BIT-5-操作符详解（C语言初阶学习）

1. 各种操作符的介绍。
2. 表达式求值

1. 操作符分类：

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算术操作符
移位操作符
位操作符
赋值操作符
单目操作符
关系操作符
逻辑操作符
条件操作符
逗号表达式
下标引用、函数调用和结构成员

2. 算术操作符

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+         -         *         /         %

1. 除了 % 操作符之外，其他的几个操作符可以作用于整数和浮点数。
2. 对于 / 操作符如果两个操作数都为整数，执行整数除法。而只要有浮点数执行的就是浮点数除法。
3. % 操作符的两个操作数必须为整数。返回的是整除之后的余数。

3. 移位操作符

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<< 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。

3.1 左移操作符

移位规则：

左边抛弃、右边补0

3.2 右移操作符

移位规则：

首先右移运算分两种：

1. 逻辑移位                                                                                                                        左边用0填充，右边丢弃
2. 算术移位                                                                                                                        左边用原该值的符号位填充，右边丢弃

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

4. 位操作符

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位操作符有：

&         //按位与
|          //按位或
^         //按位异或
注：他们的操作数必须是整数。

练习一下：

#include <stdio.h>
int main()
{int num1 = 1;int num2 = 2;num1 & num2;num1 | num2;num1 ^ num2;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：

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。

5. 赋值操作符

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赋值操作符是一个很棒的操作符，他可以让你得到一个你之前不满意的值。也就是你可以给自己重新赋值。

int weight = 120;//体重
weight = 89;//不满意就赋值
double salary = 10000.0;
salary = 20000.0;//使用赋值操作符赋值。赋值操作符可以连续使用，比如：
int a = 10;
int x = 0;
int y = 20;
a = x = y+1;//连续赋值
这样的代码感觉怎么样？那同样的语义，你看看：
x = y+1;
a = x;
这样的写法是不是更加清晰爽朗而且易于调试。

复合赋值符

+=
-=
*=
/=
%=
>>=
<<=
&=
|=
^=

这些运算符都可以写成复合的效果。

比如：

int x = 10;
x = x+10;
x += 10;//复合赋值
//其他运算符一样的道理。这样写更加简洁。

6. 单目操作符

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6.1 单目操作符介绍

!                      逻辑反操作
-                      负值
+                     正值
&                     取地址
sizeof              操作数的类型长度（以字节为单位）
~                     对一个数的二进制按位取反
--                    前置、后置--
++                  前置、后置++
*                     间接访问操作符(解引用操作符)
(类型)            强制类型转换

演示代码：

#include <stdio.h>
int main()
{int a = -10;int *p = NULL;printf("%d\n", !2);printf("%d\n", !0);a = -a;p = &a;printf("%d\n", sizeof(a));printf("%d\n", sizeof(int));printf("%d\n", sizeof a);//这样写行不行？printf("%d\n", sizeof int);//这样写行不行？return 0;
}

关于sizeof其实我们之前已经见过了，可以求变量（类型）所占空间的大小。

6.2 sizeof 和 数组

#include <stdio.h>
void test1(int arr[])
{printf("%d\n", sizeof(arr));//(2)
}
void test2(char ch[])
{printf("%d\n", sizeof(ch));//(4)
}
int main()
{int arr[10] = {0};char ch[10] = {0};printf("%d\n", sizeof(arr));//(1)printf("%d\n", sizeof(ch));//(3)test1(arr);test2(ch);return 0;
}问：
（1）、（2）两个地方分别输出多少？
（3）、（4）两个地方分别输出多少？

//++和--运算符//前置++和--
#include <stdio.h>
int main()
{int a = 10;int x = ++a;//先对a进行自增，然后对使用a，也就是表达式的值是a自增之后的值。x为11。int y = --a;//先对a进行自减，然后对使用a，也就是表达式的值是a自减之后的值。y为10;return 0;
}//后置++和--
#include <stdio.h>
int main()
{int a = 10;int x = a++;//先对a先使用，再增加，这样x的值是10；之后a变成11；int y = a--;//先对a先使用，再自减，这样y的值是11；之后a变成10；return 0;
}

7. 关系操作符

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关系操作符

>
>=
<
<=
!=              用于测试“不相等”
==            用于测试“相等”

这些关系运算符比较简单，没什么可讲的，但是我们要注意一些运算符使用时候的陷阱。

警告：
在编程的过程中== 和 = 不小心写错，导致的错误。

8. 逻辑操作符

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逻辑操作符有哪些：

&&           逻辑与
|  |            逻辑或

区分逻辑与和按位与
区分逻辑或和按位或

1&2----->0
1&&2---->1

1| 2----->3
1 | | 2---->1

逻辑与和或的特点：

360笔试题

#include <stdio.h>int main()
{int i = 0,a=0,b=2,c =3,d=4;i = a++ && ++b && d++;//i = a++||++b||d++;printf("a = %d\n b = %d\n c = %d\nd = %d\n", a, b, c, d);return 0;
}
//程序输出的结果是什么？

9. 条件操作符

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exp1 ? exp2 : exp3

练习：

1.
if (a > 5)b = 3;
elseb = -3;
转换成条件表达式，是什么样？2.使用条件表达式实现找两个数中较大值。

10. 逗号表达式

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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
}

11. 下标引用、函数调用和结构成员

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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();            //实用（）作为函数调用操作符。test2("hello bit.");//实用（）作为函数调用操作符。return 0;
}

