C语言教程---运算符、表达式和语句

1.基本运算符

1.1赋值运算符：=

在C语言中，=不是等于的意思，而是一个赋值运算符。

用于将右边的值赋给左边的变量。

左边必须是一个可存储值的变量，右边可以是常量、表达式、函数的返回值等。

如：

int a = 10;  // 将10赋值给变量 a

这里，= 是一个赋值操作符，表示把右边的值 10 存储到左边的变量 a 中

下面介绍几个概念：

数据对象：用于存储值的数据存储区统称为数据对象

左值：表示的是内存中某个可以被赋值的对象的地址。换句话说，左值是一个能够持久存在的内存位置，通常它是一个变量或数组元素，能够通过赋值语句改变它的值。

可修改左值：指那些可以被修改（赋值）的左值。C语言中的左值不一定都可以修改。

int x = 10;  // x 是一个可修改左值
x = 20;       // 通过赋值操作修改了 x 的值

int arr[3] = {1, 2, 3};
arr[0] = 5;  // arr[0] 是可修改左值，修改了它的值

struct Person {
    int age;
};
struct Person p = {25};
p.age = 30;  // p.age 是可修改左值，修改了它的值

const int x = 10;
x = 20;  // 错误：x 是常量，不能修改

5 = x;  // 错误：5 是右值，不能被修改

右值：指的是能够赋值给可修改左值的量，且本身不是左值

1.2加法运算符：+

算数加法

+ 运算符用于两个操作数的加法运算。它可以用于整数、浮点数、字符等类型的数据。

int a = 5, b = 3;
int sum = a + b;  // sum = 5 + 3，结果是 8

字符串连接

对于字符串类型，+ 运算符并不能直接连接两个字符串，但是在C++中它是支持字符串连接的。C语言中通常使用 strcat() 函数进行字符串拼接。

char str1[20] = "Hello ";
char str2[] = "World!";
strcat(str1, str2);  // 使用 strcat 来拼接两个字符串

1.3减法运算符：-

算数减法

- 运算符用于两个操作数的减法运算，也可以用于整数、浮点数、字符等类型的数据。

int a = 5, b = 3;
int difference = a - b;  // difference = 5 - 3，结果是 2

负号（取反）

- 运算符也可以作为一元运算符，表示取负数（即改变数字的符号）。

int a = 5;
int b = -a;  // b = -5

1.4乘法运算符：*

* 运算符用于执行两个数的乘法运算。它可以用于整数、浮点数、字符等类型的数据，结果的类型通常与操作数类型兼容。

int a = 5, b = 3;
int result = a * b;  // result = 5 * 3，结果是 15

float x = 2.5, y = 4.0;
float result = x * y;  // result = 2.5 * 4.0，结果是 10.0

1.5除法运算符：/

/ 运算符用于两个数的除法运算。它可以用于整数、浮点数等类型的数据.

如果两个操作数都是整数类型（如 int），则执行整数除法，会丢弃余数。如果出现除数为零的情况，会导致运行时错误（如除以零错误）。

int a = 10, b = 3;
int result = a / b;  // result = 10 / 3，结果是 3，余数不要

如果操作数是浮点数（如 float 或 double），则执行浮点除法，结果会是一个浮点数，保留小数部分。

float x = 10.0, y = 3.0;
float result = x / y;  // result = 10.0 / 3.0，结果是 3.333333

当一个整数与浮点数相除时，结果会自动转换为浮点数，因为浮点数类型的结果能更好地表示精度。

int a = 10;
float b = 3.0;
float result = a / b;  // result = 10 / 3.0，结果是 3.333333

1.6取余运算符：%

% 运算符用于计算两个整数相除后的余数。它的操作数通常是整数类型（int、long 等）。

当使用 % 运算符时，它会返回除法运算的余数，而不考虑商。

int a = 10, b = 3;
int result = a % b;  // result = 10 % 3，结果是 1，因为 10 除以 3 商是 3，余数是 1

