >> 2) << endl;// 00001010 >> 2 ==> 00000010 ==> 2
    // 赋值运算符
    int C = A + B;
    cout << C << endl;
    C += A;
    cout << C << endl;
    C -= A;
    cout << C << endl;
    C *= A;
    cout << C << endl;
    C /= A;
    cout << C << endl;
    C %= A;
    cout << C << endl;
    C <<= A;
    cout << C << endl;
    C >>= A;
    cout << C << endl;
    C &= A;
    cout << C << endl;
    C ^= A;
    cout << C << endl;
    C |= A;
    cout << C << endl;
    // 杂项运算符示例
    cout << sizeof(A) << endl;   // 4
    int M = A > B ? 1 : 0;
    cout << M << endl;              // 0
    int D = A < B ? 1 : 0;
    cout << D << endl;              // 1
    int E = (A, B, M);
    cout << E << endl;               // 0
    float F = float(E);
    cout << F << endl;               // 0
    cout << &F << endl;            // 0xFFXXX
    float * P = &F;
    cout << P << endl;              // 0xFFXXX
    cout << *P << endl;             // 0
    typedef struct {
      short Sunday = 0;
      short Monday = 1;
      short Tuesday = 2;
      short Wednesday = 3;
      short Thursday = 4;
      short Friday = 5;
      short Saturday = 6;
    } Week;
    Week w;
    cout << w.Friday << endl;  // 5
    cout << sizeof(w) << endl; // ?
    return 0;
}

测试的时候按项测试。


语言的注释

●  程序注释是解释性语句，你可以在C++代码中包含注释，这将提高源代码可读性。所有的编程语言都允许某种形式的注释

●  C++支持单行注释和多行注释，注释中所有的字符会被C++编译器忽略

#include <iostream>
using namespace std;
/***
 * 多行注释
 * @return
 */
int main()
{
    cout << "单行注释" << std::endl;
    return 0;
}

注释的原则和建议：


●  好的命名和代码本身就是最好的注释；如果代码本身就清除不需要增加额外的注释

●  在重要的代码段或者复杂的代码段先写注释再写代码，这样思路清晰，同时可以保证代码和注释一致性

●  注释不是越多越好，它对代码提示，如果要写就要清楚，并且保证和代码一致性，如果更新了新代码，请更新相应的注释


补码的补充

有没有一个办法使用加法来做减法？


机器数和真值

●  机器数：

一个数在计算机中的二进制表示形式，叫做这个数的机器数。


机器数是带符号的，在计算机中用一个数的最高位存放符号位，正数为0，负数为1


比如 +3 就是 00000000000000000000000000000011


-3 按照道理就是10000000000000000000000000000011


实际上-3是 11111111111111111111111111111101


●  真值：


真正的数学意义上的数值。


因为第一位是符号位，所以机器数形式值就不等于真正的数值


00000000000000000000000000000011 --> +3


11111111111111111111111111111101 --> -3


无符号数的编码

屏幕截图 2023-08-04 112028.png

0001 = 1

0101 = 5


有符号数的编码

屏幕截图 2023-08-04 111941.png

0001 = 1

0101 = 5

1011 = -5

1111 = -1

另外一种计算补码的方法：

对正数：直接按位计算权重之和

对负数：保留符号位，对后面每位取反+1


字节序

一个字（32位机器采用32bits字长4bytes）在内存中如何以byte来存放


两个传统：

●  大端法：大多数IBM机器，Internet传输

●  小端法：Intel兼容机

using namespace std;
// 二进制转无符号整型
unsigned int B2U(unsigned int num)
{
    return (unsigned int)(num);
}
// 二进制转有符号整型
int B2T(int num)
{
    return (int)(num);
}
int main()
{
    //  补码机器数调整展示
    int i1 = 0;
    int i2 = -1;
    int i3 = -2147483648;
    int i4 = 2147483647;
    unsigned int  u1 = 0;
    unsigned int  u2 = 4294967295;
    unsigned int  u3 = 2147483648;
    unsigned int  u4 = 2147483647;
    // 补码的真值验证
    cout << B2T(0x00000000) << endl;
    cout << B2T(0xFFFFFFFF) << endl;
    cout << B2T(0x80000000) << endl;
    cout << B2T(0x7FFFFFFF) << endl;
    cout << endl;
    cout << B2U(0x00000000) << endl;
    cout << B2U(0xFFFFFFFF) << endl;
    cout << B2U(0x80000000) << endl;
    cout << B2U(0x7FFFFFFF) << endl;
    return 0;
}

我们在设计软件系统时总是希望软件系统尽可能的简单通用，于是人们希望在只有加法运算器的情况下设计一种方法能计算减法。


位运算补充

●  左移比较简单：

●  右移运算会有两种情况：

   ○  逻辑右移：移走的位填充0；

   ○  算数右移：移走的位填充与符号位有关，负数填充1；


对于有符号的数，尽可能不适用右移运算 因为到底是逻辑右移还是算数右移取决于编译器。

文章标签：
C++
编译器
关键词：
C++表达式
C++运算符
C++运算符表达式
turbolove
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