[C++知识库]初入C语言_6

1. 操作符详解

我们之前可能已经介绍了一些C语言里的操作符，今天我们就这类知识来更深入一些的学习，我们知道加减乘除算是操作符，也是最常用的操作符，那除了这些还有什么呢？它们的使用方法和加减乘除又有什么不同呢？来看

一、操作符

C语言里的操作符大致可以分为这么几类：

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

我们来一一介绍：

1.算术操作符：+ ? ?- ? * ? / ? %

算术操作符就是我们常说的加减乘除，算术嘛，数学当中只用这四个来计算可能99%的式子，不过在C语言当中还要多一个%，这个叫取模，它一般和/既分开又联合用，因为/一般用于两个int时，是取商，由于int只能表示整形，所以/直接省掉后面的余数，而%与/正好相反，可以说弥补了/的“不足”，%取的就是商之后的余数，15%10=5，290%100=90。其他的操作符相信不讲都明白，和数学是一样的。

注意：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。

2.移位操作符：<< 左移操作符 >> 右移操作符

C语言当中还有一种叫做移位操作符，移位移位，说白了就是移动某个数的，那移什么位呢？怎么移呢？从你家移到我家吗？这里的移位操作符指的是移动某个数在内存中二进制数，我们知道int a=5；那么5在二进制中的表示方法00000000 00000000 00000000 00000101，由于int是4个字节大小，一个字节是8个比特位，所以整形定义的5二进制表示是0101，然后用0补全32位，移位操作符移动的正是这一串01，那么移位操作符怎么移动呢？来看代码：

#include <stdio.h>
int main()
{
    int a = 5;
    a >> 1;
    printf("%d\n",a);
}
//移位操作符移动的是二进制位
//对于整数在二进制中有3种表示形式：原码、反码、补码
//正整数：原码反码补码相同
//负整数：
//原码：直接按照数字的正负写出二进制序列
//反码：原码的符号位不变，其他位按位取反
//补码：反码+1
//整数在内存中存储的是二进制的补码的值
//打印的是原码的值

//那么上述代码的结果是多少呢？
//我们讲过5的二进制表示形式为：00000000 00000000 00000000 00000101
//a >> 1表示将5的二进制码整体向右移动1，也就是说最后一位出去了，整体少了一位，由最高位补全
//那么最高一位补什么呢？C语言规定如果采用了移位操作符，最高位一律补符号位，也就是说我们定义的a=5
//是整形，而且为正数，0代表正1代表负数，所以我们可以看到5的二进制形式最高位也为0，所以补也补最高
//符号位，也是补0
//那么a >> 1的结果就为：00000000 000000000 00000000 0000010 -> 2

注意，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。

那么如果说右移操作符最高位补，那么左移操作符呢？左边如果左移了右边并没有符号位，右边是构成我们所定义的数字的01啊，难道也补符号位吗，C语言规定如果左边抛弃了，右边自动补0。

?大家应该可以发现左移操作符并没有右移操作符规定那么多，我们一般使用的话也是右移为主，所以这里着重给大家介绍的是右移。

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。

完成了移位操作符后，我们知道了C语言的操作符原来大多都是以二进制码为主的，没错，二进制也是数据存在内存中的形式之一，所以C语言设计了很多针对二进制的位操作符，我们接下来介绍的这三个就是完全针对二进制位计算的。我们先来一段代码：

#include <stdio.h>
int main()
{
 int num1 = 1;
 int num2 = 2;
 num1 & num2;
 num1 | num2;
 num1 ^ num2;
 return 0;
}

那么这段代码是什么意思呢？结果又如何呢？我们一起来画图分析一下：

我们知道二进制存储是以原码存储，打印补码，而原码取反-1转换成补码，补码+1取反得到原码，而这些规则只针对负数，整数的原反补在内存中是一样的，所以计算正数不需要考虑原反补的转换。

