初阶C语言——操作符【详解】

操作符分类：

1. 算术操作符
2. 移位操作符
3. 位操作符
4. 赋值操作符
5. 单目操作符
6. 关系操作符
7. 逻辑操作符
8. 条件操作符
9. 逗号表达式
10. 下标引用、函数调用和结构成员

1.算术操作符

 +   -  *  /  %

1. 除了 % 操作符之外，其他的几个操作符可以作用于整数和浮点数。
2. 对于 / 操作符如果两个操作数都为整数，执行整数除法。而只要有浮点数执行的就是浮点数除法。
3. % 操作符的两个操作数必须为整数。返回的是整除之后的余数。
4. / 得到的是商，% 得到的是余数

2.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，移位操作符移动的是二进制的位

我们日常中的数字都是十进制，十进制向二进制的转化如下所示：

二进制每一位都有他自己的权重，从右到左依次是2的0次方，2的1次方，2的3次方····

整数的二进制表现形式是什么样的呢？

二进制的表现形式有三种：原码，反码，补码
原码：把一个数按照正负直接翻译成二进制就是原码
反码：反码的符号位不变，其他位按位取反就是反码
补码：反码+1
注：
正整数的原码、反码、补码都是相同的
负整数的原码、反码、补码是需要计算的
以-5为例：

最高的一位表示符号位，0是正数，1是负数
整数在内存中存储的是：补码的二进制序列

2.1 左移操作符

移位规则：

左边抛弃、右边补0

看代码：

#include <stdio.h>
int main()
{
    
    
	int a = 3;
	int b = a << 1;
	printf("%d\n", b);
	printf("%d\n", a);
	return 0;
}

3的二进制位为
00000000000000000000000000000011
十进制转二进制方法：十进制的数除以要转制的基数（二进制就是2），取其余数，由下向上写结果，前边剩余位置补0
如图所示：

左移之后产生的结果为
00000000000000000000000000000110 打印结果为6

若a=-3，怎么求移动之后的数呢？

a=-3时a的二进制位为原码为：
10000000000000000000000000000011
补码为：（因为二进制中储存移动的时补码）
11111111111111111111111111111101
移动之后为 11111111111111111111111111111010
但是求移动后的数是由原码得到的，所以移动后原码为：
10000000000000000000000000000110
运行结果为-6

原码与补码的转换

2.2 右移操作符

移位规则：
首先右移运算分两种：

1. 逻辑移位
   左边用0填充，右边丢弃
2. 算术移位
   左边用原该值的符号位填充，右边丢弃
   右移的时候采用哪种方法是取决于编译器的！

看代码：

#include <stdio.h>
int main()
{
    
    
      int a = -1;
      int b = a >> 1;
      printf("b = %d\n", b);
      printf("a = %d\n", a);
      return 0;
}

-1在内存中存储的补码为
11111111111111111111111111111111


运行结果：

我们发现在vs2022运行下结果为-1，所以编译器采用的是算数右移（绝大多数编译器都是算数右移）
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

3.位操作符

    & //按位与
    | //按位或
    ^ //按位异或
    注：他们的操作数必须是整数。

按位与

看代码：

#include <stdio.h>
int main()
{
    
    
	int a = 3;
	int b = -5;
	int c = a & b;
	printf("%d\n", c);
	return 0;
	}

00000000000000000000000000000011 - 3的补码
11111111111111111111111111111011 -5的补码
按位与是对应的二进制位进行按位与，1和0取0，同0取0，同1取1
按位与之后结果：
00000000000000000000000000000011
所以按位与结果为3

按位或

看代码：

#include <stdio.h>
int main()
{
    
    
	int a = 3;
	int b = -5;
	int c = a | b;
	printf("%d\n", c);
	return 0;
	}

按位或也是对应的二进制位进行按位或，1或0之间取1，同0为0，同1为1
按位或之后结果
11111111111111111111111111111011
所以结果为-5

按位异或

看代码：

#include <stdio.h>
int main()
{
    
    
	int a = 3;
	int b = -5;
	int c = a ^ b;
	printf("%d\n", c);
	return 0;
	}

按位异或 -：对应的二进制位，相同为0，相异为1
按位异或结果为：
11111111111111111111111111111000
取原码之后打印结果为-8

例题：

不能创建临时变量（第三个变量），实现两个数的交换。

#include <stdio.h>
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;
}

a^a = 0
0^a = a
10^ 10 ^20= 20
10^ 20 ^10= 20
异或是支持交换律的

4.赋值操作符

他可以让你改变一个你之前不满意的值。也就是你可以给自己重新赋值
例如：

int weight = 120;//体重
weight = 89;//不满意就赋值
double salary = 10000.0;
salary = 20000.0;//使用赋值操作符赋值。

