C语言操作符详解（下）

前言

在C语言操作符详解（上）中，已经详细系统的介绍了各种操作符及其使用场景。接下来，本文将逐步介绍编译器执行这些代码背后所做的事情、操作符优先级、结合性以及求值顺序!

1. 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。

2 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成普通整型(int)，这种转换称为整型提升。

2.1 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是难以直接实现两个8byte直接相加运算（虽然机器指令中可能有这两种字节相加指令）。所以，表达式中各种长度可能小于int长度的整型值，都必须转换为int和unsigned int，然后才能送入CPU去执行运算。

例子：

char a,b,c
...
c=a+b;

上述代码中,c的值如何得到呢？

1. b和c的值被提升为普通整型,然后在执行加法运算。
2. 加法运算完成之后，结果被截断，然后在存储在c中。

2.2 如何进行整型提升呢？

整型提升是按照变量的数据类型的符号位来提升的。

例子1：

//负数的整型提升
char c1=-1;
//变量c1的二进制位（补码）中只有8个比特位
11111111 — (-1的补码)
//因为char为有符号位char。所以整型提升的时候，高位补符号位，即为1
//提升之后的结果
11111111111111111111111111111111

//正数的整型提升
char c2=1;
//变量c1的二进制位（补码）中只有8个比特位
00000001 — （1的补码）
//因为char为有符号位char。所以整型提升的时候，高位补符号位，即为0
//提升之后的结果
00000000000000000000000000000001

例子2：

#include 
int main()
{
	char c1 = 5;
	//00000000000000000000000000000101
	//00000101 - c1 (截断)
	char c2 = 127;
	//00000000000000000000000001111111
	//01111111 - c2
	char c3 = c1 + c2;
	//00000000000000000000000000000101
	//00000000000000000000000001111111
	//00000000000000000000000010000100
	//10000100 - c3
	
	//%d - 10进制的形式打印有符号的整数
	//11111111111111111111111110000100 - 补码
	//11111111111111111111111110000011
	//10000000000000000000000001111100 --> -124
	printf("%d\n", c3);//结果为：-124
	return 0;
}

相关原码、补码和反码知识自行查看：C语言操作符详解（上）

2.3 两个实例说明运算过程中的确发生整型提升！

实例1：

int main()
{
	char a = 0xb6;//10110110
	short b = 0xb600;
	int c = 0xb6000000;

	if (a == 0xb6)//0xb6为无符号整型
		printf("a");
	if (b == 0xb600)
		printf("b");
	if (c == 0xb6000000)
		printf("c");
	return 0;
}

运行结果：

为什么只打印c,而不是abc同时打印呢？

1. 因为实例1中，ab要发生整型提升，但c不需要整型提升。
2. a,b整型提升之后，变成了负数，所以表达式a == 0xb6、b == 0xb600的结果为假，但c不发生整型提升，则表达式c == 0xb6000000的接过为真！

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;
}

运行结果：

• 实例2中，c只要参与表达式计算，就会发生整型提升，表达式+c，就会发生提升，所以sizeof(+c)是4byte。
  sizeof(-4)同理为4byte。

3. 算术转换

如果某个操作符的各个操作符属于不同的类型，那么除非其中一个操作数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。

下面所有类型都>=4byte，且发生向上算术转换！

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一个操作数的类型后执行计算

警告：

1. 但是算术转换要合理，要不然会有一些潜在的问题！！

例子：

float f=3.14
int num=f;//隐式转换，会有精度丢失

4. 操作符属性

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

两个相邻的操作数先执行那个？取决于它们的优先级。如果两者的优先级相同，取决于它们的结合性。

4.1 操作符优先级

4.2 操作符的结合性

相邻操作符优先级高的先算，低的后算。
但当相邻操作符的优先级相同的情况下，结合性起作用！

• 在上述表格中，在结合性一栏中标有L-R（结合性从左到右）、R-L（结合性从右到左）就是说明该操作符有结合性！

例子：

int main()
{
//右边都是+，优先级相同，所以考虑结合性。
//+的结合性为L-R（结合性从左到右）
//所以2和3先结合相加，得到的值在和5结合相加
int a=2+3+5;
return 0;
}

4.3 是否控制求值顺序

在观察上面图表中，对于绝大部分操作符是否控制求值顺序，答案是否。只有&&、||、？：、，四个。

• 在上面四个操作符都有一个明显的特定:以&&为例（&&左边如果为假，右边表达式就不执行），其它3个同理，在一定程度上会影响求值顺序！

4.4 是否明确表达式唯一求值顺序？

在我们知道了操作符的优先级、结合性和是否控制求值顺序之后，是不是就可以确定一个表达式具体的位移求值顺序呢？
很遗憾，答案是否定的。

一些有问题的代码：
代码1：

sum=a*b+c*d+e*f;

在代码1计算过程中，由于 * 比+的优先级高，只能保证 * 的计算比+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：

方式1：                        方式2：
a*b									a*b
c*d									c*d
a*b+c*d								e*f
e*f									a*b+c*d
a*b+c*d+e*f							a*b+c*d+e*f

可能有人会问，上述两种途径最后结果不是都一样吗？
我们将格局放大。如果（a、b、c、d、e、f）每一个变量都想象成一个表达式，且每一个表达式中含有相同的变量，那么两种计算方式将导致结果差异！！

代码2：

c + --c;

• 同上，操作符的优先级只能决定自减–的运算在+的运算前面，但我们并没有办法的知，+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，有歧义！！

代码3：

int fun()
{
	static int count = 1;
	return ++count;
}

int main()
{
	int answer;
	answer = fun() - fun() * fun();
	printf("%d\n", answer);
	return 0;
}

再来看看这个代码有没有实际问题？

有问题！

虽然在大多数的编译器上求得结果都是相同的。
当上述代码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。
函数调用先后顺序无法通过操作符的优先级确定

5. 结尾

本篇文章到此就完美结束了。希望能够读者构建起C语言操作符的框架，同时简单理解在运算后面编译器要做的一些事情，能帮读者知道运算结果的过程！
创作不易，如果对你有帮助，记得点赞加关注哦！感谢您的支持！！
C语言操作符详解（上）