c语言-表达式求值

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前言

表达式求值的顺序一部分由操作符的优先级和结合性决定。
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

隐式类型转换是在编译器自动进行的类型转换，无需显式地指定转换操作。
常见的隐式类型转换情况：

• 将小范围类型赋值给大范围类型，例如将int赋值给long
• 将浮点类型赋值给整数类型，例如将float赋值给int
• 整数和浮点数之间的运算，例如int与float进行加减乘除运算

1.1 整型提升

c语言的整型算术运算总是以缺省整型类型的精度来进行的。
为了保证计算的精度，表达式的字符和短整型操作数在使用之前被转换成普通整型，这个过程称为整型提升。
整型提升的原因：

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。
当两个char类型的值相加，在CPU执行时实际要先转换为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比特位直接相加运算。所以，表达式各种长度可能小于int长度的整型值，都必须转换为int或unsigned int ，然后才 能送入CPU去执行。

分析下面的运算结果：

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

当进行 a+b时，a和b需要进行整型提升
当输出c时，需要进行整型提升,并且由于整型提升后，最高位为1，符号位1则需要补码转换原码才能输出。

图1.1 整型提升过程图

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一个操作数的类型后执行运算。
具体例子如下，如图1.2所示

图1.2 算术转换代码

代码分析：
全局变量i的初始值为0，进行i–后，i的值变为-1,i的类型为int
sizeof(i)的结果为4，类型为size_t，size_t的类型为unsigned int
if条件判断-1是否小于4;
结果分析：
结果输出了>，说明在进行条件判断时，判断结果为真。(-1 > 4)这个表达式为何为真？
原因： 在进行关系运算之前，由于i的类型为int, sizeof(i)的返回值类型为unsigned int，两个操作数的类型不一致，需要进行算术转换，由上面的层次体系可知，int需要转换为unsigned int ,则i的值会变成一个非常大的无符号整数。
算术转换的过程如图1.3所示：

图1.2 算术转换过程

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，则取决于他们的结合性。

四、问题表达式

如果不能根据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。
下面是问题表达式的例子：

1. 表达式一

c + --c

2. 表达式二

int main()
{
int i = 0;
i = i-- - --i * (i= -3) * i++ + ++i;
printf("%d",i);
return 0;
}

3. 表达式 三

int main()
{
int a = 1;
int b = (++a)+(++a)+(++a);
printf("%d",b);
return 0;
}

4. 表达式四

int fun()
{
static int count = 1;
return count++;
}
int main()
{
int answer;
answer = fun() - fun()*fun();
printf("%d",answer);
return 0;
}

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总结

本篇文章介绍了c语言中的表达式求值。包括隐式类型转换，算术转换和操作符的属性。