赋值操作符可以连续使用，比如：

int a = 10;
int x = 0;
int y = 20;
a = x = y+1;//连续赋值
这样的代码感觉怎么样？
那同样的语义，你看看：
x = y+1;
a = x;
这样的写法是不是更加清晰爽朗而且易于调试。

复合赋值符

     +=
     -=
     *=
     /=
     %=
     >>=
     <<=
     &=
     |=
     ^=

这些运算符都可以写成复合的效果。
比如：

int x = 10;
x = x+10;
x += 10;//复合赋值
//其他运算符一样的道理。这样写更加简洁。

5.单目操作符

5.1单目操作符介绍

   !         逻辑反操作
   -         负值
   +         正值
   &         取地址
  sizeof     操作数的类型长度（以字节为单位）
   ~         对一个数的二进制按位取反
   --        前置、后置--
   ++        前置、后置++
   *         间接访问操作符(解引用操作符)
 (类型)      强制类型转换

代码演示：

#include <stdio.h>
int main()
{
    
    
	int a = 10;
	int* p = &a;//取地址操作符
	*p = 20;//解引用操作符(间接访问操作符)
	return 0;
}

解引用和取地址一般是连在一起使用的

#include <stdio.h>
int main()
{
    
    
	int a = 10;
	printf("%d\n", sizeof a);
	printf("%d\n", sizeof(a));
	printf("%d\n", sizeof(int));
	//printf("%d\n", sizeof int);不能省略括号
	return 0;
	}

运行结果

数组的使用方法也一样
如图所示：

#include <stdio.h>
int main()
{
    
    
	int arr[10] = {
    
     0 };
	printf("%d\n", sizeof(arr));
	printf("%d\n", sizeof(arr[0]));
	int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);//计算数组大小
	printf("%d\n", sz);
	return 0;
}

运行结果

    int a = 10;
	int b = a++;//后置++，先使用，再++
	//int b = a,a=a+1;

运行结果为11，10

    int a = 10;
    int b = ++a;//前置++，先++，再使用
	//a=a+1，int b = a;

运行结果为11，11
- - 操作符和++的使用方法一样

6.关系操作符

关系操作符种类：

   >
   >=
   <
   <=
   != 用于测试“不相等”
   == 用于测试“相等”

注意：
在编程的过程中== 和=不小心写错，导致的错误。

7.逻辑操作符

逻辑操作符有哪些：

 && 逻辑与（并且）
 || 逻辑或（或者）

区分逻辑与逻辑或与按位与按位或：逻辑与逻辑或只关注真假（结果为1/0），按位与按位或是二进制的计算。
看代码：
逻辑与

#include <stdio.h>
int main()
{
    
    
	int a = 3 && 0;//1 0
	printf("%d\n", a);
	return 0;

运行结果：

逻辑或

#include <stdio.h>
int main()
{
    
    
	int a = 3 ||0;//1 0
	printf("%d\n", a);
	return 0;
}

运行结果为1
练习：

#include <stdio.h>
int main()
{
    
    
	int i = 0, a = 0, b = 2, c = 3, d = 4;
	i = a++ && ++b && d++;
	//i = a++||++b||d++;
	printf(" a = %d\n b = %d\n c = %d\n d = %d\n", a, b, c, d);
	return 0;
}

逻辑与结果

逻辑或结果

总结：
逻辑与第一个表达式为假不进行后边的计算
逻辑或第一个表达式为真不进行后边的计算

8.条件操作符

exp1 ? exp2 : exp3

如果表达式1为真，表达式2的结果是整个表达式的结果
如果表达式1为假，表达式3的结果为整个表达式的结果
看代码：

#include <stdio.h>

int main()
{
    
    
	int a = 0;
	int b = 0;
	scanf("%d", &a);
	b = ((a > 5) ? 3 : -3);
	printf("%d\n", b);

	return 0;
}

9.逗号表达式

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。
代码演示：

#include <stdio.h>
int main()
{
    
    
	int a = 1;
	int b = 2;
	int c = (a > b, a = b + 10, a, b = a + 1);//逗号表达式
	printf("%d\n", c);
	return 0;
}

