C语言系统化精讲（三）： 运算符与表达式

说到减肥就要运动，看似简单的运动也是能消耗热量的，那么本文的示例就来实现用行走的步数来计算消耗的热量值，具体代码如下所示：

从代码中可以看到，代码中的 int,printf,scanf 等函数，大家已经了解了，可能唯一看不懂的就是橙色框中的代码――运算符表达式，简单来说，它就是用来计算的，在数学中有各种运算符，例如：加、减、乘、除、大于等等。在C语言中也会用到各种运算符来计算数据。本文就来详细讲解C语言中用到的运算符。

一、运算符与表达式

在C语言中，程序需要大量的运算，就必须利用表达式和运算符操纵数据，用来表示各种不同运算的符号称为运算符，而运算符和操作数组成的式子称为表达式。

1.1 运算符

在数学中，总会用到加、减、乘、除这四则运算，用符号表示分别是 +,-,*,÷ 同样，在C语言中也有加各种各样的运算符。例如，C语言中也有 加(+),减(-),乘(*),除(/)， 当然除了这些运算符，还有其他运算符，如下表所示：

1.2 表达式

看到 表达式 就会不由自主地想到数学表达式，数学表达式是由数字、运算符和括号等组成，如下图所示：

数学表达式在数学当中是至关重要的，那么表达式在C语言中也同样重要，它是C语言的主体。在C语言中，表达式由操作符和操作数组成。根据表达式所含操作符的个数，可以把表达式分为简单表达式和复杂表达式两种，简单表达式是只含有一个操作符的表达式，而复杂表达式是包含两个或两个以上操作符的表达式，例如：

5+20;// 简单表达式
(iNumber+3)*Bate-2;// 复杂表达式

表达式本身什么事情也不做，只是返回结果值。在程序对返回的结果值不进行任何操作的情况下，返回的结果值不起任何作用。例如上面两行代码，这两个表达式只能得出结果，在表达式的左边没有常量和变量，那么，这个表达式得出的结果就不会被输出使用。表达式产生作用主要包括两种情况：

① 放在赋值语句的右侧
② 放在函数的参数中

表达式返回的结果值是有类型的。表结果值的数据类型取决于组成表达式的变量和常量的类型。

ps: 每个表达式的返回值都具有逻辑特性。如果返回值是非零的，那么该表达式返回真值，否则返回假值。通过这个特点，可以将表达式放在用于控制程序流程的语句中，这样就构建了条件表达式。

二、赋值运算符与赋值表达式

在开篇示例中，代码的第08行，使用了 = 这个运算符，

在数学中，它的含义是 等于，而在C语言中，与数学中的含义不同，它有另外的含义――赋值。 本小节就来介绍 = 在C语言的意义。

2.1 赋值运算符

在C语言中，= 就是赋值运算符，作用就是将一个数值赋给一个变量，如下图所示：

就像男孩给女孩礼物一样，女孩就相当于变量，男孩相当于赋值运算符，而礼物就相当于值。

2.2 赋值表达式

赋值表达式就是为变量赋值。在声明变量时，可以为其赋一个值，就是将一个常数或者一个表达式的结果赋值给一个变量，变量中保存的内容就是这个常量或者赋值语句中表达式的值。这就是为变量赋值。为变量赋值为常数的一般形式如下：

数据类型 变量名 = 常数; //举例:
char cChar = 'Z';
int iFirst = 1314;
float fPlace= 1314.520f;

赋值语句把一个表达式的结果值赋给一个变量。一般形式如下：

类型 变量名 = 表达式; //举例:float fPrice=fBase+Day*3;

这句代码得到赋值的变量 fPrice 称为左值，因为它出现的位置在赋值语句的左侧。产生值的表达式称为右值，因为它出现的位置在表达式的右侧。

注意： 这是一个重要的区别，并不是所有的表达式都可以作为左值，如常数只可以作为右值。

三、算术运算符与算术表达式

生活中，常常会遇到各种各样的计算，例如下图所示，某超市老板每天需要计算本日的销售金额，他就会将每种产品的销售额相加，来计算本日的总销售额，而此处的 相加 即为数学运算符的 +，+ 在C语言中称为算术运算符。