完成了这些学习后，我们来看一些练习题来加深一下印象吧：

//题目1：
#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;
}

大家在计算的时候会发现这道题的结果：a=20，b=10，结果正好相反，那么我们是否可以得出结论：异或操作是符合交换律的？是的，异或可以实现交换律，这样我们在回过头来看那一道交换两个数字的初级编程题，我们这下可以不创建临时变量就可以完成两个数字的交换了

//题目2：计算二进制中1的个数
#include <stdio.h>
int main()
{
 int num  = 10;
 int count=  0;
 while(num)
 {
 if(num%2 == 1)
 count++;
 num = num/2;
 }
 printf("二进制中1的个数 = %d\n", count);
 return 0;
}

这段代码不多讲，大家可以放到自己的编译器上测试一下，不过值得一提的是如何得到二进制中的1和0，可以采用移位操作符，也可以通过%2的方式，如果是奇数就会余1，偶数则余0。那如果不想一直循环%2有没有更好的方法呢？

//方法2：
#include <stdio.h>
int main()
{
 int num = -1;
 int i = 0;
 int count = 0;//计数
 for(i=0; i<32; i++)
 {
 if( ((num>>i)&1) == 1 )
 count++; 
 }
 printf("二进制中1的个数 = %d\n",count);
 return 0;
}

这就用到了移位操作符，但是还是需要循环32次才能得到我的答案，思考一下还有没有更优解？

//方法3：
#include <stdio.h>
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;
}

第三种方法只供参考，我们知道就可以了，一般这种方法难以想到。

3.赋值操作符：=

int a=0；这样的语句我们已经不少写了，我们都知道这句代码的意思是将0赋值给a，这就是赋值操作符，千万不要和等于搞混，不要以为是a等于0，赋值操作语句应当从右往左看，应该是将0赋值给a，下面我们来看一些常见的赋值语句：

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。

在这里提醒大家写代码时一定要注意代码风格，不要写的代码完全按照自己的习惯来，只有你自己能看懂，如果你用的是vs系列编译器，你会发现你在写代码时vs会自动注意一些空格的设置来让代码整体看起来更直观整齐，写赋值语句时不要连续赋值，不要吝啬回车，干嘛都挤在一行呢？也不要写a=b=5这样的语句，让别人看到了会说你外行的。

4.复合赋值符：+=? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? -=? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? *=? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??/=

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?%=? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? >>=? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? <<=? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??&=? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? |=? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?^=

?这些就是C语言常见的赋值操作符，其作用就是为了让程序员写代码时有更方便地选择，比方说

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。

这两个语句的作用其实是一样的，x+=10翻译过来就是x=x+10，其他的也以此类推，不过如果你记不清楚这些符合操作符的用法建议你还是一个一个写，其实都是自己的选择，并没有优劣之分。

5.单目操作符：! ? ? ? ? ? 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

?这里就时C语言很重要的单目操作符了，为什么叫单目呢？因为它只有一个，但是产生的作用是很大的，是C语言不可或缺的，我们来看代码：

#include <stdio.h>
int main()
{
 int a = -10;
 int *p = NULL;
 printf("%d\n", !2);
 printf("%d\n", !0);
 a = -a;
 p = &a;
 printf("%d\n", sizeof(a));
 printf("%d\n", sizeof(int));
 printf("%d\n", sizeof a);//这样写行不行？
 printf("%d\n", sizeof int);//这样写行不行？
关于sizeof其实我们之前已经见过了，可以求变量（类型）所占空间的大小。
 return 0;
}

取反（！）操作就是针对现有条件true或false取反面，比方说while(1)我们知道这将一直循环下去，因为while循环里的条件一直是真，如果我们写while(!1)，这就将一次也不执行，因为如果学过java的小伙伴会知道boolean这个类型，它只能返回true或false，大于0为真小于0为假，1大于0为真，!1就为假，所以while判断的boolean返回值为false，所以一次也不执行。

sizeof我们上文提到过，我们直观的翻译能知道它是计算大小的操作符，它可以帮助我们计算数组的大小，类型的大小，只要有大小的它都可以计算，不过注意它和strlen可不一样，不要把它当作函数，strlen是正儿八经的字符串函数，但是sizeof只是一个操作符，我们接下来在来看一些sizeof关于数组的一些计算：

