一觉醒来全球编码能力下降100000倍，新手小白的我决定科普C语言——操作符详解

置顶 C语言魔术师

已于 2025-02-02 18:30:12 修改

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分类专栏： C语言系统学习文章标签： c语言开发语言

于 2025-02-02 16:40:48 首次发布

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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： . 、->

上述的操作符，我们已经讲过算术操作符、赋值操作符、逻辑操作符、条件操作符和部分的单⽬操作符，今天继续介绍⼀部分，操作符中有⼀些操作符和⼆进制有关系，我们先铺垫⼀下⼆进制的和进制转换的知识。

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进制讲起，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常识：

• 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 , 10 , 10 ... 0 1 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 的几次方如果是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0~7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0~9,a~f的，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

3.原码、反码和补码

原整数的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。为什么呢？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 <stdio.h>
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 <stdio.h>
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。

#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;
}

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 <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;
}

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。

参考代码：
//⽅法1 
#include <stdio.h>
int main()
{
 int num = 10;
 int count= 0;//计数 
 while(num)
 {
 if(num%2 == 1)
 count++;
 num = num/2;
 }
 printf("⼆进制中1的个数 = %d\n", count);
 return 0;
}
//思考这样的实现⽅式有没有问题？ 
//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 & (1 << i) )
 count++; 
 }
 printf("⼆进制中1的个数 = %d\n",count);
 return 0;
}
//思考还能不能更加优化，这⾥必须循环32次的。 
//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;
}
//这种⽅式是不是很好？达到了优化的效果，但是难以想到。

练习2：⼆进制位置0或者置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

#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;
}

6. 单⽬操作符

！、++、--、&、*、+、-、~ 、sizeof、(类型)

单⽬操作符的特点是只有⼀个操作数，在单⽬操作符中只有&和*没有介绍，这2个操作符，我们放在学习指针的时候学习。

7. 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 
}

8. 下标访问[]、函数调⽤()

8.1 []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。

8.2 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(); //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;
}

9. 结构成员访问操作符

9.1 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。

9.1.1 结构的声明

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

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

9.1.2 结构体变量的定义和初始化

//代码1：变量的定义 
struct Point
{
 int x;
 int y;
}p1; //声明类型的同时定义变量p1 
struct Point p2; //定义结构体变量p2 
//代码2:初始化。 
struct Point p3 = {10, 20};
struct Stu //类型声明
{
 char name[15];//名字 
 int age; //年龄 
};
struct Stu s1 = {"zhangsan", 20};//初始化 
struct Stu s2 = {.age=20, .name="lisi"};//指定顺序初始化 
//代码3 
struct Node
{
 int data;
 struct Point p;
 struct Node* next; 
}n1 = {10, {4,5}, NULL}; //结构体嵌套初始化 
struct Node n2 = {20, {5, 6}, NULL};//结构体嵌套初始化

9.2 结构成员访问操作符

9.2.1 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：

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

9.2.2 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 <stdio.h>
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;
}

#include <stdio.h>
#include <string.h>
struct Stu
{
 char name[15];//名字 
 int age; //年龄 
};
void print_stu(struct Stu s)
{
 printf("%s %d\n", s.name, s.age);
}
void set_stu(struct Stu* ps)
{
 strcpy(ps->name, "李四");
 ps->age = 28;
}
int main()
{
 struct Stu s = { "张三", 20 };
 print_stu(s);
 set_stu(&s);
 print_stu(s);
 return 0;
}

10. 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。

10.1 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 。

10.2 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），建议⼤概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

11. 表达式求值

11.1 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。

//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？

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
//⽆符号整形提升，⾼位补0

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。

11.3 问题表达式解析

11.3.1 表达式1

//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

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

11.3.2 表达式2

//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。

11.3.3 表达式3

//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

11.3.4 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;
}

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。

11.3.5 表达式5


//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;
}
//尝试在linux 环境gcc编译器，VS2013环境下都执⾏，看结果。