符号规则：取余运算符的结果的符号与被除数（左操作数）的符号一致。

例如，10 % 3 的结果是 1，而 -10 % 3 的结果是 -1，因为余数的符号与被除数相同

2.其他运算符

2.1sizeof运算符和size_t类型

在前面的笔记中见过了sizeof运算符，sizeof运算符以字节为单位返回运算对象的大小，运算对象可以是具体的数据对象（如：变量名）或类型，如果运算对象是类型的话（如：float），则必须使用圆括号将其括起来。

C语言规定，sizeof返回size_t类型的值，这是一个无符号整型类型的，在C99标准中，新增了%zd转换说明用于printf()显示size_t类型的值，如果系统不支持%zd，可以使用%u或%lu来代替。

#include <stdio.h>

int main() {
    int a = 10;
    double b = 3.14;

    // 获取 int 类型变量 a 的大小
    printf("Size of a (int): %zd bytes\n", sizeof a);  // Size of a(int) : 4 bytes

    // 获取 double 类型变量 b 的大小
    printf("Size of b (double): %zd bytes\n", sizeof(b));  // Size of b(double) : 8 bytes

    // 获取 int 类型的大小
    // 需要用圆括号将 int 括起来
    printf("Size of int: %zu bytes\n", sizeof(int));  // Size of int: 4 bytes

    return 0;
}

2.2递增运算符：++

递增运算符的基本作用是：增加1

递增运算符有两种形式：

• 前缀递增（++a）：先将变量的值增加 1，然后再返回增加后的值。

• 后缀递增（a++）：先返回变量当前的值，再将变量的值增加 1。

#include <stdio.h>

int main() {
    int a = 5;

    // 前缀递增：先将a增加1，再返回新的值
    printf("++a = %d\n", ++a);  // a 先变成 6，返回 6
    printf("a after ++a = %d\n", a);  // a = 6

    // 后缀递增：先返回当前的 a 值，再将 a 增加 1
    printf("a++ = %d\n", a++);  // 先返回 6，再把 a 增加到 7
    printf("a after a++ = %d\n", a);  // a = 7

    return 0;
}

2.3递减运算符：--

递减运算符的基本作用是：减少1

递减运算符同样有两种形式：

• 前缀递减（--a）：先将变量的值减少 1，然后再返回减少后的值。

• 后缀递减（a--）：先返回变量当前的值，再将变量的值减少 1。

#include <stdio.h>

int main() {
    int a = 5;

    // 前缀递减：先将 a 减少 1，再返回新的值
    printf("--a = %d\n", --a);  // a 先变成 4，返回 4
    printf("a after --a = %d\n", a);  // a = 4

    // 后缀递减：先返回当前的 a 值，再将 a 减少 1
    printf("a-- = %d\n", a--);  // 先返回 4，再把 a 减少到 3
    printf("a after a-- = %d\n", a);  // a = 3

    return 0;
}

2.4前缀和后缀递增/递减的区别

前缀递增 (++a) 和前缀递减 (--a)：

• 先修改变量的值（增加或减少），然后返回修改后的值。

• 适用于需要立即获取修改后值的场景。

后缀递增 (a++) 和后缀递减 (a--)：

• 先返回变量当前的值，再修改变量的值（增加或减少）。

• 常用于在表达式中，返回原值而后再改变变量值。

3.表达式和语句

3.1表达式

表达式 是由一个或多个操作数（变量、常量、函数、操作符等）构成的组合，表达式求值的结果是一个值（通常是某种类型的数据）。表达式执行时，可以进行计算、赋值、逻辑判断等操作。

常见的表达式类型：

• 算术表达式：如 a + b、a - b、a * b、a / b、a % b

• 关系表达式：如 a == b、a > b、a < b 等（结果为布尔值 true 或 false）

• 逻辑表达式：如 a && b、a || b、!a

• 赋值表达式：如 a = 10、b += 5

• 自增/自减表达式：如 a++、--b

• 条件（三目）表达式：如 a > b ? a : b

• 函数调用表达式：如 printf("Hello, World!")