除上图所示的 +，在开篇示例中，我们可以看到使用了 *，它也是运算符之一，那么，在C语言中除了这两种运算符，还有其他运算符吗？其实，C语言中有两个单目算术运算符、5个双目算术运算符。下面详细进行介绍。

3.1 算术运算符

算术运算符包括两个单目运算符(正和负)，五个双目运算符，即乘法、除法、取模、加法和减法。具体符号和对应的功能如下表所示：

在上表中，取模运算符 % 用于计算两个整数相除得到的余数，并且取模运算符的两侧均为整数，如 7%4 的结果是3。其中的单目正运算符是冗余的，也就是为了与单目负运算符构成一对而存在的。单目正运算符不会改变任何数值，例如，不会将一个负值表达式改为正。

注意： 运算符 - 可作为减法运算符，此时为双目运算符。- 也可作负值运算符，此时为单目运算，如 -5 等；运算符 + 也是如此，当 + 作为加法运算符时，它为双目运算符，为正值运算符时，它为单目运算符。

3.2 算术表达式

如果在表达式中使用的是算术运算符，则将表达式称为算术表达式。下面是一些算术表达式的例子，其中使用的运算符就是之前所列出的算术运算符，代码如下：

Number=(3+5)/Rate;
Height=Top-Bottom+1;
Area=Height * Width;

需要说明的是，两个整数相除的结果为整数，如 7/4 的结果为1，舍去的是小数部分。但是，如果其中的一个数是负数时会出现什么情况呢？此时机器会采取 向零取整 的方法，即为 -1.75，取正后是1.75，取整之后是1或者2，采用向0靠拢，那么就要取1，最后结果则为-1。这种方法也称为 向零去尾，把小数点后的尾去掉 。

注意：如果用 +,-,*,/ 运算的两个数中有一个为实数，那么结果是 double 型，这是因为所有实数都按 double 型进行运算。实数的定义：

对取余运算的补充说明： 取余，也就是求余数，使用的运算符是 %。C语言中的取余运算只能针对整数，也就是说，% 的两边都必须是整数，不能出现小数，否则编译器会报错。另外，余数可以是正数也可以是负数，由 % 左边的整数决定：

1. 如果 % 左边是正数，那么余数也是正数；
2. 如果 % 左边是负数，那么余数也是负数。

示例：

#include 
int main() {
  printf(
      "100%%12=%d \n100%%-12=%d \n-100%%12=%d \n-100%%-12=%d \n",
      100 % 12, 100 % -12, -100 % 12, -100 % -12
  );
  return 0;
}

程序运行结果如下图所示：

3.3 自增/自减运算符

在C语言中还有两个特殊的运算符，即自增运算符 ++ 和自减运算符 --， 就像公交车的乘客数量，每上来一位乘客，乘客的数量就会增加一个，此时的乘客数量就可以使用自增运算符，而自增运算符的作用就是使变量值增加1。同样，自减运算符的作用就是使变量值减少1，例如，客车的座位，每上来一位乘客，客车的座位就会减少一个，此时座位这个变量就可以使用自减运算符。

注意：在表达式内部，作为运算的一部分，两者的用法可能有所不同。如果运算符放在变量前面，那么变量在参加表达式运算之前完成自增或者自减运算；如果运算符放在变量后面，那么变量的自增或者自减运算在变量参加了表达式运算之后完成，如下图所示：

常见错误：自加自减是单目运算符，因此表达式和常量不可以进行自加自减，例如：5++ 和 (a+5)++ 都是不合法的。

自增和自减的示例1：

/*================================================================
*   Copyright (C) 2023 AmoXiang All rights reserved.
*   
*   文件名称：05-test.c
*   创 建 者：AmoXiang
*   创建日期：2023年10月11日 16:56:39
*   描    述：
*
================================================================*/


#include 
#include 
int main() {
  int a = 10, b = 20;
  printf("a=%d, b=%d\n", a, b); // a=10, b=20
  ++a; //11
  --b; //19
  printf("a=%d, b=%d\n", a, b);// a=11, b=19
  a++;//12
  b--;//18
  printf("a=%d, b=%d\n", a, b);// a=12, b=18
  return 0;
}

