4_操作符详解

操作符详解

一. 操作符分类

• 1. 算数操作符
• 2. 移位操作符
• 3. 位操作符
• 4. 赋值操作符
• 5. 单目操作符
• 6. 关系操作符
• 7. 逻辑操作符
• 8. 条件操作符
• 9. 逗号表达式
• 10. 下标引用,函数调用和结构成员

二.算数操作符

+ - * / %

• 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。
• 3. % 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。

三.位移操作符(移动的是2进制位)

<< 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

1. 补充知识

---

• 整数的二进制表达形式有3种:原码,反码,补码
• 整数有32个比特位00000000000000000000000000000000(从后往前依次代表2的0次方,2的一次方…2的三十二次方,与相应位置的数字0或1相乘后加和即为该整数)
• 原码:按数值正负直接写出的二进制序列就是原码.
• 反码:原码的符号位不变,其他位按位取反.
• 补码:反码的二进制+1得到补码

---

• 整数在内存里储存的都是补码的二进制序列
• 整数在计算的时候也使用补码

---

• 对于一个整数是4个字节 = 32个比特位

• 一个整数写出2进制序列的时候,就是32个比特位
  

• 对于有符号的整数来说,最高位(最左边的一位)的一位是符号位

  • 符号位是1表示负数
  • 符号位是0表示正数

• 对于无符号数整数来说,没有符号位所有位都是有效位

---

• 对于正的整数,原码,反码,补码相同
• 对于负的整数原码,反码,补码是需要计算的

---

---

2. 左移操作符

①移位规则

• 左边抛弃,右边补0.

②例子

③效果

• 左移效果等价整数乘二

3. 右移操作符

①移位规则:

• 首先右移运算分两种：
• 1. 逻辑右移
  • 左边用0填充,右边丢弃
• 2. 算数右移
  • 左边用原该值的符号位填充,右边丢弃
• 采取什么方式根据编译器决定

②例子

③效果

• 右移效果等价除二

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

四.位操作符

1. 内容

                    二进制位
&               //按位与   对应的2进制位只要有0就为0,两个都为1才是1.
|               //按位或   对应的2进制位只有1就为1,两个都为0才为0.
^(支持交换律)   //按位异或 对应的2进制相同为0,相异为1.
注:他们的操作数必须是整数

2. 例子

• 按位与
  

• 注:获得a的某一2进制位(&1,或者右移再&1)
  

• 按位或
  

• 按位异或
  

练习

一道变态的面试题：
不能创建临时变量（第三个变量），实现两个数的交换。

五.赋值操作符

1. 内容

可以给自己的变量重新赋值。

2. 例子

int a = 10; //这是初始化,不是赋值
a = 20;  //这是赋值

//连续赋值
int a = 0;
int b = 1;
int c = 2;
a = b = c-1; //连续赋值 从左向右运行
//等价于
//b = c-1;
//a = b;  
//第二种写法更加清爽且易于调试(第一种一步跳过)

3. 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。

六.单目操作符(只有一个操作数)

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(即全部取反:符号位+数值位)
--          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

• 逻辑取反
  

• 取地址
  

• 操作数类型长度
  

• ~ 对一个数的二进制按位取反
  

• ++和–
• 口诀:
• 1. 前置++,先+1后使用
• 2. 后置++,想使用后+1

sizeof和数组

七.关系操作符

>
>=
<
<=
!=    用于测试"不相等"
==    用于测试"相等"

八.逻辑操作符

&&        逻辑与就是并且
||        逻辑或就是或者

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

九.条件操作符(C语言里唯一的三目操作符)

1. 内容

exp1?exp2:exp3

2. 例子:

• 找最大值

int a = 10;
int b = 20;
int MAX = 0;
MAX = a>b?a:b;
printf("%d",c);

十.逗号表达式

1. 内容

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

• 注意操作符优先值

2.例子

a = get_val();
count_val(a);
while (a > 0)
{
        //业务处理
        a = get_val();
        count_val(a);
}

如果使用逗号表达式，改写：
while (a = get_val(), count_val(a), a>0)
{
         //业务处理
}

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

2. ()函数调用操作符

• 接受一个或多个操作数:第一个操作数是函数名,剩余的操作数就是传给函数的参数

#include <stdio.h>
 void test1()
 {
 printf("hehe\n");
 }
 void test2(const char *str)
 {
 printf("%s\n", str);
 }
 int main()
 {
 test1();            //实用（）作为函数调用操作符。
 test2("hello bit.");//实用（）作为函数调用操作符。
 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

十二.表达式求值

1. 内容

• 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。

2.隐式类型转化

• 1. 整型提升(对于小于int大小的类型,如:char,short int)
• 2. 算数转化(针对大于或小于int大小的类型)

3.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。

示例:

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

//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

例子

• 所以输出的结果:c

//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;
}

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

4.算数转化

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.下面的操作体系称为寻常算数转换.

• 向上转换
• 如果某个操作数的类型在上面这个列表的排名较低,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:
  但是算数转换要合理,不然会有一些潜在问题.

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

5.操作符的属性

• 复杂操作符的求值有三个影响因素
• 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

一些表达问题

//表达式的求值部分由操作符的优先级决定的
//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。

所以表达式的计算顺序就可能是:

//表达式2
注释：同上，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。

//表达式3.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3在不同编译器中测试结果：非法表达式程序的结果各不相同

//代码4
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;
}

这个代码有问题！

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。

//代码5
#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，VS2013环境下都执行，看结果。

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。