【C语言】探讨蕴藏在表达式求解中的因素

纸上得来终觉浅， 绝知此事要躬行。
主页：June-Frost
专栏：C语言

该篇将探讨 操作符 和 类型转换 对表达式求解的影响。

隐式类型转换

 C的整型算术运算总是至少以缺省(默认)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。

整型提升规则：

整形提升是按照变量的数据类型的符号位来提升的。
如果是无符号的整形提升，那么高位补0。

为了更好的理解这样的概念，将举一个例子来解释：

#include
int main()
{
	char a = 5;
	char b = 127;
	char c = a + b;
	printf("%d\n", c);
	return 0;
}

• char a = 5;
  5是整型类型，32个bit，补码是00000000 00000000 00000000 00000101，将5存储到a中，a是有符号char类型，只有8个bit，所以要发生截断，将低位的 00000101 存储到a中。

• char b = 127
  同理，127的补码是 00000000 00000000 00000000 01111111 ，存储b时发生截断，所以将低位的 01111111 存储到b中。

• char c = a + b;
  这里的操作数 a 和 b 是字符类型，所以要发生整型提升。
  

• printf("%d\n", c);
  %d - 10进制的形式打印有符号的整数 , 而c是字符类型，所以再次发生整型提升。
  

由于这种转换是隐式的，也无法监控到，那如何证明确实有这样的转换呢？
1.

当判断 a == 0xb6 时，a会发生整型提升，由 10110110 变为 11111111 11111111 11111111 10110110 ， 本质上 0xb6 是个数值 ，可以看作 00000000 00000000 00000000 10110110 ，这自然是不同的,所以结果是假，b同理，但是c是整型，不需要整型提升，所以表达式 c==0xb6000000 的结果是真 。
2.

+c 和 -c 参与了表达式运算，发生了整型提升，转化为了普通整型。

通过以上两个例子可以看出，在表达式求解过程中，有着整型提升的参与。

整型提升有两个意义：
1.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。

2.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去执行算。

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当表达式中有char 和 short 时，需要整型提升，当表达式中没有这两个类型，只剩下别的类型时，就会有算术转换的参与。

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。

例如 ：int a = 0; float b = 5.5; 如果要执行 a + b , a 会在计算的时候临时转化为float类型，与 b 相加后得到一个 float 类型的结果。

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操作符的属性

复杂表达式的求值有3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？取决于他们的优先级。如果两者的优先级相同，取决于他们的结合性。

操作符属性表（优先级从上至下）

操作符	描述	用法示例	结果类型	结合性	是否控制求值顺序
（	聚组	（表达式）	与表达式同	N/A	否
（）	函数调用	rexp（rexp，…,rexp）	rexp	L-R	否
[ ]	下标引用	rexp[rexp]	lexp	L-R	否
.	访问结构成员	lexp.member_name	lexp	L-R	否
->	访问结构指针成员	rexp->member_name	lexp	L-R	否
++	后缀自增	lexp ++	rexp	L-R	否
–	后缀自减	lexp –	rexp	L-R	否
!	逻辑反	! rexp	rexp	R-L	否
+	单目，表示正值	+ rexp	rexp	R-L	否
-	单目 ，表示负值	- rexp	rexp	R-L	否
++	前缀自增	++ lexp	rexp	R-L	否
–	前缀自减	– lexp	rexp	R-L	否
*	间接访问	* rexp	lexp	R-L	否
&	取地址	& lexp	rexp	R-L	否
sizeof	取其长度 ， 以字节表示	sizeof rexp sizeof(类型)	rexp	R-L	否
(类型）	类型转换	(类型) rexp	rexp	R-L	否
*	乘法	rexp * rexp	rexp	L-R	否
/	除法	rexp / rexp	rexp	L-R	否
%	整数取余	rexp % rexp	rexp	L-R	否
+	加法	rexp + rexp	rexp	L-R	否
-	减法	rexp - rexp	rexp	L-R	否
<<	左移位	rexp << rexp	rexp	L-R	否
>>	右移位	rexp >> rexp	rexp	L-R	否
>	大于	rexp > rexp	rexp	L-R	否
>=	大于等于	rexp >= rexp	rexp	rexp	否
<	小于	rexp < rexp	rexp	L-R	否
<=	小于等于	rexp <= rexp	rexp	L-R	否
==	等于	rexp == rexp	rexp	L-R	否
!=	不等于	rexp != rexp	rexp	L-R	否
&	位与	rexp & rexp	rexp	L-R	否
^	位异或	rexp ^ rexp	rexp	L-R	否
I	位或	rexp	rexp	rexp	L-R
&&	逻辑与	rexp && rexp	rexp	L-R	是
II	逻辑或	rexp		rexp	rexp
? :	条件操作符	rexp? rexp : rexp	rexp	N/A	是
=	赋值	lexp = rexp	rexp	R-L	否
+=	以…加	lexp += rexp	rexp	R-L	否
-=	以…减	lexp -= rexp	rexp	R-L	否
*=	以…乘	lexp *= rexp	rexp	R-L	否
/=	以…除	lexp /= rexp	rexp	R-L	否
%=	以…取模	lexp %= rexp	rexp	R-L	否
<<=	以…左移	lexp <<= rexp	rexp	R-L	否
>>=	以…右移	lexp >>= rexp	rexp	R-L	否
&=	以…与	lexp &= rexp	rexp	R-L	否
^=	以…异或	lexp ^= rexp	rexp	R-L	否
I=	以…或	lexp I= rexp	rexp	R-L	否
,	逗号	rexp ， rexp	rexp	L-R	是

❗️但是就算操作符有这些属性，也不一定会使得表达式有着唯一的求解路径，例如：
例1：

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

两种求解路径：

例2：

int c = 3; 
c + --c;

这样的表达式有两种路径：

 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，所以结果是不可预测的，是有歧义的。

⚠警告：
 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。

❤️ 结语

 文章到这里就结束了，如果对你有帮助，你的点赞将会是我的最大动力，如果大家有什么问题或者不同的见解，欢迎大家的留言~