程序运行结果如下图所示：

自增和自减的示例2：

/*================================================================
*   Copyright (C) 2023 AmoXiang All rights reserved.
*   
*   文件名称：05-test.c
*   创 建 者：AmoXiang
*   创建日期：2023年10月11日 16:56:39
*   描    述：
*
================================================================*/


#include 
int main() {
  int a = 10, b = 20, c = 30, d = 40;
  int a1 = ++a, b1 = b++, c1 = --c, d1 = d--;

  // ++a先自增 后参与运算 故a=11,a1=11
  printf("a=%d, a1=%d\n", a, a1);
  //b++先参与运算 后自增 故b=21,b1=20
  printf("b=%d, b1=%d\n", b, b1);
  //下面同理
  printf("c=%d, c1=%d\n", c, c1);//29 29
  printf("d=%d, d1=%d\n", d, d1);//39 40
  return 0;
}

程序运行结果如下图所示：

自增和自减的示例3：

/*================================================================
*   Copyright (C) 2023 AmoXiang All rights reserved.
*   
*   文件名称：05-test.c
*   创 建 者：AmoXiang
*   创建日期：2023年10月11日 16:56:39
*   描    述：
*
================================================================*/


#include 
int main() {
  int a = 12, b = 1;
  // 12 - 1 ==> c = 11, b = 0
  int c = a - (b--);  // ①
  // 13 - (-1) == > 14
  int d = (++a) - (--b);  // ②
  printf("c=%d, d=%d\n", c, d);
  return 0;
}

程序运行结果如下图所示：

四、关系运算符与关系表达式

在数学中，经常会比较两个数的大小。例如，如下图所示，爸爸的身高是1.80米，儿子的身高是1.20米，很明显，爸爸的身高比儿子的身高要高。这句话中，隐含的意思用到了比较，那么这个比较就是关系运算符的一种，在C语言中，关系运算符的作用就是判断两个操作数的大小关系。

4.1 关系运算符

关系运算符包括大于、大于等于、小于、小于等于、等于和不等于，如下表所示：

注意： 符号 >=(大于等于) 与 <=(小于等于) 的意思分别是大于或等于、小于或等于。

4.2 关系表达式

关系运算符用于对两个表达式的值进行比较，返回一个真值或者假值。返回真值还是假值取决于表达式中的值和所用的运算符。其中真值为1，假值为0，真值表示指定的关系成立，假值则表示指定的关系不正确。例如：

18>3 /*因为18大于3，所以该关系成立，表达式的结果为真值 即为1*/
18>=3/*因为18大于3，所以该关系成立，表达式的结果为真值 即为1*/
18<3 /*因为18大于3，所以该关系不成立，表达式的结果为假值 即为0*/
18<=3 /*因为18大于3，所以该关系不成立，表达式的结果为假值 即为0*/
18==3 /*因为18不等于3，所以该关系不成立，表达式的结果为假值 即为0*/
18!=3 /*因为18不等于3，所以该关系成立，表达式的结果为真值 即为1*/

关系运算符通常用来构造条件表达式，用在控制程序的流程语句中，如 if 语句是用于判断条件而执行语句块，在其中使用关系表达式作为判断条件，如果关系表达式返回的是真值则执行下面的语句块，如果为假值就不去执行，如下图所示：

常见错误：例如 i==3 中的 == 是合法的关系运算符，而 i=3 中的 = 不是合法的关系运算符，它是赋值运算符。示例，将关系运算符的结果输出：

#include 
int main() {
  char c = 'k';
  int i = 1, j = 2, k = 3;
  float x = 3e+5, y = 0.85;
  // 'a'->97 + 5 --> 102 'f' < 'k' 'a' + 5 < c==> 1
  int result_1 = 'a' + 5 < c, result_2 = x - 5.25 <= x + y;
  printf("%d, %d\n", result_1, -i - 2 * j >= k + 1);
  printf("%d, %d\n", 1 < j < 5, result_2);
  printf("%d, %d\n", i + j + k == -2 * j, k == j == i + 5);
  return 0;
}

