第五讲：运算符与表达式：算术、关系、逻辑、赋值等运算符及其优先级

在C++编程中，运算符和表达式是构建程序逻辑的基础。它们允许我们对数据进行各种操作，从而得出新的数据值或执行特定的逻辑判断。C++中的运算符种类繁多，根据功能的不同，可以大致分为算术运算符、关系运算符、逻辑运算符和赋值运算符等几大类。此外，每种运算符都有其特定的优先级和结合性，这些规则决定了在复杂的表达式中，各个运算符的执行顺序。

一、算术运算符

算术运算符用于执行基本的数学运算，包括加法、减法、乘法、除法和取余等。

• 加法运算符（+）：用于两个数值的相加。
• 减法运算符（-）：用于两个数值的相减。
• 乘法运算符（*）：用于两个数值的相乘。
• 除法运算符（/）：用于两个数值的相除，结果为商。
• 取余运算符（%）：用于两个数值的相除，结果为余数。
• 自增运算符（++）：使变量的值增加1。
• 自减运算符（--）：使变量的值减少1。

二、关系运算符

关系运算符用于比较两个数值的大小或相等性，返回布尔值（true或false）。

• 等于运算符（==）：判断两个数值是否相等。
• 不等于运算符（!=）：判断两个数值是否不相等。
• 大于运算符（>）：判断左侧数值是否大于右侧数值。
• 小于运算符（<）：判断左侧数值是否小于右侧数值。
• 大于等于运算符（>=）：判断左侧数值是否大于等于右侧数值。
• 小于等于运算符（<=）：判断左侧数值是否小于等于右侧数值。

三、逻辑运算符

逻辑运算符用于执行逻辑运算，包括逻辑与、逻辑或和逻辑非等。

• 逻辑与运算符（&&）：当且仅当两个操作数都为true时，结果为true。
• 逻辑或运算符（||）：当且仅当两个操作数都为false时，结果为false。
• 逻辑非运算符（!）：将操作数的布尔值取反。

四、赋值运算符

赋值运算符用于将右侧的值赋给左侧的变量。

• 简单赋值运算符（=）：将右侧的值赋给左侧的变量。
• 复合赋值运算符：如+=、-=、*=、/=、%=等，它们将右侧的值与左侧变量的当前值进行相应的算术运算后，再将结果赋给左侧变量。

五、运算符优先级和结合性

在C++中，当表达式中包含多个运算符时，运算符的优先级和结合性决定了运算的顺序。

• 优先级：决定了在表达式中哪个运算符先被计算。例如，乘法运算符的优先级高于加法运算符，因此在一个表达式中，乘法会先于加法被计算。
• 结合性：当两个运算符具有相同的优先级时，结合性决定了它们是从左到右还是从右到左进行计算。在C++中，大多数运算符都是左结合的，即从左到右进行计算。

了解运算符的优先级和结合性对于编写正确的C++代码至关重要，因为它们直接影响到表达式的计算结果。在实际编程中，为了代码的清晰和可读性，建议使用括号来明确指定运算的顺序，即使括号的使用可能会改变运算符的默认优先级和结合性。

综上所述，运算符和表达式是C++编程中的核心概念，它们允许我们执行各种数学和逻辑运算，从而构建出功能强大的程序。通过深入理解这些运算符的功能、优先级和结合性，我们可以更加高效地编写和调试C++代码。

示例：运算符与表达式在C++中的应用

以下是一个简单的C++程序示例，它展示了算术运算符、关系运算符、逻辑运算符和赋值运算符的使用，以及运算符的优先级和结合性。

#include 

int main() {
    // 算术运算符示例
    int a = 10;
    int b = 5;
    int sum = a + b;         // 加法
    int difference = a - b;  // 减法
    int product = a * b;     // 乘法
    int quotient = a / b;    // 除法
    int remainder = a % b;   // 取余

    std::cout << "Sum: " << sum << std::endl;
    std::cout << "Difference: " << difference << std::endl;
    std::cout << "Product: " << product << std::endl;
    std::cout << "Quotient: " << quotient << std::endl;
    std::cout << "Remainder: " << remainder << std::endl;

