C语言基础内容（三）——第03章_运算符与流程控制

第03章_运算符与流程控制

本章专题脉络

1. 运算符（Operator）

运算符是一种特殊的符号，用以表示数据的运算、赋值和比较等。

运算符的分类：

• 按照功能分为：算术运算符、赋值运算符、比较(或关系)运算符、逻辑运算符、位运算符、条件运算符、sizeof运算符

分类	运算符
算术运算符	+、-、+、-、*、/、%、++、–
赋值运算符	=、+=、-=、*=、/=、%=等
比较(或关系)运算符	>、>=、<、<=、==、!=
逻辑运算符	&&、||、!
位运算符	&、|、^、~、<<、>>
条件运算符	(条件表达式)?结果1:结果2
sizeof运算符	sizeof()

• 按照操作数个数分为：一元运算符（单目运算符）、二元运算符（双目运算符）、三元运算符 （三目运算符）

分类	运算符
一元运算符（单目运算符）	正号（+）、负号（-）、++、–、!、~
二元运算符（双目运算符）	除了一元和三元运算符剩下的都是二元运算符
三元运算符 （三目运算符）	(条件表达式)?结果1:结果2

1.1 算术运算符

算术运算符专门用于算术运算，主要有下面几种。
举例1：

float x = 6 / 4;
printf("%f\n", x); // 输出 1.000000

float x = 6.0 / 4; // 或者写成 6 / 4.0
printf("%f\n", x); // 输出 1.500000

举例2：%，运算结果的符号与被模数相同

int x1 = 6 % 4; // 2
int x2 = -6 % 4; // -2
int x3 = 6 % -4; // 2
int x4 = -6 % -4; // -2

举例3：自加自减运算

理解：++ 运算，表示自增1。同理，-- 运算，表示自减1，用法与++ 一致。

1、单独使用

• 变量在单独运算的时候，变量前++和变量后++，是没有区别的。
• 变量前++ ：例如 ++a 。
• 变量后++ ：例如 a++ 。

2、复合使用

• 和其他变量放在一起使用或者和输出语句放在一起使用，前++和后++就产生了不同。
• 变量前++ ：变量先自增1，然后再运算。
• 变量后++ ：变量先运算，然后再自增1。

int main() {
   
    // 其他变量放在一起使用
    int x = 3;
    //int y = ++x; // y的值是4，x的值是4，
    int y = x++; // y的值是3，x的值是4

    printf("%d\n",x);
    printf("%d\n",y);
    printf("==========\n");

    // 和输出语句一起
    int z = 5;
    //printf("%d\n",++z);// 输出结果是6，z的值也是6
    printf("%d\n",z++);// 输出结果是5，z的值是6
    printf("%d\n",z);

    return 0;
}

与此对应的：

• 变量前-- ：变量先自减1，然后再运算。
• 变量后-- ：变量先运算，然后再自减1。

1.2 赋值运算符

• 符号 =
  • 当“=”两侧数据类型不一致时，可以使用自动类型转换或使用强制类型转换原则进行处理。
  • 支持连续赋值。
• 扩展赋值运算符： +=、 -=、*=、 /=、%=

运算符	名称	实例	展开形式
+=	复合加赋值	a+=b	a=a+b
-=	复合减赋值	a-=b	a=a-b
*=	复合乘赋值	a*=b	a=a*b
/=	复合除赋值	a/=b	a=a/b
%=	复合模赋值	a%=b	a=a%b

1.3 比较运算符(或关系运算符)

常用的比较运算符：

关系运算符	含义	举例
>	大于	num > 10
>=	大于等于	num >= 10
<	小于	num < 10
<=	小于等于	num <= 10
==	等于	num == 10
!=	不等于	num != 10

• 比较运算的结果只有两个取值，要么是真(非0 表示，默认使用1)，要么是假(0 表示)。
  • 比如， 20 > 12 返回 1 ， 12 > 20 返回 0 。
• 比较运算符“==”不能误写成“=”

举例：多个关系运算符不宜连用。

i < j < k   //期望判断j是否大于i，且小于k

这是合法表达式，不会报错，但是通常达不到想要的结果，即不是保证变量 j 的值在 i 和 k 之间。比如：

//i < j < k
int j = 10;
if(15 < j < 20){
   
    printf("j大于15,且小于20"); //输出此语句
}else{
   
    printf("j不在15到20之间");
}

因为关系运算符是从左到右计算，所以实际执行的是：

(i < j) < k; //i < j 返回 0 或 1 ，所以最终是 0 或 1 与变量 k 进行比较

期望的效果应该写为：

//i < j < k
int j = 10;
if(15 < j && j < 20){
   
    printf("j大于15,且小于20"); 
}else{
   
    printf("j不在15到20之间"); //输出此语句
}

1.4 逻辑运算符

主要有下面三个运算符：

逻辑运算符	描述	功能	举例
&&	与运算符	两个条件都要满足	num1 >= 10 && num2 >= 20
||	或运算符	两个条件只需满足其一	num1 >= 10 || num2 >= 20
!	非运算符	否定条件	!(num1 >= 10)（等价于 num1 < 10）