程序运行结果如下图所示：

五、逻辑运算符与逻辑表达式

目前考驾驶证的人越来越多了，报考驾驶证也是有一定要求的，当然，考不用型号的驾驶证对年龄要求也不同，例如考A1驾照要求年龄在 26~50 岁之间，B1驾照要求年龄是 21~50 岁之内，C1驾照要求年龄是 18~70 岁之内，在数学中可以如图8所示表示这些年龄区间，而在C语言中，需要如图9所示的形式表示年龄区间。

如图9所示的 && 就是逻辑运算符，在C语言中，不仅有 && 一个逻辑运算符，接下来我们就来详细介绍C语言中的逻辑运算符和逻辑表达式。

5.1 逻辑运算符

逻辑运算符有3种，如下表所示：

5.2 逻辑表达式

已经介绍过关系运算符可用于对两个操作数进行比较，使用逻辑运算符可以将多个关系表达式的结果合并在一起进行判断。其一般形式如下：

表达式 逻辑运算符 表达式

举例：

age > 18 && age < 70;//逻辑与运算，表示年龄大于18并且小于70
height > 155 || height < 190;//逻辑或运算，表示身高大于155cm或者小于190cm
!weight;//逻辑非运算，表示体重的非值

逻辑运算结果如下表所示：

逻辑与运算符和逻辑或运算符可以用于相当复杂的表达式中。一般来说，这些运算符用来构造条件表达式，用在控制程序的流程语句中，例如，在后续博文中介绍的 if,for,while 语句等。

注意：不要把逻辑与运算符 && 和逻辑或运算符 || 与后续小节要讲的位与运算符 & 和位或运算符 | 混淆。

逻辑运算符举例：

#include 
int main() {
  char c = 'k';
  int i = 1, j = 2, k = 3;
  float x = 3e+5, y = 0.85;
  printf("%d,%d\n", !x * !y, !!!x); // 0, 0
  //i && j ==> 2 x||2-3 ==> 只要有一个不为0 就返回1
  // i < j && x < y ==> (i 1 && 0 ==> 0
  printf("%d,%d\n", x || i && j - 3, i < j && x < y); // 1
  printf("%d,%d\n", i == 5 && c && (j = 8), x + y || i + j + k);
  return 0;
}

程序运行结果如下图所示：

六、位运算符与位表达式

学C语言可能总会听见，int占多少字节，char占多少字节，可能会有很多人疑问，字节是什么意思？那么在C语言中，说到字节就不得不说位。位是计算机存储数据的最小单位。一个二进制位可以表示两种状态(0和1)，多个二进制位组合起来便可表示多种信息。

一个字节通常是由8位二进制数组成，当然有的计算机系统是由16位组成，本文中提到的一个字节指的是由8位二进制组成的。如下图所示，8位占一个字节，16位占两个字节。

了解了字节和位的关系，本小节我们就来详细的介绍位运算符和位运算表达式。

6.1 位运算符

C语言既具有高级语言的特点，又具有低级语言的功能，C语言和其他语言的区别是完全支持按位运算，而且也能像汇编语言一样用来编写系统程序，这是C语言的特色之处。下表所示为C语言提供的位运算符：

6.2 位运算表达式

假设有两个变量 m 和 n，用来保存逻辑结果，m 和 n 可以进行下表所示的4种逻辑运算。其中 1 表示 true(真)，0 表示 false(假)。

说明：按位与，遇0则0；按位或，遇1则1；按位异或相同为1，不同为0。不要将逻辑运算符和位运算符混淆，逻辑运算符返回的值是真假值，位运算符是二进制运算的运算符，最终计算的是一个数值。

上表介绍了按位与、按位或、取反以及按位异或，接下来介绍左移和右移。左移 运算符 << 是双目运算符。其功能是把 << 左边的运算数的各二进位全部左移若干位，由 << 右边的数指定移动的位数，高位丢弃，低位补0。例如，m<<2 即把 m 的各二进制位向左移动两位。假设 m=39，那么 m 在内存中的存放情况如下图所示：