    // 关系运算符示例
    bool isEqual = (a == b);
    bool isNotEqual = (a != b);
    bool isGreaterThan = (a > b);
    bool isLessThan = (a < b);
    bool isGreaterThanOrEqual = (a >= b);
    bool isLessThanOrEqual = (a <= b);

    std::cout << "Is a equal to b? " << (isEqual ? "Yes" : "No") << std::endl;
    std::cout << "Is a not equal to b? " << (isNotEqual ? "Yes" : "No") << std::endl;
    std::cout << "Is a greater than b? " << (isGreaterThan ? "Yes" : "No") << std::endl;
    std::cout << "Is a less than b? " << (isLessThan ? "Yes" : "No") << std::endl;
    std::cout << "Is a greater than or equal to b? " << (isGreaterThanOrEqual ? "Yes" : "No") << std::endl;
    std::cout << "Is a less than or equal to b? " << (isLessThanOrEqual ? "Yes" : "No") << std::endl;

    // 逻辑运算符示例
    bool condition1 = true;
    bool condition2 = false;
    bool andResult = condition1 && condition2;
    bool orResult = condition1 || condition2;
    bool notResult = !condition1;

    std::cout << "AND result: " << (andResult ? "True" : "False") << std::endl;
    std::cout << "OR result: " << (orResult ? "True" : "False") << std::endl;
    std::cout << "NOT result: " << (notResult ? "True" : "False") << std::endl;

    // 赋值运算符示例及运算符优先级示例
    int x = 10;
    int y = 20;
    int z;

    // 复合赋值运算符
    x += 5;  // 等同于 x = x + 5;
    y -= 3;  // 等同于 y = y - 3;

    // 运算符优先级示例
    z = x * 2 + y / 2;  // 由于乘法优先级高于加法和除法，因此先计算 x*2 和 y/2，然后相加

    std::cout << "x after +=: " << x << std::endl;
    std::cout << "y after -=: " << y << std::endl;
    std::cout << "z (priority example): " << z << std::endl;

    // 使用括号改变优先级
    int resultWithParentheses = (x + 5) * (y - 3);  // 使用括号确保先计算括号内的表达式

    std::cout << "Result with parentheses: " << resultWithParentheses << std::endl;

    return 0;
}

在这个示例中，我们首先使用算术运算符对整数变量进行各种运算，并打印结果。然后，我们使用关系运算符比较整数变量，并打印比较结果。接着，我们展示了逻辑运算符的使用，包括逻辑与、逻辑或和逻辑非。最后，我们演示了赋值运算符，包括简单赋值和复合赋值，以及运算符的优先级和结合性。通过使用括号，我们改变了运算符的默认计算顺序，以展示优先级规则如何被覆盖。

运行这个程序将输出各个运算的结果，帮助理解运算符和表达式在C++中的应用。

结尾

通过上述示例，我们深入探讨了C++中运算符与表达式的应用，包括算术运算符、关系运算符、逻辑运算符以及赋值运算符的使用。这些运算符构成了C++编程语言的核心部分，它们使得我们能够进行数值计算、条件判断以及逻辑推理，从而构建出功能丰富的程序。

我们了解到，运算符的优先级和结合性在表达式计算中起着至关重要的作用。它们决定了在复杂的表达式中，各个运算符的执行顺序。了解这些规则有助于我们编写正确的代码，避免潜在的错误。

此外，我们还看到了如何使用括号来改变运算符的默认优先级，以确保表达式按照我们期望的顺序进行计算。这是编写清晰、可读代码的重要技巧之一。

总之，运算符与表达式是C++编程中的基础且强大的工具。通过熟练掌握它们，我们能够编写出更加高效、可靠的程序。希望这个示例和讨论对您有所帮助，祝您在C++编程的道路上取得更大的进步！