#include <stdio.h>
void test1(int arr[])
{
 printf("%d\n", sizeof(arr));//(2) 4
}
void test2(char ch[])
{
 printf("%d\n", sizeof(ch));//(4) 4
}
int main()
{
 int arr[10] = {0};
 char ch[10] = {0};
 printf("%d\n", sizeof(arr));//(1) 40
 printf("%d\n", sizeof(ch));//(3) 10
 test1(arr);
 test2(ch);
 return 0;
}

大家可以先自己计算一下四个表达式分别输出什么，第一个40第二个10相信大家已经没有问题了，4*10，1*10，如果还是不明白可以翻看上一篇博客，2和4可能造成了一些困难，我们先来看2，之前提到了数组传参只传数组的首元素地址，所以test1只获取到了arr[0]的地址，地址的大小和指针（后文会讲）都是一样的4字节，所以打印的是，这样4也就能讲通了，尽管传入的是char类型的数组是首元素地址，但是只要是地址它的大小都是4字节，所以4式打印的结果也是4。

接下来我们讲解++和--，也是来看代码：

//++和--运算符
//前置++和--
 //前置++和--：
 #include <stdio.h>
 int main()
 {
 int a = 10;
 int x = ++a;
 //先对a进行自增，然后对使用a，也就是表达式的值是a自增之后的值。x为11。
 int y = --a;
 //先对a进行自减，然后对使用a，也就是表达式的值是a自减之后的值。y为10;
 return 0;
 }
 
 //后置++和--
 #include <stdio.h>
 int main()
 {
 int a = 10;
 int x = a++;
 //先对a先使用，再增加，这样x的值是10；之后a变成11；
 int y = a--;
 //先对a先使用，再自减，这样y的值是11；之后a变成10；
 return 0;
 }

注意++和--和+1 -1不同的是，变量本身真的会发生改变，如果你printf("%d\n",a-1);和printf("%d\n",b++);虽然输出的值是一样的，但是执行完这两条语句后a的值如何呢？a还是原来的值，因为你要打印的是a-1的结果，和a本身无关，但是b就会自增1，因为你是先让b++再打印它的值，两面都兼顾，所以在使用过程中要注意这两个操作的区别，++和--无论前置和后置都是对变量的自增，变量本身会发生改变。

6.关系操作符：>? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? >=? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?<? ? ? ? ? ? ? ? ? ? <=

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?!= ? 用于测试“不相等”? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?== ? ? ?用于测试“相等”

?关系操作符，应该不用我多说了，和加减乘除一样的用法， 不过这里要注意的一点就是不要把==和=搞混了，在C语言当中=并不是等于，而是赋值，等于是==，判断等于的时候千万不要搞混。

7.逻辑操作符：&& ? ? 逻辑与? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?|| ? ? ? ? ?逻辑或

大家发现逻辑操作符的这两个和刚刚的位操作符中的&和|有点像，不错，它们名字都差不多，前者叫与后者叫或，但是功能完全不一样，位操作符是针对二进制代码进行的计算，而这里的逻辑操作符明显根据名字可以知道是根据逻辑条件而生的，逻辑与即所判断的条件都为真才会执行，逻辑或即所判断条件只要有一条为真即为真。

//区分逻辑与和按位与 区分逻辑或和按位或
1&2----->0
1&&2---->1

1|2----->3
1||2---->1

我们来看一道练习题：

#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\nd = %d\n", a, b, c, d);
    return 0;
}

大家可以计算一下， 我们的目的就是为了了解逻辑与和逻辑或，当然不要研究的太深，会变得不幸。（会被绕进去）

这种代码一般不会出现次数很多，只是一些学校和公司作为题目出给学生用的， 因为这种代码没有任何营养，除了折磨人之外没有用处，那我们来看一下，答案就是1234，因为逻辑与要判断各条件的真假情况，a++，a是先使用后++，又因为是逻辑与操作，所以并不会进入后面的语句，所以bd压根就没有进行改变，然后打印时a确实完成了自增1，所以答案是1234，那后面的逻辑或呢？a也是先使用后++，但由于是或，所以会进入下一个条件，b为真，++后还是为真，但是或的特点是只要有一个为真就退出，所以d并没有计算，所以只有a和b进行了计算，所以答案是1334。