若将 m 左移两位，则在内存中的存储情况如下图所示。m 左移两位后由原来的39变成了156。

右移运算符 >> 也是双目运算符。其功能是把 >> 左边的运算数的各二进制位全部右移若干位，>> 右边的数指定移动的位数。例如 m=30 在内存中的存储情况如下图所示：

m>>3 即 30 右移3位变成3，其存储情况如下图所示：

以上是正数移位，负数和正数在计算机存储形式不同，同样使用右移讲解负数移位，例如 m = -30，首先写出 -30，取绝对值，即 30 的二进制数，然后在这基础上按位取反，得到的二进制码再加一，得到下图所示的二进制数，这个数值就是 -30 在内存中存储的情况。

表达式 m>>3 的含义是将 -30 右移 3 位，结果是 -4，，其存储情况如下图所示：

七、逗号运算符与逗号表达式

提到逗号，它在我们心中是分隔符的作用，例如有这样一句话：救救我舅舅不救我舅舅我舅舅就没救了，这句话看起来(读起来)有点晕，到底是救舅舅，还是不救舅舅，这时候，可以加上逗号，改为 救救我舅舅，不救我舅舅，我舅舅就没救了，如果这样写就能明确意思了。那逗号在这里起到了一个断句的作用，在C语言中，逗号不仅可以用作分隔符，还可以用在表达式中。逗号表达式的一般形式如下：

表达式1,表达式2,…,表达式n

逗号表达式的求解过程是：先求解表达式1，再求解表达式2，一直求解到表达式n，整个逗号表达式的值是表达式n的值。 逗号表达式称为顺序求值运算符。就像数学中常常求几何问题一样，需要按顺序写解题步骤。例如下面使用逗号运算符的代码：

Value=1+3,1+2,15+27;

上面语句中 Value 所得到的值为4，而非 42。由于赋值运算符的优先级比逗号运算符的优先级高，因此先执行赋值的运算。如果要先执行逗号运算，则可以使用括号运算符，代码如下：

Value=(1+3,1+2,15+27);

这句代码最终的结果是 42，因为使用了括号运算符，因此先计算括号内的表达式，然后再执行赋值的运算。

八、复合赋值运算符

复合赋值运算符是C语言一种缩写形式，可使得变量操作的描述方式更为简洁。例如 * 和 = 复合，如下图所示：

如果在程序中为一个变量赋值，代码如下：

Value=Value*3;

这一行语句是对一个变量进行赋值操作，值为这个变量本身与一个整数常量3相乘的结果值。使用复合赋值运算符可以实现同样的操作。例如上面的语句可以改写成如下语句：

Value*=3;

这种描述更为简洁。关于上面两种实现相同操作的语句，赋值运算符和复合赋值运算符的区别在于：

1. 为了简化程序，使程序精练
2. 为了提高编译效率。

下表是其他复合赋值运算符：

九、优先级和结合性

在数学中，就规定了优先级，如果没有规定，就会出现争先恐后先计算情况。数学中规定：有括号先计算括号里的，没有括号先计算乘除再计算加减。那在C语言中，有这么多运算符，也需要进行规定，如下表所示是各个运算符的优先级和结合性，优先级1代表级别最高，优先级15表示级别最低。

当一个表达式中出现多个运算符时，C语言会先比较各个运算符的优先级，按照优先级从高到低的顺序依次执行；当遇到优先级相同的运算符时，再根据结合性决定先执行哪个运算符：如果是左结合性就先执行左边的运算符，如果是右结合性就先执行右边的运算符。C语言的运算符众多，每个运算符都具有优先级和结合性，还拥有若干个操作数，为了方便记忆和对比，我们在上表中将它们全部列了出来。对于没有学到的运算符，大家不必深究，一带而过即可，等学到时再来回顾。

至此今天的学习就到此结束了，笔者在这里声明，笔者写文章只是为了学习交流，以及让更多学习C语言的读者少走一些弯路，节省时间，并不用做其他用途，如有侵权，联系博主删除即可。感谢您阅读本篇博文，希望本文能成为您编程路上的领航者。祝您阅读愉快！

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