C语言操作符超详细总结

之前我粗略总结了操作符，今天我深入详细总结一下，制作不易，点赞谢谢。

1. 操作符的分类

• 算术操作符： + 、- 、* 、/ 、%
• 移位操作符: << >>
• 位操作符: & | ^
• 赋值操作符: = 、+= 、 -= 、 = 、 /= 、%= 、<<= 、>>= 、&= 、|= 、^=
• 单目操作符： ！、++、–、&、、+、-、~ 、sizeof、(类型)
• 关系操作符: > 、>= 、< 、<= 、 == 、 !=
• 逻辑操作符： && 、||
• 条件操作符： ? :
• 逗号表达式：,
• 下标引用： []
• 函数调用： ()
• 结构成员访问： . 、->

2. 二进制和进制转换

其实我们经常能听到 2进制、8进制、10进制、16进制 这样的讲法，那是什么意思呢？其实2进制、8进制、10进制、16进制是数值的不同表示形式而已。
比如：数值15的各种进制的表示形式：

15的2进制：1111
15的8进制：17
15的10进制：15
15的16进制：F

16进制的数值之前写：0x
8进制的数值之前写:0

我们重点介绍一下二进制：
首先我们还是得从10进制说起，其实10进制是我们生活中经常使用的，我们已经形成了很多尝试：
• 10进制中满10进1
• 10进制的数字每一位都是0~9的数字组成
其实二进制也是一样的
• 2进制中满2进1
• 2进制的数字每一位都是0~1的数字组成
那么 1101 就是二进制的数字了。

2.1 2进制转10进制

其实10进制的123表⽰的值是一百二十三，为什么是这个值呢？其实10进制的每⼀位是有权重的，10进制的数字从右向左是个位、⼗位、百位…，分别每⼀位的权重是10^0 , 10^1 , 10^2……
如下图：

2进制和10进制是类似的，只不过2进制的每⼀位的权重，从右向左是:2^0 , 2^1 , 2^2 …
如果是2进制的1101，该怎么理解呢？

2.1.1 10进制转2进制数字

2.2 2进制转8进制和16进制

2.2.1 2进制转8进制

8进制的数字每⼀位是0到7的，0~7的数字，各自写成2进制，最多有3个2进制位就足够了，比如7的二进制是111，所以在2进制转8进制数的时候，从2进制序列中右边低位开始向左每3个2进制位会换算一个8进制位，剩余不够3个2进制位的直接换算。
如：2进制的01101011，换成8进制：0153，0开头的数字，会被当做8进制

2.2.2 2进制转16进制

16进制的数字每⼀位是0到9,a到f的，0到9,a~f的数字，各⾃写成2进制，最多有4个2进制位就足够了，比如f的二进制是1111，所以在2进制转16进制数的时候，从2进制序列中右边低位开始向左每4个2进制位会换算⼀个16进制位，剩余不够4个二进制位的直接换算。
如：2进制的01101011，换成16进制：0x6b，16进制表示的时候前⾯加0x

3. 原码、反码、补码

整数的2进制表示方法有三种，即原码、反码和补码
有符号整数的三种表示方法均有符号位和数值位两部分，2进制序列中，最高位的1位是被当做符号位，剩余的都是数值位。
符号位都是用0表示“正”，用1表示“负”。
正整数的原、反、补码都相同。
负整数的三种表示方法各不相同。
原码：直接将数值按照正负数的形式翻译成⼆进制得到的就是原码。
反码：将原码的符号位不变，其他位依次按位取反就可以得到反码。
补码：反码+1就得到补码。
补码得到原码也是可以使用：取反，+1的操作。
对于整形来说：数据存放内存中其实存放的是补码。

在计算机系统中，数值⼀律用补码来表示和存储。原因在于，使用补码，可以将符号位和数值域统⼀处理；同时，加法和减法也可以统一处理（CPU只有加法器）此外，补码与原码相互转换，其运算过程是相同的，不需要额外的硬件电路。

4.移位操作符

<< 左移操作符 >>右移操作符
注：移位操作符的操作数只能是整数。

4.1 左移操作符

移位规则：左边抛弃、右边补0

#include 
int main()
{
int num = 10;
int n = num<<1;
printf("n= %d\n", n);
printf("num= %d\n", num);
return 0;
}

4.2 右移操作符

移位规则：首先右移运算分两种：

1.逻辑右移：左边用0填充，右边丢弃
2.算术右移：左边用原该值的符号位填充，右边丢弃

#include 
int main()
{
int num = 10;
int n = num>>1;
printf("n= %d\n", n);
printf("num= %d\n", num);
return 0;
}

