C语言 表达式求值

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前言

一、隐式类型转换

1.1负数的整形提升

1.2正数的整形提升

1.3 代码示例

二、算术转换

三、操作符的属性

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前言

        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。

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一、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（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去执行运算。

        整形提升是按照变量的数据类型的符号位来提升的。

1.1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

1.2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

总结：

• 有符号整形提升，高位补符号位
• 无符号整形提升，高位补0

1.3 代码示例

代码1：

#include 

int main()
{
	char a = 5;
	char b = 126;
	char c = a + b;
	printf("c=%d", c);

	return 0;
}

运行结果：

c=-125

分析：

• int类型占4个字节(byte)，共32个bit。
• char类型占1个字节(byte)，共8个bit。

0000 0101   ->     char a 的二进制存储

0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0101    ->     char a 整形提升结果

0111 1110    ->     char b 的二进制存储

0000 0000 0000 0000 0000 0000 0111 1110    ->     char b 整形提升结果

        char长度小于int长度的整型值，进入CPU去执行运算时必须先整形提升。所以是 char a 和 char b 整形提升后的结果在执行运算。

0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0101    ->     char a 整形提升结果

0000 0000 0000 0000 0000 0000 0111 1110    ->     char b 整形提升结果

0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000 0011    ->     整形提升后a + b的结果

1000 0011     ->      char c 的二进制存储

        经行printf打印时，依然需要整形提升后再打印。所以需要对 char c 整形提升。因为 char 是有符号的，char c 的符号位为1，所以要进行负数的整形提升。

1111  1111  1111  1111  1111 1111 1000 0011     ->      char c 整形提升结果（补码）

1111  1111  1111  1111  1111 1111 1000 0010     ->      char c 整形提升结果的反码

1000 0000 0000 0000 0000 0000 0111 1101     ->      char c 整形提升结果的原码

        char c 整形提升结果的原码十进制为：-125

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代码2：

#include 

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;
}

运行结果：

c

分析：

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

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代码3：

#include 

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：

1
4
4

分析：

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

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二、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。（由底下的类型向上方的类型转换）

• 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。

三、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。

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