C语言：操作符和表达式

目录

操作符和表达式

1.各种操作符的使用和特点

a.%操作符能作用于浮点数吗？

b.位操作符都有哪些？

c.移位操作符可以移动负数吗？

d.异或操作符是怎么计算的？

e.列举几个单目操作符

f. ！和 ~ 这两个操作符有什么区别？

g. & 和 && 有什么区别？

h. | 和 || 有什么区别？

2.操作符的优先级和结合性

操作符的优先级和结合性是怎么使用的呢？

 3.类型转换

a.整型提升

--什么是整型提升？

--如何进行整型提升？

b.算数转换

什么是算数转换？

c.强制类型转换

4.表达式的求值

a.C语言中有唯一的计算结果吗？

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板块：

• 各操作符的使用和特点
• 操作符的优先级和结合性
• 类型转换
• 表达式的求值

提问：

• %(取余)操作符能作用于浮点数吗？
• 位操作符有哪些？
• 移位操作符可以移动负数位吗？
• 异或操作符是怎么计算的？
• 列举几个单目操作符
• ！和 ~ 这两个操作符有什么区别？
• & 和 && 这两个操作符有什么区别？
• | 和 || 有什么区别？

• 操作符优先级和结合性怎么使用？

• 整型提升是什么？
• 如何整型提升？
• 什么是算数转换？
• 强制类型转换

• C语言中有唯一的计算结果吗？

操作符和表达式

1.各种操作符的使用和特点

a.%操作符能作用于浮点数吗？

   % 操作符（取模操作符）不能直接用于浮点数。该操作符用于取两个整数的模（余数），而不是浮点数。

b.位操作符都有哪些？

       C 语言中的位操作符用于对整数的二进制位进行操作。不能作用浮点数。

        

        1.按位与（AND）：&

• 对两个操作数的对应位执行逻辑与操作，只有当两个位都为 1 时，结果位才为 1。

       2.按位或（OR）：|

• 对两个操作数的对应位执行逻辑或操作，只要两个位中有一个为 1，结果位就为 1。

       3.按位异或（XOR）：^

• 对两个操作数的对应位执行逻辑异或操作，只有当两个位不相同时，结果位才为 1。

       4. 按位取反（NOT）：~

• 对操作数的每个位执行逻辑取反操作，即 0 变为 1，1 变为 0。

       5. 左移（左位移）：<<

• 将一个操作数的所有位向左移动指定的位数。左侧空出的位用零填充。

       6.右移（右位移）：>>

• 将一个操作数的所有位向右移动指定的位数。（逻辑位移）对于无符号数，右侧空出的位用零填充；对于有符号数，右侧空出的位用符号位填充（算符位移）。

c.移位操作符可以移动负数吗？

        移位操作符可以用于移动有符号整数（负数），但是移位的结果可能与你期望的不同，对有符号整数，右移会补充它的符号位，造成结果不同。

  例如，假设使用的是有符号的 signed int 数据类型，-5 的二进制表示为（负数补码表示）

           10000000000000000000000000000101（原码）

    11111111111111111111111111111010（反码）原码去反

           11111111111111111111111111111011（补码）反码+1

           如果对它进行右移操作 result = -5 >> 2;，结果将是 -2，即二进制表示                               11111111111111111111111111111110。右移操作会将符号位扩展到右侧。

        对于左移（<<）操作符，对于有符号整数，左移操作的行为是未定义的，这是因为左移可能导致有符号整数的溢出。因此，在处理有符号整数时，应格外小心使用左移操作符。

        在使用移位操作符时，使用无符号整数类型进行移位操作，以确保得到预期的结果。

d.异或操作符是怎么计算的？

异或操作的规则如下：同0异1

• 如果两个操作数的对应位都是相同的（都为 0 或都为 1），则结果位为 0。
• 如果两个操作数的对应位不同（一个为 0，另一个为 1），则结果位为 1。

示例：

A = 10101010
B = 11001100

A ^ B = 01100110

异或操作符满足规律：

• 结合律：对于任意三个数 A、B 和 C，异或操作符满足结合律。即 (A ^ B) ^ C 等于 A ^ (B ^ C)。这意味着在进行多个异或操作时，可以按任意顺序进行括号分组，结果是相同的。
• 交换律：对于任意两个数 A 和 B，异或操作符满足交换律。即 A ^ B 等于 B ^ A。这意味着异或操作可以改变操作数的顺序，结果不受影响。
• 零元素：对于任意数 A，与零进行异或操作的结果为 A 本身，即 A ^ 0 = A。
• 自反性：对于任意数 A，与自身进行异或操作的结果为零，即 A ^ A = 0。这是因为在异或操作中，相同的位会得到零