3. 访问一个结构的成员

.            结构体.成员名
->         结构体指针->成员名

#include <stdio.h>
struct Stu
{char name[10];int age;char sex[5];double score;
}；void set_age1(struct Stu stu)
{stu.age = 18;
}
void set_age2(struct Stu* pStu)
{pStu->age = 18;//结构成员访问
}
int main()
{struct Stu stu;struct Stu* pStu = &stu;//结构成员访问stu.age = 20;//结构成员访问set_age1(stu);pStu->age = 20;//结构成员访问set_age2(pStu);return 0;
}

12. 表达式求值

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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。

同样，有些表达式的操作数在求值的过程中可能需要转换为其他类型。

12.1 隐式类型转换

C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？

整形提升是按照变量的数据类型的符号位来提升的

//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

整形提升的例子:

//实例1
int main()
{char a = 0xb6;short b = 0xb600;int c = 0xb6000000;if(a==0xb6)printf("a");if(b==0xb600)printf("b");if(c==0xb6000000)printf("c");return 0;
}

实例1中的a,b要进行整形提升,但是c不需要整形提升

a,b整形提升之后,变成了负数,所以表达式 a==0xb6 , b==0xb600 的结果是假,但是c不发生整形提升,则表达式 c==0xb6000000 的结果是真.

所程序输出的结果是:

c

//实例2
int main()
{char c = 1;printf("%u\n", sizeof(c));printf("%u\n", sizeof(+c));printf("%u\n", sizeof(-c));return 0;
}

实例2中的,c只要参与表达式运算,就会发生整形提升,表达式 +c ,就会发生提升,所以 sizeof(+c) 是4个字节.

表达式 -c 也会发生整形提升,所以 sizeof(-c) 是4个字节,但是 sizeof(c) ,就是1个字节.

12.2 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较低，那么首先要转换为另外一个操作数的类型后执行运算。

警告：
但是算术转换要合理，要不然会有一些潜在的问题。

float f = 3.14;
int num = f;//隐式转换，会有精度丢失

12.3 操作符的属性

复杂表达式的求值有三个影响的因素。

1. 操作符的优先级
2.  操作符的结合性
3. 是否控制求值顺序。

两个相邻的操作符先执行哪个？取决于他们的优先级。如果两者的优先级相同，取决于他们的结合性。

操作符优先级

操作 符	描述	用法示例	结果类 型	结合 性	是否控制求值 顺序
（）	聚组	（表达式）	与表达 式同	N/A	否
（）	函数调用	rexp（rexp，...,rexp）	rexp	L-R	否
[ ]	下标引用	rexp[rexp]	lexp	L-R	否
.	访问结构成员	lexp.member_name	lexp	L-R	否
->	访问结构指针成员	rexp->member_name	lexp	L-R	否
++	后缀自增	lexp ++	rexp	L-R	否
--	后缀自减	lexp --	rexp	L-R	否
!	逻辑反	! rexp	rexp	R-L	否
~	按位取反	~ rexp	rexp	R-L	否
+	单目，表示正值	+ rexp	rexp	R-L	否
-	单目，表示负值	- rexp	rexp	R-L	否
++	前缀自增	++ lexp	rexp	R-L	否
--	前缀自减	-- lexp	rexp	R-L	否
*	间接访问	* rexp	lexp	R-L	否
&	取地址	& lexp	rexp	R-L	否
sizeof	取其长度，以字节 表示	sizeof rexp sizeof(类 型)	rexp	R-L	否
(类 型）	类型转换	(类型) rexp	rexp	R-L	否
*	乘法	rexp * rexp	rexp	L-R	否
/	除法	rexp / rexp	rexp	L-R	否
%	整数取余	rexp % rexp	rexp	L-R	否
+	加法	rexp + rexp	rexp	L-R	否
-	减法	rexp - rexp	rexp	L-R	否
<<	左移位	rexp << rexp	rexp	L-R	否
>>	右移位	rexp >> rexp	rexp	L-R	否
>	大于	rexp > rexp	rexp	L-R	否
>=	大于等于	rexp >= rexp	rexp	L-R	否
<	小于	rexp < rexp	rexp	L-R	否
<=	小于等于	rexp <= rexp	rexp	L-R	否
==	等于	rexp == rexp	rexp	L-R	否
!=	不等于	rexp != rexp	rexp	L-R	否
&	位与	rexp & rexp	rexp	L-R	否
^	位异或	rexp ^ rexp	rexp	L-R	否
|	位或	rexp | rexp	rexp	L-R	否
&&	逻辑与	rexp && rexp	rexp	L-R	是
| |	逻辑或	rexp | | rexp	rexp	L-R	是
? :	条件操作符	rexp ? rexp : rexp	rexp	N/A	是
=	赋值	lexp = rexp	rexp	R-L	否
+=	以...加	lexp += rexp	rexp	R-L	否
-=	以...减	lexp -= rexp	rexp	R-L	否
*=	以...乘	lexp *= rexp	rexp	R-L	否
/=	以...除	lexp /= rexp	rexp	R-L	否
%=	以...取模	lexp %= rexp	rexp	R-L	否
<<=	以...左移	lexp <<= rexp	rexp	R-L	否
>>=	以...右移	lexp >>= rexp	rexp	R-L	否
&=	以...与	lexp &= rexp	rexp	R-L	否
^=	以...异或	lexp ^= rexp	rexp	R-L	否
|=	以...或	lexp |= rexp	rexp	R-L	否
，	逗号	rexp，rexp	rexp	L-R	是

一些问题表达式

//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

注释：代码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

//表达式2
c + --c;

注释：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。

//代码3-非法表达式
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

//代码4
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。

//代码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。

Linux环境的结果：

VS2013环境的结果：

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。

总结：我们写出的表达式如果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问题的。

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