表达式求值——隐式类型转换与操作符属性

前言

通过上期的讲解，相信大家对操作符已经有了一定的理解，其实学习操作符是为了筑基，学习操作符的根本目的是为了表达式求值，本章就以此目的继续探讨表达式求值！lets go！

一、隐式类型转换

在表达式求值时，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，其主要体现为整型提升和算术转换。

1、整型提升

(1)什么是整型提升？

C的整型算术运算总是至少以默认整型类型的精度来进行的。为了获得这个精度，表达式中的char-字符型和short-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。

整形提升的条件是：表达式中大小达不到int的char和short才会发生整型提升

(2)为什么会发生整型提升？

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。

(3)如何进行整型提升？

整型提升是按照变量的数据类型的符号位来提升的。对于有符号整型提升高位补符号位；对于无符号整型提升，高位补0

📝例如：计算并打印 a+b

#include<stdio.h>
int main()
{
  char a = 5;//截断
  //00000000000000000000000000000101
  //00000101 - a
  char b = 126;//截断
  //00000000000000000000000001111110
  //01111110 - b
  char c = a + b;//整型提升+截断
  //整型提升
  //00000000000000000000000000000101-a
  //00000000000000000000000001111110-b
  //00000000000000000000000010000011
  //10000011 - c
  printf("%d\n", c);
  //%d 十进制的方式打印有符号整数，对c整型提升
  //11111111111111111111111110000011
  //11111111111111111111111110000010
  //10000000000000000000000001111101
  //-125
  return 0;
  //输出：-125
}

(4)小试牛刀

📝1、下面代码输出的结果是什么？

#include<stdio.h>
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;
}

📝2、下面代码输出结果是什么？

#include<stdio.h>
int main()
{
    //sizeof返回值是无符号整型，可以用u%打印
  char c = 1;
  printf("%u\n", sizeof(c));
  printf("%u\n", sizeof(+c));
  printf("%u\n", sizeof(-c));
  return 0; 
}
//输出：1 4 4

为什么程序输出结果存在4 呢？正是因为只要char或short存在于表达式中，即使不计算也会发生整型提升，因此会输出4

2、算术转换

(1)寻常算术转换

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。

转换条件：表达式中存在不同类型，并且大于等于int

下面的层次体系称为寻常算术转换：👇

注意：有些转换可能会丢失精度

如：

float f = 3.14;

int num = f;

(2)一道变态的算术转换题

📝下面程序输出结果是什么？

#include <stdio.h>
int i;
int main()
{
    i--;
    if (i > sizeof(i))
    {
        printf(">\n");
    }
    else
    {
        printf("<\n");
    }
    return 0; 
}

解析：C语言中，0为假，非0即为真。全局变量，没有给初始值时，编译其会默认将其初始化为0。i的初始值为0，i- - 结果-1，i为整形，sizeof(i)求i类型大小是4，按照此分析来看，输出结果为<，但是sizeof的返回值类型实际为无符号整形，因此编译器会自动将左侧i自动转换为无符号整形的数据（算术转换），-1对应的无符号整形是一个非常大的数字，超过4或者8，故输出结果为>这道题其实很隐蔽，真是虾仁猪心！！！

二、操作符的属性

1、操作符的三种属性

复杂表达式的求值有三个属性，也就是三个影响的因素：

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。

2、操作符属性表

注：

从上往下操作符的优先级越来越低。优先级最高位（）最低为，

1. N/A表示不具有结合性；L-R从左向右结合；R-L从右向左结合。
2. 只有逻辑与-&&、逻辑或-||条件操作符-?:逗号-,操作符控制求值顺序。

补充：控制求值顺序是指，这些操作符在表达式求值时会决定哪些值计算哪些值不计算。

当我们知道了一个表达式的优先级和结合性，我们就可以对复杂表达式进行求值运算。

📝例如：

#include <stdio.h>
int main()
{
  int a, b, c;
  a = 5;
  c = ++a;// ++a：加给a+1，结果为6，用加完之后的结果给c赋值，因此：a = 6  c = 6
  b = ++c, c++, ++a, a++;
  // 逗号表达式的优先级，最低，这里先算b=++c, b得到的是++c后的结果，b是7
  // b=++c 和后边的构成逗号表达式，依次从左向右计算的。
  // 表达式结束时，c++和，++a,a++会给a+2，给c加1，此时c：8，a：8，b:7
  b += a++ + c; // a先和c加，结果为16，在加上b的值7，比的结果为23，最后给a加1，a的值为9
  printf("a = %d b = %d c = %d\n:", a, b, c); // a:9, b:23, c:8
  return 0;
}
//输出：a=9 b=23 c=8

3、问题表达式

通过操作符的属性已经可以解决绝大多数的表达式求值，但是如果操作符使用不当很可能造成问题表达式。

📝问题表达式1

a*b + c*d + 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。

📝问题表达式2

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; }

注释：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。

📝问题表达式3

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

注释：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。因此在不同的编译器上运算结果不同。

总结

本章主要介绍了两种隐式类型转换以及操作符属性，重点在于理解并掌握两种转换方式，以及灵活运用操作符属性进行表达式求值。

特别注意：

我们在写表达式时，要保证在求值时计算路径是唯一的。如果我们写出的表达式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。所以请不要折磨编译器，杜绝写出以上华而不实的代码！！！