初识C语言-操作符详解

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1.操作符分类

算术操作符
位移操作符
位操作符
赋值操作符
单目操作符
关系操作符
逻辑操作符
条件操作符
逗号表达式
下标引用、函数调用和结构成员

2.算术操作符

+ - * / %

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

3.位移操作符

左移操作符 <<
右移操作符 >>

注：位移操作符的操作数只能是整数

3.1 左移操作符

移位规则：

左边抛弃、右边补0

3.2 右移操作符

移位规则：
首先右移运算分两种：

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

假设num为-1，-1在内存中以32个1存储：

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

4.位操作符

位操作符有：

&   //按位与
|   //按位或
^   //按位异或
注：他们的操作数必须是整数

练习一下：

#include 
int main()
{
 int num1 = 1;
 int num2 = 2;
 num1 & num2;
 num1 | num2;
 num1 ^ num2;
 return 0;
}

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。

#include 
int main()
{
 int a = 10;
 int b = 20;
 a = a^b;
 b = a^b;
 a = a^b;
 printf("a = %d b = %d\n", a, b);
 return 0;
}

练习：
编写代码实现：求一个整数存储在二进制中1的个数

参考代码：
//方法1
#include 
int main()
{
 int num  = 10;
  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;
}
//思考这样的实现方式有没有问题？
//方法2：
#include 
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;
}
//思考还能不能更加优化，这里必须循环32次的。
//方法3：
#include 
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;
}
//这种方式是不是很好？达到了优化的效果，但是难以想到。

5.赋值操作符

赋值操作符是一个很棒的操作符，他可以让你改变一个你之前不满意的值，也就是你可以给自己重新赋值。

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
这样的代码感觉怎么样？
那同样的语义，你看看：
x = y+1;
a = x;
这样的写法是不是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。

6.单目操作符

6.1 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
--          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

演示代码：

#include 
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));
 printf("%d\n", sizeof a);//这样写行不行？
 printf("%d\n", sizeof int);//这样写行不行？
 return 0;
}

关于sizeof其实我们之前已经见过了，可以求变量（类型）所占空间的大小。

6.2 sizeof和数组

#include 
void test1(int arr[])
{
 printf("%d\n", sizeof(arr));//(2)
}
void test2(char ch[])
{
 printf("%d\n", sizeof(ch));//(4)
}
int main()
{
 int arr[10] = {0};
 char ch[10] = {0};
 printf("%d\n", sizeof(arr));//(1)
 printf("%d\n", sizeof(ch));//(3)
 test1(arr);
 test2(ch);
 return 0;
}

问：
（1）、（2）两个地方分别输出多少？
（3）、（4）两个地方分别输出多少？

不知道就去运行一下吧！

//++和--运算符
//前置++和--
#include 
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;
    return 0;
}
//后置++和--
#include 
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；
    return 0;
}

7.关系操作符

关系操作符：

>
>=
<
<=
!=   用于测试“不相等”
==      用于测试“相等”

这些关系运算符比较简单，但是我们要注意一些运算符使用时候的陷阱。

警告：在编程的过程中==和=不小心写错，会导致严重的错误。

8.逻辑运算符

逻辑运算符有哪些：

&&    逻辑与
||    逻辑或

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

逻辑与和或的特点：
360笔试题：

#include 
int main()
{
    int i = 0,a=0,b=2,c =3,d=4;
    i = a++ && ++b && d++;
    //i = a++||++b||d++;
    printf("a = %d\n b = %d\n c = %d\nd = %d\n", a, b, c, d);
    return 0;
}
//程序输出的结果是什么？

9.条件操作符

exp1？exp2：exp3

练习：

1.
if (a > 5)
        b = 3;
else
        b = -3;
转换成条件表达式，是什么样？
2.使用条件表达式实现找两个数中较大值。
a>5?b=3:b=-3;

10.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。

//代码1
int a = 1;
int b = 2;
int c = (a>b, a=b+10, a, b=a+1);//逗号表达式
c是多少？
//代码2
if (a =b + 1, c=a / 2, d > 0)
//代码3
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
}

11.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。

#include 
 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 Language C.");//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

#include 
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;
}

12.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

12.1 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。

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8比特字节直接相加运算。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。

//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，然后再存储与a中。
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

//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

整型提升的例子：

//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要进行整型提升，但是c不需要整型提升
a，b整型提升之后，变成了负数，所以表达式a==0xb6,b==0xb600的结果都是假，但是c不发生整型提升，则表达式c==0xb6000000的结果是真

所以程序输出的结果是：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;
}

实例2中的c只要参与表达式运算，就会发生整型提升，所以sizeof（+c）是4个字节。
表达式-c也会发生整型提升，所以sizeof（-c）是4个字节，但是sizeof（c），就是1个字节。

12.2 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：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

12.3 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？取决于它们的优先级。如果两个优先级相同，取决于它们的结合性。
操作符优先级：

一些问题表达式

//表达式的求值部分由操作符的优先级决定。
//表达式1
a*b + c*d + e*f

注释：代码1在计算的时候，由于*比+的优先级搞，只能保证*计算比+计算早，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可能是：

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

//表达式2
c + --c;

注释：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。

//代码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

值    编译器
—128  Tandy 6000 Xenix 3.2
—95   Think C 5.02(Macintosh)
—86   IBM PowerPC AIX 3.2.5
—85   Sun Sparc cc(K&C编译器)
—63   gcc，HP_UX 9.0，Power C 2.0.0
4     Sun Sparc acc(K&C编译器)
21    Turbo C/C++ 4.5
22    FreeBSD 2.1 R
30    Dec Alpha OSF1 2.0
36    Dec VAX/VMS
42    Microsoft C 5.1

//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;
}

这个代码有没有实际的问题？
有问题！！！
虽然在大多数的编译器上求得的结果都是相同的。
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 
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。

Linux环境的结果：
10
4

vs2013环境的结果：
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，那么这个表达式就存在问题。