运行结果为13

10.下标引用、函数调用和结构成员

1. [ ] 下标引用操作符
   操作数：一个数组名 + 一个索引值

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。

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。

#include <stdio.h>
void test1()
{
    
    
	printf("hehe\n");
}
void test2(const char* str)
{
    
    
	printf("%s\n", str);
}
int main()
{
    
    
	test1(); //实用（）作为函数调用操作符。
	test2("hello bit.");//实用（）作为函数调用操作符。
	return 0;
}

3. 访问一个结构的成员

. 结构体.成员名
-> 结构体指针->成员名

代码演示：

#include <stdio.h>
struct S
{
    
    
	int num;
	char c;
};

void test(struct S* ps)
{
    
    
	//-> 结构成员访问操作符
	//结构体指针->结构体成员
	printf("%d\n", ps->num);
	printf("%c\n", ps->c);
}
int main()
{
    
    
	struct S s = {
    
    100, 'b'};//结构体的初始化使用{}
	//打印结构中的成员数据
	//printf("%d\n", s.num);
	//printf("%c\n", s.c);
	//. 操作符     结构体变量.结构体成员名
	test(&s);
	return 0;
}

11表达式求值

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。

11.1 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（int）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

//实例1
char a,b,c;
...
a = b + c;

b和c的值被提升为普通整型，然后再执行加法运算。
加法运算完成之后，结果将被截断，然后再存储于a中。
如何进行整体提升呢？

整形提升是按照变量的数据类型的符号位来提升的

//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
//无符号整形提升，高位补0

代码演示：

#include <stdio.h>
int main()
{
    
    
	char a = 3;
	//00000000000000000000000000000011
	//00000011-截断
	char b = 127;
	//00000000000000000000000001111111
	//01111111-截断
	
	char c = a + b;
	//00000000000000000000000000000011
	//00000000000000000000000001111111
	//00000000000000000000000010000010
	//10000010 - c
	//整型提升
	printf("%d\n", c);
	//11111111111111111111111110000010
	//11111111111111111111111110000001
	//10000000000000000000000001111110
	//-126

	return 0;
}

整形提升的例子：

//实例1
#include <stdio.h>
int main()
{
    
    
    //char -128~127
	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;
}

实例1中的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 a0xb6 , b0xb600 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。
所程序输出的结果是:

c

//实例2
#include <stdio.h>
int main()
{
    
    
	char c = 1;
	printf("%u\n", sizeof(c));
	printf("%u\n", sizeof(+c));
	printf("%u\n", sizeof(-c));
	return 0;
}

实例2中的,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© ,就是1个字节.

11.2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。
但是算术转换要合理，要不然会有一些潜在的问题。

float f = 3.14;
int num = f;//隐式转换，会有精度丢失

11.3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.
   部分操作符优先级：
   
   一些问题表达式

//表达式的求值部分由操作符的优先级决定。
//表达式1
a*b + c*d + e*f

注释：代码1在计算的时候，由于*比+的优先级高，只能保证，的计算是比+早，但是优先级并不能决定第三个比第一个+早执行。

所以表达式的计算机顺序就可能是：

a*b
c*d
a*b + c*d
e*f
a*b + c*d + e*f

或者：
a*b
c*d
e*f
a*b + c*d
a*b + c*d + e*f

//表达式2
c + --c;

注释：同上，操作符的优先级只能决定自减–的运算在+的运算的前面，但是我们并没有办法得
知，+操作符的左操作数的获取在右操作数之前还是之后求值，所以结果是不可预测的，是有歧义
的。

//代码3
#include <stdio.h>
int fun()
{
    
    
	static int count = 1;
	return ++count;
}
int main()
{
    
    
	int answer;
	answer = fun() - fun() * fun();
	printf("%d\n", answer);//输出多少？
	return 0;
}

这个代码虽然在大多数的编译器上求得结果都是相同的。
但是上述代码 answer = fun() - fun() * fun(); 中我们只能通过操作符的优先级得知：先算乘法，再算减法。
函数的调用先后顺序无法通过操作符的优先级确定。

//代码4

#include <stdio.h>
int main()
{
    
    
	int i = 1;
	int ret = (++i) + (++i) + (++i);
	printf("%d\n", ret);
	printf("%d\n", i);
	return 0;
}
//尝试在linux 环境gcc编译器，VS2013环境下都执行，看结果

vs2013运行结果

看看同样的代码产生了不同的结果，这是为什么？
简单看一下汇编代码.就可以分析清楚.
这段代码中的第一个 + 在执行的时候，第三个++是否执行，这个是不确定的，因为依靠操作符的优先级和结合性是无法决定第一个 + 和第三个前置 ++ 的先后顺序。
总结： 我们写出的表达式如果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问题的。