操作符详解【c语言】

简介: 操作符详解【c语言】



序言:

操作符对每个学习c语言的来说都是必修课,操作符的用法至关重要,今天就带大家了解一下操作符的相关知识

一.操作符法的分类

二.操作符详解

1.算术操作符

算数运算符大体可以分为如下几种:

注意:

  1. 除了 % 操作符之外,其他的几个操作符可以作用于整数和浮点数。
  2. 对于 / 操作符如果两个操作数都为整数,执行整数除法。而只要有浮点数执行的就是浮点数除法,示例如下:

  1. % 操作符的两个操作数必须为整数。返回的是整除之后的余数。

2.移位操作符

注意:

1.移动的是二进制位,且只适用于整形,整数在内存中存储的是二进制的补码,因此移位操作符移动的是存储在内存中的补码

2.对于二进制有3中表示形式:原码,反码,补码

3.正整数——原码,反码,补码都相同

4.负整数:

4.1原码——直接按照数字以及政府写出的二进制序列

4.2反码——原码的符号位不变,其他位按位取反得到的

4.3补码——反码加1,内存中放补码

5.符号位为0,表示正数;符号位为1,表示负数

举例说明原反补码之间的关系:

移位操作符:

<< 左移操作符

<< 右移操作符

注:移位操作符的操作数只能是整数

2.1左移操作符

移位规则:

左边抛弃、右边补0

左移例子如下:

int main()
{
  int a = -4;            //int占用四字节,32bit
  //10000000000000000000000000000100 --4的原码
  //11111111111111111111111111111011 --4的反码
  //11111111111111111111111111111100 --4的补码
  int b = a << 1;       //把a向左移动一位
  //11111111111111111111111111111000 -- b中存储的补码
  //11111111111111111111111111110111 -- b的反码
  //10000000000000000000000000001000 -- b的原码
  //-8
  printf("a=%d b=%d\n", a, b);   //a=-4 b=-8
  return 0;
}

2.2右移操作符

移位规则:

右移运算分为两种

  1. 逻辑移位:
    左边用0填充,右边丢弃
  2. 算术移位:
    左边用原该值的符号位填充,右边丢弃

右移例子如下:

int main()
{
  int a = -4;            //int占用四字节,32bit
  //10000000000000000000000000000100 --4的原码
  //11111111111111111111111111111011 --4的反码
  //11111111111111111111111111111100 --4的补码
  int b = a >> 1;       //把a向右移动一位
  //11111111111111111111111111111100
  //11111111111111111111111111111110 -- b在内存中的补码
  //11111111111111111111111111111101 -- b的反码
  //10000000000000000000000000000010 -- b的原码
  //-2
  printf("a=%d b=%d\n", a, b); //a=-4 b=-2
  return 0;
}

警告⚠ :对于移位运算符,不要移动负数位,这个是标准未定义的。

例如:

int num = 10;
num >> -1;//error

3. 位操作符

位操作符有:

有四种最基本的逻辑运算:

1)逻辑与 – 用AB表示:当A,B都为1时,其值为1,否则为零;

2)逻辑或 – 用 A+B 表示:当A,B都为0时,其值为0,否则为1;

3)逻辑非 – 用 A上’¯’表示,当A=0时,A的非为1,A=1时,A的非为0;

4)如果A、B两个值不相同,则异或结果为1。如果A、B两个值相同,异或结果为0

3.1 逻辑与运算

int main()
{
  int a = 3;
  int b = -5;
  int c = a & b;//& --与运算
  //00000000000000000000000000000011 -->3的补码
  //10000000000000000000000000000101 -->5的原码
  //11111111111111111111111111111010 -->5的反码
  //11111111111111111111111111111011 -->5的补码
  
  //00000000000000000000000000000011
  //11111111111111111111111111111011
  //00000000000000000000000000000011 -->3
  printf("%d\n", c);  //3
  return 0;
}

验证结果如下:

可以通过一个经典的例题来学习:

求一个整数存储在内存中的二进制中1的个数。

方法1:大家看到这个问题,第一眼想到的就是对一个数先%2,然后在除以2,判断余数是否为1,不断循环直到这个数为0,可以得到它的二进制中1的个数,根据这种思路,我们可以写出以下代码:

#include<stdio.h>
int main()
{
  int num = 0;
  scanf("%d", &num);
    int count = 0;//计数
  while (num)
  {
    if (num % 2 == 1)
      count++;
    num = num / 2;
  }
  printf("二进制中1的个数 = %d\n", count);
  return 0;
}