#include <stdio.h>

int main() {
    int a = 5, b = 3;
    int result;

    // 算术表达式
    result = a + b;   // a + b 计算结果赋给 result
    printf("a + b = %d\n", result);  // 输出 8

    // 关系表达式
    if (a > b) {
        printf("a大于b\n");
    }

    // 逻辑表达式
    if (a != b && b < 10) {
        printf("逻辑表达式为真（true）\n");
    }

    // 条件（三目）表达式
    result = (a > b) ? a : b;  // 如果 a > b 则 result = a，否则 result = b
    printf("三目表达式的结果为: %d\n", result);

    return 0;
}

3.2语句

语句 是程序的基本执行单元，表示程序的某个动作或操作。语句执行时，它可以包含表达式，也可以是其他类型的控制结构，如条件语句、循环语句、跳转语句等。语句的执行不一定会返回值，而是完成一个动作，如赋值、输出、条件判断等。

在 C 语言中，语句一般以分号 (;) 结尾，表示语句的结束。

常见的语句类型：

• 表达式语句：是由表达式构成的语句，通常用于执行计算或赋值操作。

  a = 5;  // 赋值语句
  result = a + b;  // 算术运算语句

• 声明语句：用于声明变量或常量。

  int x = 10;  // 变量声明语句

• 条件语句：根据某个条件选择执行不同的代码块，常见的有 if 和 switch。

  if (a > b) {
      printf("a是大于b的\n");
  } else {
      printf("b是小于或者等于a的\n");
  }

• 循环语句：用于重复执行某个代码块，常见的有 for、while 和 do...while。

  for (int i = 0; i < 5; i++) {
      printf("i = %d\n", i);
  }

• 跳转语句：控制程序执行的流程，常见的有 break、continue 和 return。

  if (a < b) {
      return 0;  // 提前结束函数的执行
  }

• 复合语句：由多个语句组成的语句块，通常用 {} 来包含。

  {
      int a = 10;
      a += 5;
      printf("%d\n", a);
  }

4.类型转换

在 C 语言中，类型转换是指将一种数据类型的值转换成另一种数据类型的过程。

类型转换通常分为两种：隐式类型转换（自动类型转换）和 显式类型转换（强制类型转换）。

4.1隐式类型转换

隐式类型转换是由编译器自动完成的转换过程。发生在不同数据类型之间的操作数参与运算时，编译器会根据规则自动将较小范围的类型转换为较大范围的类型，从而避免数据丢失。

规则：

• 整数类型转换：较小的整数类型（如 char、short）会被自动转换为 int 类型。如果操作数的结果会超出 int 的范围，可能会转换为 long 或更大的类型。

• 浮点类型转换：float 类型会自动转换为 double 类型。long double 也会自动转换为 double 类型。

• 不同整数类型之间的转换：如 short 转换为 int，int 转换为 long。

#include <stdio.h>

int main() {
    int a = 5;
    double b = 3.14;
    
    // 隐式类型转换：int -> double
    double result = a + b;  // a 会被自动转换为 double 类型，结果为 double 类型
    printf("Result: %.2f\n", result);  // 输出 8.14

    // 隐式类型转换：short -> int
    short s = 100;
    int i = s + a;  // short 类型 s 会自动转换为 int 类型
    printf("i = %d\n", i);  // 输出 105

    return 0;
}

4.2显式类型转换

显示类型转换是由程序员手动进行的类型转换。

语法：

(type) expression
    type 是目标类型，表示你希望转换成的类型。
    expression 是要进行转换的表达式。

#include <stdio.h>

int main() {
    double a = 5.75;
    int b;

    // 强制类型转换：double -> int
    b = (int) a;  // 将 double 类型强制转换为 int 类型
    printf("b = %d\n", b);  // 输出 5，丢失小数部分

    // 强制类型转换：float -> int
    float c = 10.56f;
    b = (int) c;  // 将 float 类型强制转换为 int 类型
    printf("b = %d\n", b);  // 输出 10，丢失小数部分

    return 0;
}