操作符详解

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： . 、->

⼆进制和进制转换

2进制、8进制、10进制、16进制是数值的不同表⽰形式。

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 

2进制转10进制数字

10进制的每⼀位都有权重，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

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:

10进制转2进制数字

10进制的125转换为2进制为：1111101

2进制转8进制

8进制的数字每⼀位是0~7，0~7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进制转16进制

16进制的数字每⼀位是0~9,a~f，0~9,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

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。

移位操作符

移位操作符的操作数只能是整数。

左移操作符 <<

移位规则：左边抛弃、右边补0

#include <stdio.h>
 int main()
 {
 int num = 10;
//  00000000 00000000 00001010
 int n = num<<1;
//  00000000 00000000 00010100
 printf("n= %d\n", n);
 printf("num= %d\n", num);
 return 0;
 }

右移操作符>>

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

注意：对于移位运算符，不要移动负数位，这个是标准未定义的

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

位操作符：&、|、^、~

&  |  ^  ~ 分别是按位与，按位或，按位异或，按位取反。

• 与（&  ）：同1为1，否则为0
• 或（ | ）  ：有1为1，否则为0
• 异或（^）：相同为0，不同为1
• 取反（~）：0变为1，1变为0

tips：他们的操作数必须是整数且为补码。

 #include <stdio.h>
 int main()
 {
 int num1 = -3;
 int num2 = 5;
 printf("%d\n", num1 & num2);
 printf("%d\n", num1 | num2);
 printf("%d\n", num1 ^ num2);
 printf("%d\n", ~0);
 return 0;
 }

下面是详细计算过程：

int num1 = -3;//10000000 00000000 00000011 原码
              //11111111 11111111 11111100 反码
              //11111111 11111111 11111101 补码
int num2 = 5; //00000000 00000000 00000101 原码反码补码相同
              
           &  //00000000 00000000 00000101 原码反码补码相同 5
			  
           |  //11111111 11111111 11111101 补码
              //10000000 00000000 00000010 反码
              //10000000 00000000 00000011 原码 -3
             
           ^  //11111111 11111111 11111000 补码
              //10000000 00000000 00000111 反码
              //10000000 00000000 00001000 原码 -8

           ~  //11111111 11111111 11111111 补码
              //10000000 00000000 00000000 反码
              //10000000 00000000 00000001 原码 -1

             

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。

int main()
{
	int a = 3;
	int b = 5;
	printf("交换前:a=%d b=%d\n", a, b);
	a = a ^ b;
	b = a ^ b;
	a = a ^ b;
	printf("交换后:a=%d b=%d\n", a, b);
	return 0;
}

补充：a^a=0     a^0=a   ^满足交换律

所以上面b=a^b时可以理解为b=a^b^b,即b=a^0,而第二次a=a^b可以理解为a=a^a^b,即a=0^b。

练习1：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。

方案一：

int main()
{
	int n = -1;  
	int count = 0;
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 32; i++)
	{
		if (((n >> i) & 1) == 1)
		{
			count++;
		}

	}
	printf("%d\n", count);

	return 0;
}

方案二：

int main()
{
	int n = 0;
	scanf("%d", &n);
	int count = 0;
	while (n)
	{
		n = n & (n - 1);
		count++;
	}
	printf("%d", count);

	return 0;
}

练习2：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

 #include <stdio.h>
 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;
 }

单目操作符

！、 ++ 、- 、 & 、 * 、 + 、 、 ~ 、 sizeof 、 ( 类型 )

&和*在学习指针的时候学习

逗号表达式

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1 
 int a = 1;
 int b = 2;
 int c = (a>b, a=b+10, a, b=a+1);

//代码2 
if (a =b + 1, c=a / 2, d > 0)

下标访问[]、函数调⽤()

[ ] 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

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();//这⾥的()就是作为函数调⽤操作符。 
test2("hello bit.");//这⾥的()就是函数调⽤操作符。 
return 0;
}

结构成员访问操作符

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，假设要描述学⽣，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