异或操作在计算机中有很多应用，例如：

• 交换两个变量的值，可以使用异或操作，而不需要额外的临时变量。
• 判断两个二进制数中有多少位不同。
• 实现简单的加密算法和错误检测。

e.列举几个单目操作符

!	逻辑反操作
-	负值
+	正值
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
&	取地址

f. ！和 ~ 这两个操作符有什么区别？

逻辑非操作符 !：

• ! 是逻辑非操作符，用于对布尔值进行逻辑取反操作。它将一个布尔表达式或值转换为相反的逻辑值。如果操作数为真（非零），则取反后为假（0）；如果操作数为假（0），则取反后为真（非零）。

示例：

int x = 5;
if (!x) {
    // 如果 x 的值为 0，则执行此代码块
}

按位取反操作符 ~：

• ~ 是按位取反操作符，用于对整数的每个位执行逻辑取反操作。它将一个整数的每个二进制位从 0 变为 1，从 1 变为 0。按位取反操作符 ~ 只能用于整数类型（包括有符号整数和无符号整数）。

示例：

int x = 5;
int result = ~x;

在上面的示例中，~x 将 x 的位取反，并将结果赋值给 result。

如果 x 的二进制表示为 00000000 00000000 00000000 00000101，

 则 ~x 的二进制表示为 11111111 11111111 11111111 11111010。

总结：! 是逻辑非操作符，用于对布尔值进行逻辑取反操作，而 ~ 是按位取反操作符，用于对整数的每个位进行逻辑取反操作。

g. & 和 && 有什么区别？

逻辑与操作符 &&：

• && 是逻辑与操作符，用于对两个布尔表达式或值进行逻辑与运算。它要求两个操作数都为真（非零）时，结果为真（非零），否则为假（0）。&& 操作符用于布尔类型的操作数。

示例：

int a = 5;
int b = 3;
if (a > 0 && b > 0) {
    // 如果 a 和 b 的值都大于 0，则执行此代码块
}

位与操作符 &：

• & 是位与操作符，用于对两个操作数的对应位执行逻辑与操作。它将两个操作数的对应位进行逻辑与运算，只有当两个位都为 1 时，结果位才为 1，否则为 0。& 操作符可以用于整数类型（包括有符号整数和无符号整数）。

示例：

int a = 5;   // 二进制：00000000 00000000 00000000 00000101
int b = 3;   // 二进制：00000000 00000000 00000000 00000011
int result = a & b;  // 二进制结果：00000000 00000000 00000000 00000001，十进制结果：1

总结：& 是位与操作符，用于对两个整数的对应位执行逻辑与操作，而 && 是逻辑与操作符，用于对两个布尔表达式或值进行逻辑与操作。它们在功能和使用场景上有明显的区别。

h. | 和 || 有什么区别？

逻辑或操作符 ||：

• || 是逻辑或操作符，用于对两个布尔表达式或值进行逻辑或运算。它要求至少一个操作数为真（非零）时，结果为真（非零），否则为假（0）。|| 操作符用于布尔类型的操作数。

示例：

int a = 5;
int b = 3;
if (a > 0 || b > 0) {
    // 如果 a 和 b 的值中至少有一个大于 0，则执行此代码块
}

位或操作符 |：

• | 是位或操作符，用于对两个操作数的对应位执行逻辑或操作。它将两个操作数的对应位进行逻辑或运算，只要其中一个位为 1，结果位就为 1，否则为 0。| 操作符可以用于整数类型（包括有符号整数和无符号整数）。

示例：

int a = 5;   // 二进制：00000000 00000000 00000000 00000101
int b = 3;   // 二进制：00000000 00000000 00000000 00000011
int result = a | b;  // 二进制结果：00000000 00000000 00000000 00000111，十进制结果：7

