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一. 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，我们已经学过算术操作符、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。
二. 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尝试：
• 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。
1. 二进制转十进制
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 100 , 101 , 102 ……
（以123为例）如下表：
| 百位 | 十位 | 个位 | |
|---|---|---|---|
| 10进制位 | 1 | 2 | 3 |
| 权重 | 10^2 | 10^1 | 10^0 |
| 权重值 | 100 | 10 | 1 |
| 求值 | 1*100+2*10+3*1=123 | ||
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: 20 , 21 , 22 ……
（以1101为例）如果是2进制的1101，该怎么理解呢？
| 2进制位 | 1 | 1 | 0 | 1 |
|---|---|---|---|---|
| 权重 | 2^3 | 2^2 | 2^1 | 2^0 |
| 权重值 | 8 | 4 | 0 | 1 |
| 求值 | 1*8+1*4+0*2+1*1=13 | |||
1.1 十进制转二进制数字
以10进制的125转2进制的1111101为例：
| 2 | 125 | 余数为1 | 从下往上依次所得的余数就是十进制转换出的二进制 | |||||||
| 2 | 62 | 余数为0 | ||||||||
| 2 | 31 | 余数为1 | ||||||||
| 2 | 15 | 余数为1 | ||||||||
| 2 | 7 | 余数为1 | ||||||||
| 2 | 3 | 余数为1 | ||||||||
| 2 | 1 | 余数为1 | ||||||||
| 0 | ||||||||||
| 以10进制的125转2进制的1111101 | ||||||||||
2. 二进制转八进制和十六进制
2.1 二进制转八进制
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进制 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 |
| 10进制 | 1 | 5 | 3 | |||||
2.2 二进制转十六进制
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
| 2进制 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 |
| 16进制 | 6 | b | ||||||
三. 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。
反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。
四. 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。
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;
}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五. 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。
直接上代码：
#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;
}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： 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1101
将第5位置为1后：0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1101
将第5位再置为0：0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1101
参考代码：
#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;
}六. 单目操作符
单目操作符有这些：
！、++、--、&、*、+、-、~ 、sizeof、(类型)
单目操作符的特点是只有一个操作数。
七. 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？
c=13
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
}八. 下标访问[]、函数调用()
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(); //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;
}九. 结构成员访问操作符
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。
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2. 结构成员访问操作符
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;
}使用方式：结构体变量.成员名
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;
}使用方式：结构体指针->成员名
综合举例：
#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;
}十. 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。
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 。
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 6 / 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
十一. 表达式求值
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？
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02. 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。
3. 问题表达式解析
3.1 表达式1
//表达式的求值部分由操作符的优先级决定。
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*f3.2 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。
3.3 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
| 值 | 编译器 |
|---|---|
| -128 | Tandy 6000 Xenix 3.2 |
| -95 | Think C 5.02(Macintosh) |
| -86 | IBM PowerPC AIX 3.2.5 |
| -85 | Sun Sparc cc(K&C编译器) |
| -63 | gcc, HP_UX 9.0, Power C 2.0.0 |
| 4 | Sun Sparc acc(K&C编译器) |
| 21 | Turbo C/C++ 4.5 |
| 22 | FreeBSD 2.1 R |
| 30 | Dec Alpha OSF1 2.0 |
| 36 | Dec VAX/VMS |
| 42 | Microsoft C 5.1 |
3.4 表达式4
#include <sdtio.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。
3.5 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。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。
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风险的，建议不要写出特别不负责的表达式。
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