深蓝学院C++基础与深度解析笔记 第 4 章 表达式

第 4 章 表达式

一、表达式基础

A、表达式: 由一到多个操作数组成，可以求值并 ( 通常会 ) 返回求值结果:

#include <iostream>
int main(){int x;x = 3;
}

• 最基本的表达式：变量、字面值
• 通常来说，表达式会包含操作符（运算符）, 且可以嵌套
• 操作符的特性
  ● 接收几个操作数：一元、二元、三元 ？：
  ● 操作数的类型 - 类型转换
  ● 操作数是左值还是右值
  ● 结果的类型
  ● 结果是左值还是右值
  ● 优先级与结合性 (cpp-reference) ，可以通过小括号来改变运算顺序，和数学上一样，相同的优先级的结合性相同
  ● 操作符的重载 不改变接收操作数的个数、优先级与结合性
• 操作数求值顺序的不确定性

最终的顺序：

括号 -> 优先级 -> 结合性

PS： 函数调用也是表达式：

#include<iostream>
void fun(int p12, int p2)
{std::cout<< p1 << ' ' << p2 << '\n';
}
int main(){int x=0;fun(x=x+1,x=x+1); 
}

函数参数计算顺序可能不同

B、左值和右值
传统的左值与右值划分

– 来源于 C 语言：左值可能放在等号左边；右值只能放在等号右边
– 在 C++ 中，左值也不一定能放在等号左边；右值也可能放在等号左边

● 所有的划分都是针对表达式的，不是针对对象或数值，针对表达式结果
– glvalue ：泛左值：标识一个对象、位或函数
– prvalue ：纯右值：用于初始化对象或作为操作数
– xvalue ： 将亡值：表示其资源可以被重新使用，在内存销毁前把内容保留下来

decltype(实体/表达式)

● 左值与右值的转换
– 左值转换为右值（ lvalue to rvalue conversion ）
– 临时具体化（ Temporary Materialization ）
● 再论 decltype
– prvalue → type
– lvalue → type&
– xvalue → type&&

std::move()可以构造亡值

C、类型转换
一些操作符要求其操作数具有特定的类型，或者具有相同的类型，此时可能产生类型转换
1、 隐式类型转换

– 自动发生
– 实际上是一个（有限长度的）转型序列
– https://en.cppreference.com/w/cpp/language/implicit_conversion
– 并非所有类型之间都可以任意转换
数值提升：精度、内存空间提升；数值之间的转换可以导致精度缺失，更改值

2、显示类型转换
使用的时候小心谨慎些，容易出错，风险较大；尽量写长些，容易识别

– 显式引入的转换  可以使用括号和类型结合转换
– static_cast
– const_cast
– dynamic_cast
– reinterpret_cast
– C 形式的类型转换

关于类型转换的补充：

静态转换（Static Cast）：
静态转换是最常用的类型转换方式之一，用于显式转换一种类型为另一种类型，但在转换时没有进行运行时检查。静态转换可以用于类层次结构中的上下转换（派生类向基类转换），以及非相关类型之间的转换。使用静态转换时，需要注意类型转换的安全性，因为它没有运行时检查。示例：

int x = 10;
double y = static_cast<double>(x);  // 将整数转换为浮点数

动态转换（Dynamic Cast）：
动态转换用于在类层次结构中进行安全的上下转换（派生类向基类转换），并提供运行时类型检查。如果转换无效，即源指针指向的对象不是目标类型的一个有效派生类对象，动态转换将返回空指针（对于指针类型）或引发 std::bad_cast 异常（对于引用类型）。示例：

Base* basePtr = new Derived();  // 派生类指针赋值给基类指针
Derived* derivedPtr = dynamic_cast<Derived*>(basePtr);  // 动态转换
if (derivedPtr != nullptr) {// 转换成功，可以安全使用 derivedPtrderivedPtr->doSomething();
}

重新解释转换（Reinterpret Cast）：
重新解释转换是一种较为低级别的转换方式，用于将一个指针或引用转换为不同类型的指针或引用，甚至可以将整数类型转换为指针类型或反之。它的行为比较危险，需要谨慎使用，因为它不会进行任何类型检查和转换。示例：

int x = 10;
double* ptr = reinterpret_cast<double*>(&x);  // 将整数指针转换为双精度浮点数指针

常量转换（Const Cast）：
常量转换用于移除表达式的常量性（const）或将常量性添加到表达式。它主要用于处理函数重载或操作函数返回类型为常量的情况。常量转换不能用于修改实际的常量对象。示例：

const int x = 10;
int* ptr = const_cast<int*>(&x);  // 移除常量性以获取非常量指针
*ptr = 20;  // 修改通过常量指针获取的值

