C语言：表达式求值（整型提升、算术转换 ...）

表达式求值

表达式求值的顺序，一部分是由操作符的优先级和结合性决定的。

同样，有些表达式的操作数在求值的过程中可能需要转换成其它类型。

表达式求值，先看有没有隐式类型转换（整型提升/算数转换），然后再看操作符的优先级和结合性

1）整型提升（隐式类型转换）

先来看一段程序：

int main()
{
   
   
	char a = 3;
	char b = 127;
	char c = a + b;
	printf("%d\n", c);  // -126
	return 0;
}

相信很多初学者看到此段代码，都会以为程序会输出 130 ，但其实运行发现，正确结果是 -126

为什么呢？这就涉及到下面要讲的隐式类型转换中的整型提升了

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C语言的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 char 和短整型 short 操作数在使用之前被转换成普通整型 int ，这种类型转换称为整型提升。

int 类型是最适应计算机系统架构的整数类型，它具有和 CPU 寄存器相对应的空间大小和位格式。

• 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（char和short），都必须先转换为 int 或 unsigned int ，然后才能送入CPU去执行运算。

在运算中，char 类型和 short 类型都没有达到一个 int 类型的大小，但 CPU 又是以整型 int 的方式来计算的，如果我们能够把长度小于 int 的提升成 int 来计算，这样计算的精度就提高了。

• 截断：

在C语言中进行变量赋值的时候，赋值了超出范围的数据，即将整数存入比它占字节小的变量类型中时，就会发生截断，保留相应的整数二进制序列的低位，其余部分抛弃。

实例：

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。

char a, b, c;
a = b + c;

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1、如何进行整型提升

• 负数的整型提升

char a = -128;

负数 -128 在 char 类型的取值范围内，其在内存中的补码形式：

10
10000000 - a（补码）

变量 a 是一个有符号数，最高位为 1 表示负数，所以整型提升的时候，高位补充符号位，即为 1

整型提升之后的结果为：

11111111 11111111 11111111 10000000 - a（补码）

• 正数的整型提升

char a = 1;

正数 1 在 char 类型的取值范围内，其在内存中补码形式：

0000 0001 - a

因为变量 a 是一个有符号数，最高位为 0 表示正数，所以整型提升的时候，高位补充符号位，即为 0

整型提升之后的结果为：

00000000 00000000 00000000 00000001 - a（补码）

• 无符号数整型提升

unsigned char a = 300;
// %u - unsigned int - 按无符号整型数输入或输出数据
//注意：无符号整型数用 %u 打印，否则不会得到正确结果
// %d 表示有符号十进制数的打印
printf("%u", a);  //输出 44

正数 300 超过了 char 类型的取值范围，其在内存中的补码形式：

00000000 00000000 00000001 00101100 - 正数300

变量 a 是无符号类型，表示一个正数

而 char 类型占用一个字节，所以 300 存入变量 a 截断保留低8位的二进制数，其余部分抛弃，得到变量 a 的二进制序列（补码）如下：

0010 1100 - a

无符号数整型提升时高位补 0 ，结果为：

00000000