总结：| 是位或操作符，用于对两个整数的对应位执行逻辑或操作，而 || 是逻辑或操作符，用于对两个布尔表达式或值进行逻辑或操作。它们在功能和使用场景上有明显的区别。

2.操作符的优先级和结合性

操作符的优先级和结合性是怎么使用的呢？

 3.类型转换

a.整型提升

--什么是整型提升？

        整型提升是指在某些表达式中，较小的整数类型被自动转换为较大的整数类型的过程。这种自动类型转换是为了保证表达式中的操作数类型一致，以便进行正确的运算。

--如何进行整型提升？

• 整形提升是按照变量的数据类型的符号位来提升的

        整型提升是在表达式求值期间自动执行的，开发人员不需要显式地编写类型转换代码。它确保了在表达式中不同类型的操作数能够以一致的方式进行计算，避免了类型不匹配导致的错误。

        示列：

short a = 10;
int b = 20;
int result = a + b;

        在上述示例中，变量 a 的类型为 short，变量 b 的类型为 char。在表达式 a + b 中，b 的类型会被提升为 int，以保证 a 和 b 的类型一致进行相加操作。

        整型提升是在特定的上下文中发生的，例如算术运算、比较操作、位操作等。在其他情况下，例如赋值操作，整型提升可能不会发生。

        //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

b.算数转换

什么是算数转换？

        算术转换：也称为数值提升，是指在表达式中进行运算时，将不同类型的操作数自动转换为一个公共类型的过程。

        

        算术转换的规则如下：低向高转换

• 如果两个操作数具有相同的类型（如两个 int 类型的操作数），则无需转换。
• 如果一个操作数的类型为 long double，则另一个操作数会被转换为 long double。
• 如果一个操作数的类型为 double，则另一个操作数会被转换为 double。
• 如果一个操作数的类型为 float，则另一个操作数会被转换为 float。
• 如果一个操作数的类型为整数类型（如 char、short、int），而另一个操作数为浮点类型（如 float、double），则整数类型会被转换为浮点类型。
• 如果一个操作数的类型为有符号整数类型（如 int），而另一个操作数为无符号整数类型（如 unsigned int），则有符号整数会被转换为无符号整数。
• 如果两个操作数的类型为整数类型，但它们的宽度不同（如 int 和 long），则较小的整数类型会被转换为较大的整数类型。

c.强制类型转换

        强制类型转换：是一种显式地将一个数据类型转换为另一个数据类型的操作。它允许程序员手动指定需要进行的类型转换，以满足特定的需求。

        语法：

        

(type) expression

        其中，type 表示要转换的目标类型，而 expression 则是需要进行类型转换的表达式或变量。

4.表达式的求值

a.C语言中有唯一的计算结果吗？

        在 C 语言中，计算结果通常是确定的，即给定相同的输入和操作，同一个表达式的计算结果应该是唯一的。这是因为 C 语言是一种确定性的编程语言，按照语言规范定义了各种运算符和操作的行为。

        例如，对于简单的算术运算符（如加法、减法、乘法、除法等）和位运算符（如按位与、按位或、异或等），给定相同的操作数，计算结果是确定的，并且每次运算都会得到相同的结果。

        然而，需要注意的是，在一些特定情况下，C 语言中的一些操作可能会产生未定义的行为。例如：

• 除以零：在 C 语言中，除法运算符 / 用于执行除法操作。当除数为零时，这将导致未定义的行为，因为在数学中除以零是没有定义的。

• 溢出：如果计算结果超过了某个类型所能表示的范围，会发生溢出。溢出会导致未定义的行为，因为 C 语言规范没有明确定义溢出的结果。

        此外，还有一些特殊情况需要注意，如浮点数的舍入误差和计算顺序的影响。在进行浮点数计算时，由于浮点数的内部表示方式和精度限制，可能会产生舍入误差，导致微小的差异。此外，C 语言规定了一些运算符的计算顺序，但对于不同的表达式，编译器可能会对其进行优化和重排，从而影响计算的顺序。

       总结：大部分情况下，C 语言中的计算结果是确定的和可预测的。但在某些特殊情况下，特别是涉及未定义行为的情况下，计算结果是不确定的，