逻辑运算符提供逻辑判断功能，用于构建更复杂的表达式。

举例：

a	b	a && b	a || b	!a
1（真）	1（真）	1（真）	1（真）	0（假）
1（真）	0（假）	0（假）	1（真）	0（假）
0（假）	1（真）	0（假）	1（真）	1（真）
0（假）	0（假）	0（假）	0（假）	1（真）

对于逻辑运算符来说，任何非零值都表示真，零值表示伪。比如， 5 || 0 会返回 1 ， 5 && 0 会返回0 。

举例1：短路现象

• &&：a && b
  • 当 a 为假(或0)时，因为a && b 结果必定为 0，所以不再执行表达式 b
  • 当 a 为真(非0)时，因为a && b 结果不确定，所以会继续求解表达式b

int i = 0;
int j = 10;
if(i && j++ > 0){
   
    printf("床前明月光");
}else{
   
    printf("我叫郭德纲");
}

printf("%d\n",j); //10

• || ：a || b
  • 当 a 为真(非0)时，因为a || b 结果必定为 1，所以不再执行表达式 b
  • 当 a 为假(或0)时，因为a || b 结果不确定，所以会继续求解表达式b

int i = 1;
int j = 10;
if(i || j++ > 0){
   
    printf("床前明月光");
}else{
   
    printf("我叫郭德纲");
}

printf("%d\n",j); //10

1.5 位运算符

• C 语言提供一些位运算符，用来操作二进制位（bit）。
• 位运算符的运算过程都是基于二进制的补码运算。

运算符	描述	运算规则
<<	二进制左移	将一个数的各二进制位全部左移指定的位数，左边的二进制位丢弃，右边补0。
>>	二进制右移	将一个数的各二进制位全部右移指定的位数，正数左补0，负数左补1，右边丢弃。
&	按位与	两个二进制位都为 1，结果为1，否则为0。
|	按位或	两个二进制位只要有一个为1（包含两个都为 1 的情况），结果为1，否则为0。
^	按位异或	两个二进制位一个为0，一个为1，结果为1，否则为0。
~	按位取反	将每一个二进制位变成相反值，即 0 变成 1 ， 1 变成 0 。

• 结合赋值运算符的经验，这里有：<<= 、 >>= 、 &= 、 ^= 等

举例1：

（1）左移：<<

运算规则：在一定范围内，数据每向左移动一位，相当于原数据*2。（正数、负数都适用）

【注意】当左移的位数n超过该数据类型的总位数时，相当于左移（n-总位数）位

3<<4  类似于  3*2的4次幂 => 3*16 => 48

-3<<4  类似于  -3*2的4次幂 => -3*16 => -48

（2）右移：>>

运算规则：在一定范围内，数据每向右移动一位，相当于原数据/2。（正数、负数都适用）

【注意】

1、如果不能整除，向下取整。

2、右移运算符最好只用于无符号整数，不要用于负数。因为不同系统对于右移后如何处理负数的符号位，有不同的做法，可能会得到不一样的结果。

69>>4  类似于  69/2的4次幂 = 69/16 =4

-69>>4  类似于  -69/2的4次幂 = -69/16 = -5

练习：高效的方式计算2 * 8的值（经典面试题）

答案：2 << 3 、  8  << 1

举例2：

（1）按位与：&

运算规则：对应位都是1才为1，否则为0。

• 1 & 1 结果为1
• 1 & 0 结果为0
• 0 & 1 结果为0
• 0 & 0 结果为0

9 & 7 = 1

-9 & 7 = 7

（2）按位或：|

运算规则：对应位只要有1即为1，否则为0。

• 1 | 1 结果为1
• 1 | 0 结果为1
• 0 | 1 结果为1
• 0 & 0 结果为0

9 | 7  //结果： 15

-9 | 7 //结果： -9

（3）按位异或：^

运算规则：对应位一个为1一个为0，才为1，否则为0。

• 1 ^ 1 结果为0
• 1 ^ 0 结果为1
• 0 ^ 1 结果为1
• 0 ^ 0 结果为0

9 ^ 7  //结果为14

-9 ^ 7 //结果为-16

（4）按位取反：~

运算规则：对应位为1，则结果为0；对应位为0，则结果为1。

• ~0就是1
• ~1就是0

~9  //结果：-10

~-9  //结果：8

练习：特定位清零

技巧：待清零的位与0，其它位与1

示例：设字符型 x 的当前值为 53，将其最低两位清 0，其余位保持不变

分析：与二进制的0b11111100数值求&运算即可。

int main() {
   
    char x = 53; // 0b00110101
    x = x & 252; // 0b11111100
    printf("%d", x); //0b00110100
    return 0;
}

举例：判断特定位是否为零

技巧：待判定位与 1，其它位与 0；判与运算结果是否为 0

示例：设字符型 x 的当前值为 53，判定其最高位是否为 0

分析：与二进制的0b10000000求&运算，若结果为 0，则最高位为 0，否则为 1

int main() {
   
    char x