然而这段代码是存在相应的问题的,它只能计算正整数二进制中1的个数,而对负数则行不通,例如:

负整数: -1

1补码为:11111111 11111111 11111111 11111111

所以1的个数应该为32,但是最后结果却为0

优化一:

那么如何解决这个问题呢?方法如下:

需要借助按位与操作,我们可以先把已知数的二进制序列不断右移,然后在和1按位与,如果结果为0的情况,这个数二进制序列的最右端一定是0;如果结果是1, 这个数二进制序列的最右端一定是1

代码如下:

#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("二进制中1的个数 = %d\n",count);
 return 0;
}

优化二:

这段代码还能继续优化吗?这里要循环32次,能不能再提高一下效率,减少循环次数呢?

通过对输入数字的二进制操作,从最后一位1开始,每一步减少一个1,当n&(n-1)时便可以消去一个最低位的1,有几个1便循环几次

代码如下:

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

3.2 按位或运算

我们直接上代码:

int main()
{
  int a = 3;
  int b = -5;
  int c = a | b;//& - 按(2进制)位或
  //00000000000000000000000000000011  3的补码
  //10000000000000000000000000000101 -->5的原码
  //11111111111111111111111111111010 -->5的反码
  //11111111111111111111111111111011 -->5的补码
  //00000000000000000000000000000011
  //11111111111111111111111111111011
  //11111111111111111111111111111011
  //11111111111111111111111111111010
  //10000000000000000000000000000101 -> -5
  printf("%d\n", c);  //-5
  return 0;
}

运行结果如下:

3.3 异或运算

int main()
{
  int a = 3;
  int b = -5;
  int c = a ^ b;//& - 按(2进制)位异或
  //00000000000000000000000000000011 -> 3的补码
  //10000000000000000000000000000101 -5的原码
  //11111111111111111111111111111010 -5的反码
  //11111111111111111111111111111011 -5的补码
  //00000000000000000000000000000011
  //11111111111111111111111111111011
  //11111111111111111111111111111000
  //11111111111111111111111111110111
  //10000000000000000000000000001000  //-8
  
  printf("c=%d\n", c);  //-8
  return 0;
}

运行结果:

4. 赋值操作符

赋值操作符是一个相对来说简单的操作符,他可以让你得到一个你之前不满意的值。也就是你可以给自己重新赋值,例如:

int weight = 120;//体重
weight = 89;//不满意就赋值
double salary = 10000.0;
salary = 20000.0;//使用赋值操作符赋值。
赋值操作符可以连续使用,比如:
int a = 10;
int x = 0;
int y = 20;
a = x = y+1;//连续赋值
等同于:
x = y+1;
a = x;
这样的写法更加清晰爽朗而且易于调试

复合赋值符:

+= 、-= 、 *= 、 /=、 %= 、 >>=、 <<=、 &=、 |=、 ^=

这些运算符都可以写成复合的效果。

比如:

int x = 10;
x = x+10;
x += 10;//复合赋值
//其他运算符一样的道理。这样写更加简洁。

5. 单目操作符

5.1单目操作符介绍

5.2 操作符

int main()
{
  int a = -10;
  int* p = NULL;
  printf("%d\n", !2);
  printf("%d\n", !0);
  a = -a;
  p = &a;
  printf("%d\n", sizeof(a));
  printf("%d\n", sizeof(int));
  return 0;
}

结果如下:

5.3自增、自减操作符

前置操作符是先对变量进行自增自减操作,再使用变量的值

后置操作符是先使用变量的值再进行自增自减操作

//前置++ --
int main()
{
  int a = 10;
  int x = ++a;
  //先对a进行自增,然后对使用a,也就是表达式的值是a自增之后的值。x为11。
  int y = --a;
  //先对a进行自减,然后对使用a,也就是表达式的值是a自减之后的值。y为10;
  printf("%d %d\n", x, y);
  return 0;
}
//后置++和--
int main()
{
  int a = 10;
  int x = a++;
  //先对a先使用,再增加,这样x的值是10;之后a变成11;
  int y = a--;
  //先对a先使用,再自减,这样y的值是11;之后a变成10;
  printf("%d %d\n", x, y);
  return 0;
}

6.关系操作符

关系操作符

这些关系运算符比较简单,没什么可讲的,但是我们要注意一些运算符使用时候的陷阱。

注意:

