C语言操作符深度解析(六)

本文详细解释了C语言中表达式求值的过程,重点讨论了整型提升机制,以及不同类型和操作符之间的算术转换规则,指出了一些可能导致不确定性和潜在风险的复杂表达式示例。

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目录

 

表达式求值

1.1整型提升

1.2算术转换

1.3问题表达式解析

1.3.1表达式1

1.3.2表达式2

1.3.3表达式3

 1.3.4表达式4

1.3.5表达式5:

1.4总结


 

表达式求值

1.1整型提升

        C语⾔中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

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  unsignedint,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 

1.2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。 

1.3问题表达式解析

1.3.1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  

1.3.2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。

 

1.3.3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

b1c92c527d293c419477b88fccc8899d.png

 1.3.4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。  

1.3.5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。 

gcc编译器执⾏结果:

0003f132caa11a9c986026bb2838cef2.png

VS2022运⾏结果:

d8af99a35c24728dd984cb4465a0592d.png

        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。 

 

1.4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。

 

 

使用boost::sprirt编写的表达式解析器,代码很容易扩展,功能很强大,适合做功能强大的客户化定义程序。 -----------表达式解析--------- 已定义的函数有:PI,SIN,COS,TAN,,ABS,EXP,LOGN,POW,SQRT,FORMAT,LENGTH,SUBSTR 强制类型转换请使用:(数据类型)数据 例如:(int) "100" 的值为int型100 已定义的变量有:var1=123,var2=this is a string 请输入您的表达式>>1+2 计算结果:3 XML格式显示计算过程: <?xml version="1.0" encoding="ISO-8859-1"?> <!DOCTYPE parsetree SYSTEM "parsetree.dtd"> <!-- 1+2 --> <parsetree version="1.0"> <parsenode rule="add_expr"> <value>+</value> <parsenode rule="integer_const"> <value>1</value> </parsenode> <parsenode rule="integer_const"> <value>2</value> </parsenode> </parsenode> </parsetree> 计算结果数据类型:integer 计算结果:3 请输入您的表达式>>"ab"+"cd" 计算结果:"abcd" XML格式显示计算过程: <?xml version="1.0" encoding="ISO-8859-1"?> <!DOCTYPE parsetree SYSTEM "parsetree.dtd"> <!-- "ab"+"cd" --> <parsetree version="1.0"> <parsenode rule="add_expr"> <value>+</value> <parsenode rule="string_const"> <value>"ab"</value> </parsenode> <parsenode rule="string_const"> <value>"cd"</value> </parsenode> </parsenode> </parsetree> 计算结果数据类型:string 计算结果:abcd 请输入您的表达式>>format("1+2=%d",1+2) 计算结果:format("1+2=%d",3) XML格式显示计算过程: <?xml version="1.0" encoding="ISO-8859-1"?> <!DOCTYPE parsetree SYSTEM "parsetree.dtd"> <!-- format("1+2=%d",1+2) --> <parsetree version="1.0"> <parsenode rule="function_identifier"> <value>format</value> <parsenode rule="exprlist"> <parsenode rule="string_const"> <value>"1+2=%d"</value> </parsenode> <parsenode rule="add_expr"> <value>+</value> <parsenode rule="integer_const"> <value>1</value> </parsenode> <parsenode rule="integer_const"> <value>2</value> </parsenode> </parsenode> </parsenode> </parsenode> </parsetree> 计算结果数据类型:string 计算结果:1+2=3 请输入您的表达式>>PI() 计算结果:PI() XML格式显示计算过程: <?xml version="1.0" encoding="ISO-8859-1"?> <!DOCTYPE parsetree SYSTEM "parsetree.dtd"> <!-- PI() --> <parsetree version="1.0"> <parsenode rule="function_identifier"> <value>PI</value> </parsenode> </parsetree> 计算结果数据类型:double 计算结果:3.1415926535897931 请输入您的表达式>>cos(1.5) 计算结果:cos(1.5) XML格式显示计算过程: <?xml version="1.0" encoding="ISO-8859-1"?> <!DOCTYPE parsetree SYSTEM "parsetree.dtd"> <!-- cos(1.5) --> <parsetree version="1.0"> <parsenode rule="function_identifier"> <value>cos</value> <parsenode rule="double_const"> <value>1.5</value> </parsenode> </parsenode> </parsetree> 计算结果数据类型:double 计算结果:0.070737201667702906 请输入您的表达式>>q
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