描述一个学生：

struct Stu
{
char name[20];//名字 
int age;//年龄 
char sex[5];//性别 
char id[20];//学号 
}; //分号不能丢

结构体变量的定义和初始化

struct B
{
	char c;
	int m;
};
struct Stu
{
	char name[20];
	int age;
	float score;
	struct B bb;
};//全局变量

结构体内嵌套时要加上{ }，乱序初始化时要加 . xx。

结构成员访问操作符

结构体成员的直接访问

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：

struct B
{
	char c;
	int m;
};
struct Stu
{
	char name[20];
	int age;
	float score;
	struct B bb;
};//全局变量
struct Stu s4;
int main()
{
	struct Stu s1 = { "张三",20,95.5f,{'q',20}};//结构体变量的初始化
	struct Stu s2 = { .age = 18,.score = 98.5f,.name = "zhangsan",.bb = {'q',20} };//.bb.c='q',.bb.m=20等效
	printf("%s\n", s1.name);//结构成员访问操作符   结构体变量名.成员名
	printf("%d\n",s1.age);//结构成员访问操作符   结构体变量名.成员名
    printf("%c\n", s1.bb.c);
    printf("%d\n", s1.bb.m)
	printf("%s %d %c %d %f", s1.name, s1.age, s1.bb.c, s1.bb.m, s1.score);
	return 0;
}
//张三
//20
//q
//100
//张三 20 q 100 95.500000

结构体成员的间接访问

详见指针

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。

 3 + 4 * 5;

上⾯⽰例中，表达式 3 + 4 * 5 ⾥⾯既有加法运算符（ + ），⼜有乘法运算符（ * ）。由于乘法的优先级⾼于加法，所以会先计算 4 * 5 ，⽽不是先计算 3 + 4 。

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（ = ）。

 5 * 6 / 2;

上面的示例中，* 和 / 的优先级相同，它们都是左结合运算符，所以从左到右执⾏，先计算 5 * 6 ，  再计算 / 2 。

运算符的优先级顺序很多，下⾯是部分运算符的优先级顺序（按照优先级从⾼到低排列），记住这些操作符的优先级就⾏，其他操作符在使⽤的时候查看下⾯表格就可以了。

• 圆括号（ ( ) ）
• ⾃增运算符（ ++ ），⾃减运算符（-- ）
• 单⽬运算符（ + 和 - ）
• 乘法（ * ），除法（ / ）
• 加法（ + ），减法（ - ）
• 关系运算符（ < 、 > 等）
• 赋值运算符（ = ）

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。

参考：https://zh.cppreference.com/w/c/language/operator_precedence

表达式求值

整型提升

C语⾔中整型算术运算总是⾄少以缺省（默认）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（char）和短整型（short）操作数在使⽤之前被转换为普通整型(int)，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)的操作数的字节⻓度⼀ 般就是int的字节⻓度，同时也是CPU的通⽤寄存器的⻓度。

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）。所以表达式中各种⻓度可能⼩于int⻓度的整型值，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

int main()
{
	char a = 5;   
	//00000000 00000000 00000101   
	//00000101
	char b = 126;
	//00000000 00000000 01111110
	//01111110
	char c = a + b;
	//00000101
	//00000000 00000000 00000101
	//01111110
	//00000000 00000000 01111110

	//00000000 00000000 10000011
	//10000011   --c
	//提升，首位为符号位，即补1
	//11111111 11111111 10000011  补码
	//10000000 00000000 01111100  反码
	//10000000 00000000 01111101
	printf("%d", c);   //-125
	return 0;
}

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，比如double+int，那么int就要转换为double类型后再相加。

问题表达式解析

表达式1

 a*b + c*d + e*f

表达式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;

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。

表达式3

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

表达式3在不同编译器中测试结果：⾮法表达式程序的结果。

表达式4

 #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;

虽然上面的代码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。

表达式5

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

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

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⻛险的，建议不要写出特别复杂的表达式。