在编程的过程中== 和=不能混淆

7.逻辑操作符

逻辑操作符有哪些:

区分逻辑与和按位与

区分逻辑或和按位或

1&2----->0
1&&2---->1
1|2----->3
1||2---->1

举例:

int main()
{
  int i = 0, a = 0, b = 2, c = 3, d = 4;
  i = a++ && ++b && d++;  
  //a++ 先使用a的值0,再++, 判断a=0后,后面的 ++b && d++均不执行
  i = a++||++b||d++;
  printf("a = %d\n b = %d\n c = %d\nd = %d\n", a, b, c, d);
  return 0;
}

8.条件操作符

exp1 ? exp2 : exp3

int main()
{
  int a = 8;
  int b = 0;
  /*if (a > 5)
    b = 3;
  else
    b = -3;*/
  a > 5 ? b = 3 : b = -3;  //条件表达式
  
  printf("%d\n", b);
  return 0;
}

9.逗号表达式

exp1, exp2, exp3, …expN

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。

int main()
{
  int a = 1;
  int b = 2;
  int c = (a > b, a = b + 10, a, b = a + 1);
  printf("c=%d\n",c);
  return 0;
}

10.下标引用、函数调用和结构成员

  1. 下标引用操作符
    操作数:一个数组名 + 一个索引值
int main()
{
  int arr[10];//创建数组
  arr[9] = 10; //实用下标引用操作符。
  printf("%d\n", arr[9]);
  return 0;
}

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。

void test1()
{
  printf("hello world!\n");
}
void test2(const char* str)
{
  printf("%s\n", str);
}
int main()
{
  test1();
  test2("hello bit.");
  return 0;
}

3. 访问一个结构的成员

. 结构体.成员名

-> 结构体指针->成员名

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; 
 }

三.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。

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。

//实例1
char a,b,c;
...
a = b + c

b和c的值被提升为普通整型,然后再执行加法运算,加法运算完成之后,结果将被截断,然后再存储于a中。

如何进行整体提升呢?

整形提升是按照变量的数据类型的符号位来提升的

//负数的整形提升
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
//所以整形提升的时候,高位补充符号位,即为1
//提升之后的结果是:
11111111111111111111111111111111
//正数的整形提升
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
//所以整形提升的时候,高位补充符号位,即为0
//提升之后的结果是:
00000000000000000000000000000001
//无符号整形提升,高位补0

整形提升的例子:

实例1:

//实例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;
}

实例1中的a,b要进行整形提升,但是c不需要整形提升

a,b整形提升之后,变成了负数,所以表达式 a0xb6 , b0xb600 的结果是假,但是c不发生整形提升,则表达式 c==0xb6000000 的结果是真.

所程序输出的结果是:c

实例2:

//实例2
int main()
{
 char c = 1;
 printf("%u\n", sizeof(c));
 printf("%u\n", sizeof(+c));
 printf("%u\n", sizeof(-c));
 return 0;
}

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

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

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。

long double
double
float
unsigned long int
long int
unsigned int
int

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。

警告:但是算术转换要合理,要不然会有一些潜在的问题。

float f = 3.14;
int num = f;//隐式转换,会有精度丢失

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。

一些问题表达式

代码1:

//表达式的求值部分由操作符的优先级决定。

//表达式1

ab + cd + e*f

注释:代码1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。

a*b
c*d
a*b + c*d
e*f
a*b + c*d + e*f
或者:
a*b
c*d
e*f
a*b + c*d
a*b + c*d + e*f

代码2:

//代码2-非法表达式
int main()
{
 int i = 10;
 i = i-- - --i * ( i = -3 ) * i++ + ++i;
 printf("i = %d\n", i);
 return 0;
}

表达式2在不同编译器中测试结果:非法表达式程序的结果

代码3:

//代码3
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;
}

上述代码虽然在大多数的编译器上求得结果都是相同的,但是是有问题的

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。

代码4:

#include <stdio.h>
int main()
{
 int i = 1;
 int ret = (++i) + (++i) + (++i);
 printf("%d\n", ret);
 printf("%d\n", i);
 return 0;
}

尝试在Linux环境gcc编译器,vS2019环境下都执行,看结果。

Linux运行结果:10 4

VS2019运行结果:12 4

看看同样的代码产生了不同的结果,这是为什么?

简单看一下汇编代码.就可以分析清楚.

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

总结: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。

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