使用Boost将数字型对象的值转换为字符文本格式:boost::lexical_cast

在进行类型转换时，应谨慎考虑类型安全性和潜在的运行时错误

二、表达式详述

A、算术操作符
● 共分为三个优先级
– + ， - （一元，正负号）,可以让数组变成指针，类型提升
– * ， / ， % （%只接受整数）
– + ， - （二元，加减号）
● 均为左结合的
● 通常来说，操作数与结果均为算数类型的右值；但加减法与一元 + 可接收指针
● 一元 + 操作符会产生 integral promotion
● 整数相除会产生整数，向 0 取整
● 求余只能接收整数类型操作数，结果符号与第一个操作数相同
● 满足 (m / n) * n + m % n == m

B、逻辑与关系操作符
● 关系操作符接收算术或指针类型操作数；逻辑操作符接收可转换为 bool 值的操作数
● 操作数与结果均为右值（结果类型为 bool ）
● 除逻辑非外，其它操作符都是左结合的
● 逻辑与、逻辑或具有短路特性
● 逻辑与的优先级高于逻辑或，建议使用括号!
● 通常来说，不能将多个关系操作符串连 例子：c>b>a ×
● 不要写出 val == true 这样的代码
● Spaceship operator: <=>用于比较复杂的对象的对比（C++20）
– strong_ordering
– weak_ordering
– partial_ordering nan:not a number 非正常数字

c、位操作符
~：按位取反

● 接收右值，进行位运算，返回右值
● 除取反外，其它运算符均为左结合的
● 注意计算过程中可能会涉及到整形提升 integral promotion
● 注意这里** **
● 移位操作在一定情况下等价于乘（移位 ：左移<< 1（乘2的1次）、右移>>1（除2）） 2 的幂，但速度更快
<<n : 乘2的n次 >>n : 除2的n次
● 注意整数的符号与位操作符的相关影响
– integral promotion 会根据整数的符号影响其结果
– 右移保持符号，但左移不能保证

D、赋值操作符
● 左操作数为可修改左值；右操作数为右值，可以转换为左操作数的类型
● 赋值操作符是右结合的：先处理右侧的
● 求值结果为左操作数
● 可以引入大括号（初始化列表）以防止收缩转换（ narrowing conversion ）
● 小心区分 = 与 ==
● 复合赋值运算符
交换x，y:

E、自增与自减运算符
● ++; –
● 分前缀与后缀两种情况

• 操作数为左值；前缀时返回左值操作完之后的；后缀时返回操作之前的右值

● 建议使用前缀形式

F、其它操作符
● 成员访问操作符： . 与 ->
– -> 等价于 (*).
– . 的左操作数是左值（或右值），返回左值（或右值 xvalue ），和返回类型相同
– -> 的左操作数指针，返回左值
● 条件操作符
– 唯一的三元操作符： ？：，可以嵌套

– 接收一个可转换为 bool 的表达式与两个类型相同的表达式，只有一个表达式会被求值
– 如果表达式均是左值，那么就返回左值，否则返回右值
– 右结合，嵌套多层的？：会先转换成 单个的 ？：

G:其他操作符：
逗号操作符
– 确保操作数会被从左向右求值
– 求值结果为右操作数
– 左结合
●sizeof 操作符
– 操作数可以是一个类型（需要加括号）或一个表达式
– 并不会实际求值，而是返回相应的字节尺寸
● 其它操作符
– 域解析操作符 ::
– 函数调用操作符 ()
– 索引操作符 []
– 抛出异常操作符 throw
– …

在 C++17 中，可以确保 e1 会先于 e2 被求值
– e1[e2]
– e1.e2
– e1.e2
– e1→e2
– e1<<e2
– e1>>e2
– e2 = e1 / e2 += e1 / e2 *= e1… （赋值及赋值相关的复合运算）
● new Type(e) 会确保 e 会在分配内存之后求值