8.条件操作符：exp1 ?? exp2 : exp3

条件操作符也叫三目操作符，我们知道单目操作符，针对一个对象，那么三目也就是针对三个对象，这个操作符的意思就是表达式1大于表达式2吗？如果大于，表达式的返回值就为表达式2，如果不大于就返回表达式3的值，条件操作符实现的功能我们也可以用if else语句来实现：

if (a > 5)
        b = 3;
else
        b = -3;

9.逗号表达式：exp1, exp2, exp3, …expN

逗号表达式在C语言当中用的不是很多，由于其像刚刚的很多前置后置++--一样必须需要人们很认真的来看，否则就会出错，所以使用率不高，但是我们也需要知道它，逗号表达式通常和括号来配合使用，就是用逗号隔开的多个表达式。，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1
int a = 1;
int b = 2;
int c = (a>b, a=b+10, a, b=a+1);//逗号表达式
c是多少？
//代码2
if (a =b + 1, c=a / 2, d > 0)
//代码3
a = get_val();
count_val(a);
while (a > 0)
{
         //业务处理
        a = get_val();
        count_val(a);
}
如果使用逗号表达式，改写：
while (a = get_val(), count_val(a), a>0)
{
         //业务处理
}

由于使用次数实在有限，所以我们制作了解，不做深究。

10.下标引用、函数调用和结构成员

?（1）[ ] 下标引用操作符

不难发现下标引用操作符就是我们用来拿取数组数值的操作符，它也只和数组配合使用。

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;
 }

括号想必不用过多介绍了，它在数学表达式中的作用也和现在相当，它的结合律最高，调用函数时也是不可或缺，承担形参的调用，具体做法如上。

（3）访问一个结构的成员

C语言当中有一种概念叫结构体，如果定义一个人的信息可能需要身高体重性别等等，那如何定义呢？C语言规定了结构体，它可以同时存入不同类型的数据，根据你的需求拿或放，当然我们的主要目的不是研究结构体，关于结构体我后期回传们开一篇博客来讲，我们主要来讲访问结构体的操作符：. 结构体.成员名 -> 结构体指针->成员名。

#include <stdio.h>
struct Stu
{
 char name[10];
 int age;
 char sex[5];
 double score;
}；
void set_age1(struct Stu stu)
{
 stu.age = 18;
}
void set_age2(struct Stu* pStu)
{
 pStu->age = 18;//结构成员访问
}
int main()
{
 struct Stu stu;
 struct Stu* pStu = &stu;//结构成员访问
 
 stu.age = 20;//结构成员访问
 set_age1(stu);
 
 pStu->age = 20;//结构成员访问
 set_age2(pStu);
 return 0;
}

二、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，我们接下里就来研究一下表达式中的优先级结合律。

加减乘除不用多说了，遵循数学的计算，在最初我介绍C语言时给过大家也一个操作符优先级，但是C语言当中存在着这样一种隐式类型转换，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。

2.隐式类型转换

那么整形提升有什么意义呢？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。

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。

那么如何进行整形提升呢？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

//整型提升实例1
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;
}
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
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.
所程序输出的结果是:
c

//实例2
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(c) ,就是1个字节.

3.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。

警告： 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

4.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。操作符优先级表见最初的博客。

再来看一段非法代码：

int main()
{
 int i = 10;
 i = i-- - --i * ( i = -3 ) * i++ + ++i;
 printf("i = %d\n", i);
 return 0;
}

这段代码在不同的编译器中会有不同的结果，就是因为操作符的优先级在作祟

?再来一段：

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;
}

?这个代码有没有实际的问题？ 有问题！ 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。

来：

#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。

?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。

好了，先暂停一会儿，大家先消化一下，今天的编程博客先行告辞，下次见。