警告⚠：对于移位运算符，不要移动负数位，这个是标准未定义的。
例如：

int num = 10;
num>>-1;//error

5. 位操作符：&、|、^、~

位操作符有：

& //按位与
| //按位或
^ //按位异或
~ //按位取反

注：他们的操作数必须是整数。
一道变态的面试题：
不能创建临时变量（第三个变量），实现两个整数的交换

#include 
int main()
{
int a = 10;
int b = 20;
a = a^b;
b = a^b;
a = a^b;
printf("a = %d b = %d\n", a, b);
return 0;
}

“ ^ ”按位异或的运算规则是：对应二进制位相同为0，相异为1
注：异或是支持交换律的
编写代码实现：求⼀个整数存储在内存中的二进制中1的个数。

#include 
int main()
{
int num = -1;
int i = 0;
int count = 0;//计数
while(num)
{
count++;
num = num&(num-1);
}
printf("⼆进制中1的个数 = %d\n",count);
return 0;
}

“ & ”按位与运算规则是：对应二进制位有0则为0，两个同时为1则为1
编写代码将13二进制序列的第5位修改为1，然后再改回0

13的2进制序列： 00000000000000000000000000001101
将第5位置为1后：00000000000000000000000000011101
将第5位再置为0：00000000000000000000000000001101

参考代码：

#include 
int main()
{
int a = 13;
a = a | (1<<4);
printf("a = %d\n", a);
a = a & ~(1<<4);
printf("a = %d\n", a);
return 0;
}

“ | ”按位或运算规则是：对应二进制位有1则为1，两个同时为0则为0

6. 逗号表达式

1 exp1, exp2, exp3, …expN

逗号表达式，就是用逗号隔开的多个表达式。
逗号表达式，从左向右依次执行。整个表达式的结果是最后一个表达式的结果。

7. 下标访问[]、函数调用()

7.1 []下标引用操作符

操作数：⼀个数组名+⼀个索引值(下标)

int arr[10];//创建数组
arr[9] = 10;//实用下标引用操作符。
[ ]的两个操作数是arr和9。

7.2() 函数调用操作符

接受⼀个或者多个操作数：第⼀个操作数是函数名，剩余的操作数就是传递给函数的参数。

8.结构成员访问操作符

8.1 结构体

C语言已经提供了内置类型，如：char、short、int、long、float、double等，但是只有这些内置类
型还是不够的，假设我想描述学生，描述一本书，这时单⼀的内置类型是不行的。描述⼀个学生需要
名字、年龄、学号、身高、体重等；描述⼀本书需要作者、出版社、定价等。C语言为了解决这个问
题，增加了结构体这种自定义的数据类型，让程序员可以自己创造适合的类型

结构是⼀些值的集合，这些值称为成员变量。结构的每个成员可以是不同类型的变量，如：
标量、数组、指针，甚至是其他结构体。

结构的声明

struct tag
{
member-list;
}variable-list;

8.2 结构成员访问操作符

结构体成员的直接访问是通过点操作符（.）访问的。点操作符接受两个操作数
如下所示：

#include 
struct Point
{
int x;
int y;
}p = {1,2};
int main()
{
printf("x: %d y: %d\n", p.x, p.y);
return 0;
}

使用方式：结构体变量.成员名

8.3结构体成员的间接访问

有时候我们得到的不是⼀个结构体变量，而是得到了⼀个指向结构体的指针。如下所示

#include 
struct Point
{
int x;
int y;
};
int main()
{
struct Point p = {3, 4};
struct Point *ptr = &p;
ptr->x = 10;
ptr->y = 20;
printf("x = %d y = %d\n", ptr->x, ptr->y);
return 0;
}

使用方式：结构体指针->成员名

结构体这一块我粗略说一下，之后认真学习完，再详细总结一下

9.操作符的属性：优先级、结合性

C语言的操作符有2个重要的属性：优先级、结合性，这两个属性决定了表达式求值的计算顺序。

优先级

优先级指的是，如果⼀个表达式包含多个运算符，哪个运算符应该优先执行。各种运算符的优先级是不一样的。

结合性

如果两个运算符优先级相同，优先级没办法确定先计算哪个了，这时候就看结合性了，则根据运算符
是左结合，还是右结合，决定执行顺序。大部分运算符是左结合（从左到右执行），少数运算符是右
结合（从右到左执行），比如赋值运算符（ = ）。

参考：https://zh.cppreference.com/w/c/language/operator_precedence
由于圆括号的优先级最高，可以使用它改变其他运算符的优先级。
即使有了操作符的优先级和结合性，我们写出的表达式依然有可能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潜在风险的，建议不要写出特别复杂的表达式

10.表达式求值

10.1整型提升

C语言中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⻓
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

如何进行整体提升呢？

1. 有符号整数提升是按照变量的数据类型的符号位来提升的
2. 无符号整数提升，高位补0

//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

10.2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

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靠后，那么首先要转换为另外⼀个操作数的类型后执行运算

完！！！

有什么问题，各位大佬记得评论！！!