C语言——操作符保姆级教学（含整形提升及算数转换）

server/2024/9/24 21:22:59/

操作符

  • 一.操作符的分类
  • 二.原码、反码、补码
  • 三.移位操作符
    • 1.左移操作符：<<
    • 2.右移操作符：>>
  • 四.位操作符
    • 1.按位与—— &
    • 2.按位或—— |
    • 3.按位异或—— ^
    • 4.按位取反—— ~
  • 五.逗号表达式
  • 六.条件操作符
  • 七.操作符的属性：优先级、结合性
    • 1.优先级
    • 2.结合性
  • 八.表达式求值
    • 1.整形提升
    • 2.算数转换

一.操作符的分类

操作符名称操作符符号
算术操作符+，-，*，/，%
移位操作符<<，>>
位操作符&，I，^
赋值操作符=，+=，-= ，*=，/=，%=，<<=，>>=，&=，
单⽬操作符！、++、–、&、*、+、-、~ 、sizeof、(类型) 强制类型转换
关系操作符>，>=，<，<=，==，!=
逻辑操作符&&，II
条件操作符? ：
逗号表达式，
下标引用操作符[]
函数调用操作符()

二.原码、反码、补码

  • 整数的二进制有三种表示方法——原码，反码，补码

  • 有符号的整形的三种表示方法由符号位和数值位组成，二进制序列中，最高位表示符号位，符号位值分为两种：0表示正数，1表示负数。其余的都是数值位。

  • 无符号的整形的三种表示方法仅有数值位组成，二进制序列中，都是数值位。

  • 正整数：原码，反码，补码都相同。

  • 负整数：原码，反码，补码都不相同。
    原码：直接将数值按照正负数的形式翻译成⼆进制得到的就是原码。
    反码：将原码的符号位不变，其他位依次按位取反就可以得到反码。
    补码：反码 + 1就得到补码。

  • 补码得到原码可以由：-1，取反 或 取反，+1的操作。

  • 对于整形来说：数据存放内存中其实存放的是补码。

为什么计算机存放的是补码呢？
  在计算机系统中，数值⼀律⽤补码来表⽰和存储。原因在于，使用补码，可以将符号位和数值域统⼀处理；同时，加法和减法也可以统⼀处理（CPU只有加法器）此外，补码与原码相互转换，其运算过程是相同的，不需要额外的硬件电路。

例如：计算1-2（本质上：1+（-2），利用补码与补码相加，最后以原码所对应的10进制打印在屏幕上）
在这里插入图片描述

三.移位操作符

1.左移操作符：<<

  • 移位规则：左边抛弃、右边补0。
  • 左移n位，有乘2的n次方的效果。
#include <stdio.h>
int main()
{int num = 10;int n = num<<1;printf("n= %d\n", n);//n=20printf("num= %d\n", num);//num=10,num是不会改变的return 0;
}

在这里插入图片描述

2.右移操作符：>>

移位规则：右移运算分两种

  • 1.逻辑右移：左边用0填充，右边丢弃
  • 2.算术右移：左边用原该值的符号位填充，右边丢弃
  • 右移n位，有除2的n次方的效果。
#include <stdio.h>
int main()
{int num = -2;int n = num >> 1;printf("n= %d\n", n);//n=-1printf("num= %d\n", num);//num-2return 0;
}

在这里插入图片描述

注意：

  • 大部分都是算数右移（例如VS）：左边用原该值的符号位填充，右边丢弃。
  • 对于移位运算符，不要移动负数位，这个是标准未定义的。
  • 进行移位操作时，移动的是补码的二进制形式，最后以原码所对应的十进制打印在屏幕上。
  • 移位操作符的操作数只能是整数。

四.位操作符

1.按位与—— &

#include <stdio.h>
int main()
{int num1 = -3;int num2 = 5;printf("%d\n", num1 & num2);//5return 0;
}

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

  • 总结按位与：对应的二进制位，只要有0则为0，两个同时为1，才为1。

2.按位或—— |

#include <stdio.h>
int main()
{int num1 = -3;int num2 = 5;printf("%d\n", num1 | num2);//-3return 0;
}

在这里插入图片描述

  • 总结按位或：对应的二进制位，只要有1则为1，两个同时为0，才为0。

3.按位异或—— ^

#include <stdio.h>
int main()
{int num1 = -3;int num2 = 5;printf("%d\n", num1 ^ num2);//-8return 0;
}

在这里插入图片描述

  • 总结按位异或：对应的二进制位，相同为0，相异为1。

4.按位取反—— ~

#include <stdio.h>
int main()
{printf("%d\n", ~0);//-1return 0;
}

在这里插入图片描述

  • 总结按位取反：按二进制位取反，0变1，1变0。

位操作符都是作用于：补码的二进制位，且操作数必须是整数。

五.逗号表达式

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。
#include<stdio.h>
int main()
{int a = 1;int b = 2;int c = (a>b, a=b+10, a, b=a+1);//a=b+10 —— a=12//b=a+1  —— b=13//最终c=13return 0;
}

六.条件操作符

表达式1？表达式2：表达式3

  • 若表达式1成立，则返回表达式2的结果，否则返回表达式3的结果。

例如：

#include <stdio.h>
int main()
{int a = 3;int b = 5;int ret = a > b ? a : b;//返回的是二者的最大值printf("ret=%d", ret);//ret=5return 0;
}

七.操作符的属性：优先级、结合性

1.优先级

 优先级：如果⼀个表达式包含多个运算符，哪个运算符应该优先执行。各种运算符的优先级是不⼀样的。

2.结合性

如果两个运算符优先级相同，优先级没办法确定先计算哪个了，这时候就看结合性了，则根据运算符是左结合，还是右结合，决定执行顺序。大部分运算符是左结合（从左到右执⾏），少数运算符是右结合（从右到左执行），⽐如赋值运算符（ = ）。

运算符的优先级顺序很多，下⾯是部分运算符的优先级顺序（按照优先级从⾼到低排列），建议大概记住这些操作符的优先级就行，其他操作符在使用的时候查看下⾯表格就可以了。

• 圆括号（ () ）

• ⾃增运算符（ ++ ），⾃减运算符（ – ）

• 单⽬运算符（ + 和 - ）

• 乘法（ * ），除法（ / ）

• 加法（ + ），减法（ - ）

• 关系运算符（ < 、 > 等）

• 赋值运算符（ = ）

优先级、结合性表

八.表达式求值

1.整形提升

  • C语⾔中整型算术运算总是至少以缺省（默认）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：伪代码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。

例如：

#include <stdio.h>
int main()
{char a = -1;//-1默认为整形char b = 1;char c = a + b;printf("%d\n", c);//0return 0;
}

在这里插入图片描述

2.算数转换

  • 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。
  • 如果某个操作数的类型在上面这个列表中排名靠后，那么首先要转换为另外⼀个操作数的类型后执行运算。
    在这里插入图片描述

例如：

#include <stdio.h>
int main()
{int a = 0;unsigned int b = -1;printf("%u\n", a + b);//4294967295return 0;
}

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

对于取地址&，解引用 *，以及结构体成员访问 . 。这三个操作符日后更新。


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