4_操作符详解
操作符详解
一. 操作符分类
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- 算数操作符
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- 移位操作符
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- 位操作符
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- 赋值操作符
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- 单目操作符
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- 关系操作符
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- 逻辑操作符
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- 条件操作符
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- 逗号表达式
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- 下标引用,函数调用和结构成员
二.算数操作符
+ - * / %
-
- 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。
-
- 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。
-
- % 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。
三.位移操作符(移动的是2进制位)
<< 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. 补充知识
- 整数的二进制表达形式有3种:原码,反码,补码
- 整数有32个比特位00000000000000000000000000000000(从后往前依次代表2的0次方,2的一次方…2的三十二次方,与相应位置的数字0或1相乘后加和即为该整数)
- 原码:按数值正负直接写出的二进制序列就是原码.
- 反码:原码的符号位不变,其他位按位取反.
- 补码:反码的二进制+1得到补码
- 整数在内存里储存的都是补码的二进制序列
- 整数在计算的时候也使用补码
-
对于一个整数是4个字节 = 32个比特位
-
一个整数写出2进制序列的时候,就是32个比特位
-
对于有符号的整数来说,最高位(最左边的一位)的一位是符号位
- 符号位是1表示负数
- 符号位是0表示正数
-
对于无符号数整数来说,没有符号位所有位都是有效位
- 对于正的整数,原码,反码,补码相同
- 对于负的整数原码,反码,补码是需要计算的
2. 左移操作符
①移位规则
- 左边抛弃,右边补0.
②例子
③效果
- 左移效果等价整数乘二
3. 右移操作符
①移位规则:
- 首先右移运算分两种:
-
- 逻辑右移
- 左边用0填充,右边丢弃
-
- 算数右移
- 左边用原该值的符号位填充,右边丢弃
- 采取什么方式根据编译器决定
②例子
③效果
- 右移效果等价除二
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
四.位操作符
1. 内容
二进制位
& //按位与 对应的2进制位只要有0就为0,两个都为1才是1.
| //按位或 对应的2进制位只有1就为1,两个都为0才为0.
^(支持交换律) //按位异或 对应的2进制相同为0,相异为1.
注:他们的操作数必须是整数
2. 例子
-
按位与
-
注:获得a的某一2进制位(&1,或者右移再&1)
-
按位或
-
按位异或
练习
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。
五.赋值操作符
1. 内容
可以给自己的变量重新赋值。
2. 例子
int a = 10; //这是初始化,不是赋值
a = 20; //这是赋值
//连续赋值
int a = 0;
int b = 1;
int c = 2;
a = b = c-1; //连续赋值 从左向右运行
//等价于
//b = c-1;
//a = b;
//第二种写法更加清爽且易于调试(第一种一步跳过)
3. 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。
六.单目操作符(只有一个操作数)
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(即全部取反:符号位+数值位)
-- 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
-
逻辑取反
-
取地址
-
操作数类型长度
-
~ 对一个数的二进制按位取反
- ++和–
- 口诀:
-
- 前置++,先+1后使用
-
- 后置++,想使用后+1
sizeof和数组
七.关系操作符
>
>=
<
<=
!= 用于测试"不相等"
== 用于测试"相等"
八.逻辑操作符
&& 逻辑与就是并且
|| 逻辑或就是或者
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
九.条件操作符(C语言里唯一的三目操作符)
1. 内容
exp1?exp2:exp3
2. 例子:
- 找最大值
int a = 10;
int b = 20;
int MAX = 0;
MAX = a>b?a:b;
printf("%d",c);
十.逗号表达式
1. 内容
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
- 注意操作符优先值
2.例子
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
}
十一.下标引用,函数调用和结构成员
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
- 接受一个或多个操作数:第一个操作数是函数名,剩余的操作数就是传给函数的参数
#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
十二.表达式求值
1. 内容
- 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。
2.隐式类型转化
-
- 整型提升(对于小于int大小的类型,如:char,short int)
-
- 算数转化(针对大于或小于int大小的类型)
3.整型提升
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。
示例:
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。
如何进行整型提升
- 整型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
例子
-
所以输出的结果: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;
}
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? ,就是1个字节
4.算数转化
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.下面的操作体系称为寻常算数转换.
- 向上转换
- 如果某个操作数的类型在上面这个列表的排名较低,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:
但是算数转换要合理,不然会有一些潜在问题.
float f = 3.14;
int num = f;//隐式转换,会有精度丢失
5.操作符的属性
- 复杂操作符的求值有三个影响因素
- 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
一些表达问题
//表达式的求值部分由操作符的优先级决定的
//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。
所以表达式的计算顺序就可能是:
//表达式2
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。
//表达式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各不相同
//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。
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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